1.3高频感应加热的特点

高频感应加热的主要特点如下：

（1）不必整体加热，电能消耗小，工件变形小。

（2）无污染无公害，绿色环保。

（3）工件表面氧化脱碳较轻，可以进行快速加热。

（4）可根据需要对表面淬硬层进行调整，易于控制。

（5）淬硬层马氏体组织较细，硬度、强度、韧性都较高。

在感应加热设备的加热过程中存在着三种效应:趋肤效应、圆环效应和邻近效应，下面分别介绍这三种效应:

1.3.1趋肤效应

趋肤效应是指导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀的一种现象。随着与导体表面的距离逐渐增加，导体内的电流密度呈指数递减，即导体内的电流会集中在导体的表面。从与电流方向垂直的横切面来看，导体的中心部分几乎没有电流流过，只在导体边缘的部分会有电流。简单而言就是电流集中在导体的“皮肤”部分，所以称为趋肤效应。

电流渗透深度是指，流过交变电流的导体其内层涡流强度数值等于表面涡流强度数值的0.368倍时，该处到导体表面的距离[1]。电流渗透深度可由式（1-1）数值关系确定：

（1-1）

式中：f为交变电流频率（Hz）；

δ为导体中的电流渗透深度（mm）；

ρ为铜导体的电阻率，；

μ0为真空磁导率，;

μr为导体的相对磁导率，为1。

距离导体表面深度为x处的强度为：

（1-2）

式中：I0为表面的涡流强度（A）；

c为光速（m/s）；

ρ为工件材料的电阻率（Ω·mm2/m）；

μ为工件材料的导磁率（H/m）；

x为距工件表面的距离（mm）；

f为电流的频率（Hz）。

对于同种材质导体而言，电流频率越高趋肤效应越明显，当导体中流过频率很高的电流时，我们可以近似地认为导体内部几乎没有电流流过，电流只流经导体最外面薄薄一层。根据这个特点，工程师制作出空心电缆和“铜包铝线”，节省了大量成本；此外，在高频电路使用多股细铜丝导线绞合线会提高导线横截面的利用率，减少线路损耗。

1.3.2圆环效应

在交变电流通过环形导体时，电流会在导体内侧聚集，导致环形导体内侧电流密度大于环形导体内部及外侧电流密度。这种现象称为圆环效应。圆环效应大小与圆环曲率半径、圆环横截面积、电流频率密切相关。圆环曲率半径越小、圆环横截面积越大、电流频率越高，圆环效应也就越显著[2]。

1.3.3邻近效应

两根通过交流电流且靠得很近的相互平行的导体，当两根导体内部流过的电流方向一致时，电流会“相互远离”，即朝导体外侧聚集，此时导体外侧电流密度最大；当导体内部流过的电流方向相反时，电流会“相互靠近”，即朝导体内侧聚集，此时导体内侧电流密度最大这种现象称之为邻近效应。