導磁體的鑲裝技術與失效分析

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

導磁體作為淬火感應器的一種附件，其使用面正越來越寬廣，從內孔感應器、平面感應器，擴大到復合型與外圓感應器；導磁體的主要功能是：通過驅流作用將銅管中的電流驅向導磁體的開口側，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，提高了感應器效率。除此之外，導磁體還有屏蔽磁力線的作用。

生產使用中，導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，各種導磁體在使用中都會發(fā)熱，其機理是磁力線使鐵的粒子產生渦流損耗，因此，不同頻率應使用不同牌號或厚度的導磁體，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，導磁體在工作時也受工件上產生的輻射熱。隨著導磁體工作周期的增長，導磁體蓄存的熱會越來越多，例如：軸承滾道掃描淬火感應器的工作周期常超過30min，這樣，導磁體的發(fā)熱問題就更加突出，必須認真對待和考慮。不同類型的導磁體，其失效形式也會不同。

（1）鐵氧體導磁體 當鐵氧體發(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，按工藝生產的工件就成廢品。

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

（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，當溫度超過間隔膜的耐溫極限時，就會產生片間短路，此時渦流損耗增加，這也是不允許的。

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

（1）20世紀在感應器設計上曾規(guī)定，銅管與導磁體之間墊0.5～1.0mm的云母片作絕緣，此工藝因不利于導磁體散熱而淘汰，取而代之的是用粘結劑薄膜，導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，粘結劑的熱導率與其膜厚對導磁體的散熱有重要作用，可歸結為兩點，即粘結劑應采用熱導率高的絕緣導熱膠（高的熱導率可達0.022W/cm·℃，而低的為0.005W/cm·℃）膜厚則不能太薄或太厚，太薄時，銅管熱脹會脹裂導磁體，太厚則影響導熱，應在0.1～0.3mm，此外，導熱膠的粘度也不能太低，太低時粘結劑會流出縫隙，形成氣隙，氣隙阻礙傳熱。

（2)導磁體的強迫水冷導磁體的強迫水冷能大大提高導磁體的散熱速度，方法：①在可加工導磁體中設計水通道由于此材料可以鉆、銑及攻螺紋的特性，因此，可以在導磁體內部加工出水通道，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封堵。②在導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，此種方法早就應用于鐵芯式中頻變壓器，它有效但制作費工。③疊片型導磁體端頭疊片的過熱解決法疊片型導磁體在加熱周期較長時，常見其端頭側導磁體比中間部分分外熱，甚至發(fā)紅，其原因是端頭導磁體處在3D 場，而中間導磁體處在2D場。解決的辦法是端頭銅擋板加厚，增寬與銅管的釬焊面，當使用可加工導磁體時，端頭局部過熱情況會改善，因為它是整體相連的，在粘結劑應用中，必須記住這一點，即銅的熱導率高于導磁體，導磁體熱導率高于粘結劑，而粘結劑的熱導率比氣隙高這個事實。

2.電擊穿損傷

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

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

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

3.導磁體的機械損傷與腐蝕

導磁體鑲裝在感應器上，它不能承受機械沖擊與碰撞，對鐵氧體導磁體則還不能承受激冷，因此，除設計上保證其可靠固定外，操作、保藏時均應輕拿輕放，疊片類導磁體會受到淬火冷卻介質的腐蝕，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 雙匝感應器的電擊穿

圖2

4.結語

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

（2）合理鑲裝導磁體能解決導磁體的過早損壞。

（3）粘結劑應選用導熱膠，其熱導率與厚度對導磁體散熱有重要作用。（20131213）