導(dǎo)磁體的鑲裝技術(shù)與失效分析

洛陽升華感應(yīng)加熱公司 （河南 471003） 沈慶通 黃 志 劉玉敏 劉遠征

導(dǎo)磁體作為淬火感應(yīng)器的一種附件，其使用面正越來越寬廣，從內(nèi)孔感應(yīng)器、平面感應(yīng)器，擴大到復(fù)合型與外圓感應(yīng)器；導(dǎo)磁體的主要功能是：通過驅(qū)流作用將銅管中的電流驅(qū)向?qū)Т朋w的開口側(cè)，它精確地控制了加熱區(qū)域，并且不使磁力線散逸到加熱區(qū)外的鄰近部分，由于有效圈上的電流與工件加熱表面大大靠近，提高了感應(yīng)器效率。除此之外，導(dǎo)磁體還有屏蔽磁力線的作用。

生產(chǎn)使用中，導(dǎo)磁體的失效形式主要有三種，即過熱損傷、電擊穿與機械損壞，而過熱損傷又是最主要的失效形式。

1.過熱損傷

首先，各種導(dǎo)磁體在使用中都會發(fā)熱，其機理是磁力線使鐵的粒子產(chǎn)生渦流損耗，因此，不同頻率應(yīng)使用不同牌號或厚度的導(dǎo)磁體，使粒子的直徑或疊片厚度小于該頻率時的冷態(tài)電流深度，以減少渦流損耗，頻率越高，要求鐵粉顆粒越細或疊片厚度越薄。其次，導(dǎo)磁體在工作時也受工件上產(chǎn)生的輻射熱。隨著導(dǎo)磁體工作周期的增長，導(dǎo)磁體蓄存的熱會越來越多，例如：軸承滾道掃描淬火感應(yīng)器的工作周期常超過30min，這樣，導(dǎo)磁體的發(fā)熱問題就更加突出，必須認真對待和考慮。不同類型的導(dǎo)磁體，其失效形式也會不同。

（1）鐵氧體導(dǎo)磁體 當(dāng)鐵氧體發(fā)熱溫度超過其居里點時，它即失效，此時，工件加熱速度驟降，最終加熱溫度降低，按工藝生產(chǎn)的工件就成廢品。

（2）可加工及手成形導(dǎo)磁體 它是由鐵粉加粘結(jié)劑壓制而成形，其居里點高，但粘結(jié)劑的耐溫性不高，常不超過300℃，因此，上述導(dǎo)磁體發(fā)熱溫度必須低于其耐溫極限，否則，導(dǎo)磁體會燒毀。

（3）硅鋼或純鐵疊片 其居里點高達700℃以上，然而，疊片間是用絕緣漆或磷化膜作間隔的，當(dāng)溫度超過間隔膜的耐溫極限時，就會產(chǎn)生片間短路，此時渦流損耗增加，這也是不允許的。

導(dǎo)磁體發(fā)熱是不可避免的，解決過熱的對策是將導(dǎo)磁體上的蓄存熱帶走。這就與導(dǎo)磁體的鑲裝技術(shù)有密切關(guān)系。

（1）20世紀在感應(yīng)器設(shè)計上曾規(guī)定，銅管與導(dǎo)磁體之間墊0.5～1.0mm的云母片作絕緣，此工藝因不利于導(dǎo)磁體散熱而淘汰，取而代之的是用粘結(jié)劑薄膜，導(dǎo)磁體的蓄熱通過薄膜傳到銅管，再由銅管中的流水將熱帶走。

最近的研究又發(fā)現(xiàn)，粘結(jié)劑的熱導(dǎo)率與其膜厚對導(dǎo)磁體的散熱有重要作用，可歸結(jié)為兩點，即粘結(jié)劑應(yīng)采用熱導(dǎo)率高的絕緣導(dǎo)熱膠（高的熱導(dǎo)率可達0.022W/cm·℃，而低的為0.005W/cm·℃）膜厚則不能太薄或太厚，太薄時，銅管熱脹會脹裂導(dǎo)磁體，太厚則影響導(dǎo)熱，應(yīng)在0.1～0.3mm，此外，導(dǎo)熱膠的粘度也不能太低，太低時粘結(jié)劑會流出縫隙，形成氣隙，氣隙阻礙傳熱。

