感应加热是当今工业和家庭中广泛使用的电热设备之一。这种加热装置的主要应用是在钢铁和金属加工行业。感应加热是一种常见的工业工艺，用于再加热。高频感应加热是一种用来粘合、硬化或软化金属或其他导电材料的过程。正如我们所知，对质量更好、安全、能源消耗更少的产品的需求正在上升。感应加热设备用于机械零件的加工行业，以实现高抗阻力。
我国感应热处理技术的真正应用始于1956年、从前苏联引入、主要应用在汽车工业。随着20世纪电源设备的制造、感应淬火工艺装备也紧随其后得到发展。现在国内感应淬火工艺装备制造业也日益扩大。产品品种多。原来需要进口的装备。逐步被国产品所取代、在为国家节省外汇的同时。发展了国内的相关企业。目前感应加热制造业的服务对象主要是汽车制造业。今后现代冶金工业将对感应加热有较大需求。
其次，在汽车轻量化背景下，热冲压工艺将高强硼钢板料完全奥氏体化后淬火得到均匀的马氏体成型件的生产工艺得到了蓬勃发展。但对于汽车 B 柱类零件来说，零件不仅不需要性能均匀，还需要不同位置力学性能实现差异化即定制强度属性。现有技术中，普遍通过原始板料的工艺设计调整或者冲压分区模具以获得梯度性能冲压件，但普遍存在工艺复杂，效率低，成型板易开裂等技术问题。
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种金属感应热加工器，实现自由组合与拆卸铜管及导磁体，且适用于分区感应加热工艺，在现有感应加热方式的基础上，增加其可操作性与灵活性；而且可以在加热结束后打开感应器，为解决后续机器人抓取加热板料的难题提供了一种新途径。
三、作品原理
1、高频加热原理
高频加热，即感应加热，是一种利用电磁感应来加热电导体的（一般是金属）的方式，会在金属中产生涡电流，因电阻而造成金属的焦耳加热。感应加热器包括一个电磁铁，其中会通过高频的交流电，若物体有较大的磁导率，也可能因为磁迟滞现象的损失而产生热。使用的交流频率依据加热物品的尺寸金属种类，加热线圈和欲加热物品的尺寸金属种类，加热线圈和欲加热物品的耦合程度以及渗透深度来决定。
本设计中，下层导电兼通水用弯头空心铜管同时连接电源和水箱，电源为高频加热电源，存在于整个装置，并产生均匀电磁场，利用导磁体的相对磁导率比钢板的磁导率高的特点，将导磁体下方的钢板上的涡流场重新分配，即导磁体对应的钢板位置处涡流少，其他位置涡流较多。根据焦耳定律可知，钢板上涡流强度低的位置温度也低，没有全部发生奥氏体转变，保留了一定比例的铁素体，从而获得了奥氏体和铁素体的混合组织；钢板上其他位置距离导磁体较远，其温度较高转变成奥氏体。冲压淬火后，低温区的混合组织转变为马氏体和铁素体的混合组织。由于低温区淬火后组织中含有铁素体，因此强度低、塑性高；高温区转变为板条状马氏体，强度高。通过这种方法实现了一次加热后冲压淬火获得了两种强度组织的差异化强度属性零件。
2、水冷原理：
感应加热中要解决的一个难题是需要对感应线圈中的大电流进行主动冷却，在电磁感应加热器行业，目前主要有风冷和水冷两种冷却形式。本设计采用的空心式的铜管既可以传导电流，又可以在其中注入水进行水冷，即使流速相当低，冷却水流也会形成高度发展的湍流，在导体与流体之间进行高效传热。在仿真结果中，低速流通的水可以实现在一定时间内把装置降至室温。
四、工作过程
图1 金属感应热加工器
1-PEEK螺钉，2-上层串联铜座，3-水管，4-通电插头，5-下层串联铜座，6-下支撑电木板，7-陶瓷落定，8-导磁体，9-钢板，10-空心铜管，11-上层出水口，12-进水管，13-上层并联铜座，14-出水管，15-上层通电软连接，16-卡箍a,17-上支撑电木板。
1、电流走向：电极-弯头空心铜管15a-铜编织带15b-上层并联铜座上的弯头空心铜管10-上层串联铜座2-通电插头4-下层串联铜座5-下层串并联铜座中的空心铜管10-下层并联铜座-下层并联铜座上的弯头空心铜管10-铜编织带15b-弯头空心铜管10-电极
2、水流走向:
水箱-上层通电软连接15-上层空心铜管10-上层出水口，完成上层并联铜座和插入其中的铜管降温。
水箱-下层通电软连接-下层空心铜管10-下层出水口，完成下层并联铜座和插入其中的铜管降温。
