感应淬火的四大效应解析
01
集肤效应的奥秘
当交流电流穿越导体时，一个独特的现象——集肤效应显现：电流并非均匀分布，而是集中在导体表面，犹如高频电流的舞者，只在舞台边缘起舞。这源于交流电流激发的磁场在导体内产生自感电动势，它与原电动势相抗衡，导致电流密度在中心减小，表面加强。以圆柱导体为例，如图1所示，高频电流的魔力使得中心几乎无电流，而表面则扮演了主角。
图1 高频电流的集肤效应
计算公式揭示了这一现象的深度：电流透入深度δ，受导体电阻率ρ、磁导率μ和频率f的影响。在电流透入深度内，大约86.5%的热量由电流产生。随着温度变化，材料的电阻率与磁导率不同，影响电流的深入程度。
图2 钢的磁导率与电阻率随温度变化
02
邻近效应的双面影响
当导体中的电流受到邻近导体的影响时，我们会观察到邻近效应。它分为两种情况：反向电流（图3a）使电流集中于导体两侧表面，增强两导体间的磁场；而同向电流（图3b）则使外侧磁场增强，形成独特的电磁交互。
图3 邻近效应在矩形汇流排上的表现
在感应加热中，邻近效应决定了有效导体（图4）如单极圆管或方管对平板加热时，涡流分布的不同，影响加热效率。
图4 邻近效应在感应加热时的表现
03
圆环效应的聚焦力量
高频电流通过圆环状导体时，电流密度的焦点令人惊讶地落在环状导体的内侧，这就是圆环效应。它实际上是对圆环感应器邻近效应的直观展现。例如，图6对比了圆柱零件内外表面加热的差异，圆环效应显著影响了加热效率。
图5 圆环效应示意图
图6 用圆环感应器加热圆柱零件与圆孔零件
04
导磁体槽口效应的巧妙应用
当矩形导体置于导磁体槽口内，高频电流只在开口处的导体表面活跃，这就是槽口效应。如图7所示，利用导磁体的特性，我们可以优化电流分布，提升内孔加热效率。
图7 导磁体的槽口效应
通过巧妙的设计，我们能够将高频电流引导至圆环感应器的外表面，从而优化加热过程，提高内孔零件的加热效果，如图8所示。
图8 感应器有效圈、导磁体和电流分布