（2)導(dǎo)磁體的強迫水冷導(dǎo)磁體的強迫水冷能大大提高導(dǎo)磁體的散熱速度，方法：①在可加工導(dǎo)磁體中設(shè)計水通道由于此材料可以鉆、銑及攻螺紋的特性，因此，可以在導(dǎo)磁體內(nèi)部加工出水通道，兩端攻連接用螺紋，水道通徑可以小至2.5mm，而加工中的工藝孔，可以用相同材料粘結(jié)封堵。②在導(dǎo)磁體疊片間插入散熱銅片，銅片伸出端焊上小截面通水銅管，此種方法早就應(yīng)用于鐵芯式中頻變壓器，它有效但制作費工。③疊片型導(dǎo)磁體端頭疊片的過熱解決法疊片型導(dǎo)磁體在加熱周期較長時，常見其端頭側(cè)導(dǎo)磁體比中間部分分外熱，甚至發(fā)紅，其原因是端頭導(dǎo)磁體處在3D 場，而中間導(dǎo)磁體處在2D場。解決的辦法是端頭銅擋板加厚，增寬與銅管的釬焊面，當(dāng)使用可加工導(dǎo)磁體時，端頭局部過熱情況會改善，因為它是整體相連的，在粘結(jié)劑應(yīng)用中，必須記住這一點，即銅的熱導(dǎo)率高于導(dǎo)磁體，導(dǎo)磁體熱導(dǎo)率高于粘結(jié)劑，而粘結(jié)劑的熱導(dǎo)率比氣隙高這個事實。

2.電擊穿損傷

電擊穿在導(dǎo)磁體損傷案例中占第二位，它在可加工導(dǎo)磁體與疊片類導(dǎo)磁體二者均易產(chǎn)生。

（1）可加工導(dǎo)磁體的電擊穿可加工導(dǎo)磁體是由鐵粉與絕緣的粘結(jié)劑壓制而成，它并非真正的絕緣件，特別是經(jīng)機加工后，表面層裸露出－層鐵粉的金屬面，當(dāng)它處在高電位時，會產(chǎn)生電擊穿。圖1a是一個雙匝感應(yīng)器的電擊穿案例。以后將夾在兩匝間的導(dǎo)磁體分切開來，中間夾入絕緣片，就解決了此問題，導(dǎo)磁體壽命提高了許多倍，見圖1b。

（2）疊片類導(dǎo)磁體的電擊穿常發(fā)生在感應(yīng)器導(dǎo)電板（管）的端頭處疊片由于處在3D場下，發(fā)熱更厲害，導(dǎo)致疊片因絕緣損壞而產(chǎn)生匝間飛弧，見圖2。

3.導(dǎo)磁體的機械損傷與腐蝕

導(dǎo)磁體鑲裝在感應(yīng)器上，它不能承受機械沖擊與碰撞，對鐵氧體導(dǎo)磁體則還不能承受激冷，因此，除設(shè)計上保證其可靠固定外，操作、保藏時均應(yīng)輕拿輕放，疊片類導(dǎo)磁體會受到淬火冷卻介質(zhì)的腐蝕，鑲裝后在外表涂以塑料，形成薄膜，是防止腐蝕的有效方法。

圖1 雙匝感應(yīng)器的電擊穿

圖2

4.結(jié)語

（1）過熱、電擊穿是導(dǎo)磁體損壞的主要形式，導(dǎo)磁體的冷卻技術(shù)直接影響其使用壽命。

（2）合理鑲裝導(dǎo)磁體能解決導(dǎo)磁體的過早損壞。

（3）粘結(jié)劑應(yīng)選用導(dǎo)熱膠，其熱導(dǎo)率與厚度對導(dǎo)磁體散熱有重要作用。（20131213）