工频感应加热焊接装置

林中早鸟

本人是菜鸟一枚，请各位大侠相助。需要加热一个小块铜零件，焊接在PCB板上。想用感应加热法，感应电流的频率希望是工频段：50～500Hz，最好是300Hz。希望能通过控制输入端电压来控制感应加热线圈的功率，以控制被加热铜零件的加热温度，保证焊接质量。盼望高手指点，在此先谢了！

maychang

“工频”特指50Hz或者60Hz。工业上，200Hz以上即称为“中频”。所以你所说的“工频感应加热焊接装置”应该叫做“中频感应加热焊接装置”。
这种“中频感应加热装置”市场上有售，不过价格不菲。

maychang

焊接分为熔焊和钎焊。所谓熔焊，是指被焊接的工件本身要熔化，例如建筑工地上把两根钢筋焊接到一起，造船厂把两块钢板焊接到一起。钢筋或者钢板自身是要局部熔化的。钎焊则被焊接工件不熔化，而是另一种金属熔化，填到被焊接的工件缝隙中。电子行业使用锡焊，就是钎焊的一种。
猜测你们不是熔焊，因为PCB板受不了铜零件熔焊的温度。想必你们是要钎焊。

maychang

铜工件钎焊使用的焊料，最常见的是焊锡，也有用银的。银焊料所需要的温度较高(铜工件需要加热到暗红色)，PCB板材也受不了。所以我估计你们还是用锡焊。
两个铜工件，例如你所说的“一个小块铜零件”和PCB板上的铜箔，根本不需要什么“中频感应加热焊接装置”，只需要一把功率大些的电烙铁(例如100W或者150W)。先将被焊接的工件镀好锡，然后被焊接面上涂一定焊剂(对锡焊来说最常用的是松香酒精溶液)。把两工件位置对准确，轻微施加压力，然后用较大功率电烙铁加热你的“一个小块铜零件”。待到工件温度达到焊锡熔点时，已经镀好的焊锡会从接触面中被挤出来。此时继续施加压力，撤掉电烙铁并较迅速冷却(可以用嘴吹)。冷却太慢，会使焊锡晶粒粗大，降低强度。
因为铜是热的良导体(仅次于银)，所以不必担心温度不均匀。

maychang

不知道为什么你们要用锡焊把“一个小块铜零件”焊接到PCB板上。
锡焊的强度是很低的。一般地说，锡焊只能承受很小的作用力。
PCB板上铜箔与基板(通常是玻璃纤维增强环氧树脂)是靠环氧树脂粘合在一起的，也是只能承受比较小的作用力。经过高温焊接后，铜箔与基板之间粘合强度更低。
所以你的“一个小块铜零件”是不能承受稍微大一点的力的。如果该“一个小块铜零件”可能受力，建议你重新考虑“一个小块铜零件”和PCB板的联接方法。即使最小的螺钉，其强度也比锡焊还有铜箔与环氧树脂之间的联接强度高。

chunyang

楼主的思路不对，铜零件焊接到PCB上用焊锡即可，如果强度不足可以在结构上想办法，不难解决。感应钎焊不能焊接过小尺寸的物体，频率越低则最小尺寸越大。即使是较大的铜制零件，也可以预热后再焊接，但必须另行考虑承力固定方式。所以，楼主还是先说清楚要焊什么样的零件，尺寸多大，以及PCB的相关情况。

PowerAnts

往PCB上焊小铜件, 一般不外乎是鸡眼, 接线端子什么的, 直接用焊锡搞定. 我过去有一把焊大件的100W的外热式烙铁, 嫌温度太高还串了个二极管, 只有在焊0.3mm的大面积铜板(宽度几公分, 长度几十公分)时才把二极管短路, 后来添了两个60W的内热无铅恒温焊台(并非要焊无铅, 而是功率大升温快, 焊大件非常方便), 那把大烙铁基本上就闲置了.

林中早鸟

谢谢各位大侠的指点。偶的这个工艺是要求焊小铜件，强度等啥的不必考虑，只是说明这种做法。显然，这是一种钎焊，现在的关键是如何加热小铜件。如果用电烙铁来加热小铜件的话，则小铜件发热不均匀，且由于被电烙铁抵住而产生移位、受力等现象，另外，用电烙铁不容易控制小铜件的加热温度。所以，考虑用感应加热的方法，把感应线圈套在小铜件上。这样，小铜件不受力，且容易控制加热温度。现在的问题是，偶不懂如何实现这种感应加热，不知道如何搭建这样的电路，要求是300Hz，功率300W左右的感应加热装置。市场上现有的中频感应加热装置是大功率的，用来做大零件、大批量的，不适合偶这种小零件加工的，所以寻求指点，谢谢！

chunyang

林中早鸟 发表于 2017-4-6 00:06
谢谢各位大侠的指点。偶的这个工艺是要求焊小铜件，强度等啥的不必考虑，只是说明这种做法。显然，这是一种 ...