水箱-上层进水管-上层首尾相连S型空心铜管路，完成上层若干平行铺设空心铜管和串联铜座降温。
水箱-下层进水管-下层首尾相连S型空心铜管路，完成下层若干平行铺设空心铜管和铜座降温
3、工作过程：
金属感应热加工器，并联铜座位于一侧，串联铜座位于另外一侧。从电流原理来看，并联铜座将电流从加热电源处引入整个加热器，电流通过铜管进入串联铜座，再通过通电插头进入另外一层的串联铜座，将上下两层的电流连通起来，电流进入了下层或者上层的串联铜座后，又流经该层与串联铜座相连的铜管：最终电流回到该层的并联铜座上，由并联铜座回到加热电源，完成电流的整个团合回路
4、具体实施方式：
开启电源，向感应器内放置22MnB5钢板9，厚度为3.5mm，导磁体片材质为铁氧体，工作须率为500kHz以上；开启电源，向感应器通入交流电，交流电频率为100kHz，电流为150A，电压为380V，加热时间为30s，钢板9上形成低温区和高温区，导磁体垂直投影部分为低温区，其余部分为高温区，高温区温度为930℃，低温区温度为800℃，完成加热后，将加热后钢板进行冲压淬火获得成型件，可用于制造汽车B柱。
五、COMSOL仿真
要求解的系统给定为
jωσ(T)A+▽×(μ-1×A)=0
ρCp(∂T/ ∂ )-k▽T=Q(T,A)
其中，ρ是密度，Cp是比热容，k是导热系数，Q是感应发热量。电导率由以下表达式给出
σ=1/[ρ0(1+α(T-T0))]
其中，ρ0是参考温度T0=293K时的电阻率，α是电阻率的温度系数，T是域中的实际温度。
一段时间内感应发热量的时均值给定为
Q=(1/2) ×σ|E |2
线圈导线经内部冷却通道中的湍流得到了冷却。通过有高导热系数并结合均匀的面外对流损耗项，可以模拟这个过程。
Qc=[(dM/dT)×Cp(Tin-T)]/2πrA
其中，dM/dT是水的质量流，Tin是水的入口温度，r是径向坐标，A是冷却通道的截面面积。
网格划分如图3所示
图2 COMSOL网格划分
20s后的温度如图3所示，
图3 COMSOL温度等值线图
在此期间，钢板的平均温度已经从293K上升至1110K。线圈中的电流大小为1700A。此时已经达到奥氏体化温度，钢板中的铁素体变为奥氏体。
20s后的磁通密度如图4所示。
图4 COMSOL磁通密度等值线图
图中清晰可见，在铜管与钢板之间未加入导磁体之前，铜管与钢板之间的狭小缝隙之间磁通密度最大，在铜管与钢板之间加入导磁体之后，涡流变化，使得导磁体正投影下的钢板磁通密度变小，因此在此区域，温度较低，没有发生全部的奥氏体转变，保留了一定比例的铁素体，从而获得了奥氏体和铁素体的混合组织，使得材料出现可定制的力学属性。
水冷仿真结果如图5所示，
图5 水冷效果图
其中，蓝色线表示钢板表面温度，绿色线表示冷却通道中的温度。根据结果分析，水冷方法可以将装置周围温度降至室温上下，符合安全需要，此方法可行有效。
六、组装介绍
1、由于分区可控感应加热工艺对螺线管的平行度要求高，且要求导磁体可以随意布置在钢板和铜管之间，更重要的是感应器要便于后续机器人对加热板料的抓取。因此，需要对传统螺线管形式的线圈重新设计。
上下两层空心铜管均为若干空心铜管水平方向平行铺设，上下两层空心铜管之间为平行设置，上下两层空心铜管左右两端分别连接有并联铜座和串联铜座。
具体实施方式：
每一层铜管之问平行布置，且上、下两层铜管完全交错布置，根据钢板的最大厚度（3.5m）、导磁体最大厚度(8mm)，钢板与导磁体之间间距(1mm)，将上下层铜管间距为15mm。铜管需要与铜支撑座相连，铜支撑座简称铜座，可分为并联铜座和串联铜座。并联铜座用于连接并联铜管，串联铜座用于连接串联铜管。并联铜座用于支撑铜管和传导电流，将加热电源的电流引入整个感应器内部，再向内传号导。
一排并联铜座插入一根一端为弯头的空心铜管，所述弯头空心铜管弯头处焊接铜编织带，焊接后铜编织带所占面积为空心铜管截面积的三分之一，以留有通水的空间，铜编织带另一端焊接弯头空心铜管，弯头空心铜管连接电极一端，弯头处外接水管，管夹夹紧。
铜编织带与焊接在一起的两部分铜管（连接电源用弯头铜管和连接并联铜座用弯头铜管)套在耐高温硅胶管中，所述耐高温硅胶管与空心铜管接头处用管夹夹紧，所述耐高温硅胶管与铜管接头处插入水管，用管夹夹紧，水管连通储水桶；铜