都说了，小工件不适合用什么感应焊。铜件尺寸不大的话，如果是通孔安装，常规波峰焊即可。表面贴装的话，常规红外回流焊足矣。不管是哪种，哪怕是手工用烙铁焊，都比用感应焊快多了。而焊接质量，波峰/回流焊也比感应焊更好。手工焊，要保证质量和速度的话，需要做个工装，那也比感应焊机便宜得太多了，零头而已。

林中早鸟

呵呵，各位大侠不吝指教，谢谢！但是，我的问题还没有解决：如何自己制作一个感应电流频率是300Hz，功率是300瓦的感应加热装置，且能控制加热功率。我的问题是制作装置，而不是用感应加热是否合适。请各位指点这里所述的装置的电路图，或者告知哪里有现成的产品，谢谢了！

PowerAnts

小铜件究竟有多小, 楼主也没个描述, 等于没说. 螺丝帽是小件, 小铜片也是小件, 但螺丝帽也有个大小, 铜片也有个长宽厚. 不过从300W的要求来看, 个头应该不小, 那究竟是什么东东?

林中早鸟

大概是1cm见方的铜零件。实际上，零件大小并不重要，重要的是自己想制作一个感应电流频率是300Hz，功率是300瓦的感应加热装置，且能控制加热功率。我问题的关键是制作装置！请各位指点。网上看了一些感应加热电路，比如ZVS加热装置。但是，所查到的都是中高频的，类似工频、300Hz的没有，所以求助各位大侠

林中早鸟

300W的功率，是考虑加热的余量。

PowerAnts

林中早鸟 发表于 2017-4-8 20:47
大概是1cm见方的铜零件。实际上，零件大小并不重要，重要的是自己想制作一个感应电流频率是300Hz，功率是30 ...

别做梦了, 按你的要求, 穿过1CM铜件的磁密需要达到0.8特斯拉, 那么你所谓的"加热装置"需要持续产生10特斯拉的磁场强度, 这在空气中非常难实现. 给永磁铁充磁的充磁机, 也只不过能产生5特斯拉的脉冲磁场. 那也是用储能几百焦的高压电容对线圈放电获得的, 放电时间几mS, 也就是说功率在100KW量级

林中早鸟

大侠且慢下结论，偶在某宝网上买了一个“迷你版 ZVS 无抽头成品 感应加热”，试了一下，可以加热这个铜零件，且将该零件焊在板子上。只是这个ZVS感应装置的频率是10KHz，产生了趋肤效应，造成铜零件与板子焊接的端面被加热不均匀，外圈热得快，中心热得慢。这样，焊接的效果不好，也不太容易控制温度。若将感应频率降至工频段，或小于500Hz，则没有了趋肤效应，被加热的端面温度分布均匀，则大大保证了焊接质量，也容易控制温度了。所以，求助各位大侠指点300Hz左右的感应加热装置

PowerAnts

林中早鸟 发表于 2017-4-9 22:59
大侠且慢下结论，偶在某宝网上买了一个“迷你版 ZVS 无抽头成品 感应加热”，试了一下，可以加热这个铜零 ...

跟据电磁感应定律, 300Hz频率要在1CM见方的铜块上产生300W的功率, 确实需要14楼所说的磁场强度. 10KHz只需要18%, 再说, 焊1CM见方的小件, 远不需要300W, 30W就够了, 这又再降2/3, 也就是说只需要14楼数据的0.06倍而已.
工频感应加热铜件有成熟设备, 20公分的铜棒处于100匝的空芯线圈之中,线圈是中空水冷的 考斯特变压器提供单相220V电压, 电流2000A, 就这, 也是加热不均的, 铜棒基本只是表面1公分发热, 内部全靠传导.
2000A的电流是什么概念? 单匝1000高斯, 100匝4特斯拉

PowerAnts

考斯特 应为 斯考特

林中早鸟

现有的工频感应加热装置都是大型的，用于连续生产的。大侠能否指点一下，什么地方有小的工频感应加热装置，只用于这种小零件的加热？或者，哪里有相应的电原理图？偶自己做一个，

PowerAnts

林中早鸟 发表于 2017-4-11 00:15
现有的工频感应加热装置都是大型的，用于连续生产的。大侠能否指点一下，什么地方有小的工频感应加热装置， ...

你参考你手头那个感应装置, 按频率比例增加线圈即可, 匝数反比于频率, 正比于电压, 截面积反比于电压.
原理图? 就一个线圈, 两个端子, 不用画. 想温控就加个温度探头搞个闭环控制, 都是基本的"电子工程师常识"

chunyang

楼主为啥不想想为什么市面上没有你期望的那种小型低频感应加热装置？有关理论又是什么？