感应加热装置的适合用于接收冷却剂的元件的制作方法

背景技术：

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提出了一种适合用作感应加热装置的部件的元件，特别是用于形成旨在用于感应加热产品的电磁场的振荡电路的元件，或者是放置在所述电磁场中并且由所述电磁场感应的电流流过的元件，其特征在于，该元件包括第一金属片和第二金属片，该两个金属片由铜或铜合金制成，该第一金属片至少部分地覆盖该第二金属片的第一大面，该两个金属片通过形成边界的连续周边焊缝连接，这些金属片在该边界内主要是间隔开的并且在这些金属片之间形成自由空间，该自由空间旨在用于接收循环冷却剂；并且该第一金属片对塑性变形的机械阻力低于该第二金属片对塑性变形的机械阻力，使得该两个金属片之间的该自由空间的加压能够引起该第一金属片的塑性变形而不引起该第二金属片的塑性变形。

2、根据本发明的元件形成刚性且稳固的组件，该组件适合用于在由周边连续焊缝形成的边界内的两个金属片之间接收冷却剂。该元件比现有技术更简单，并且制造成本更低。冷却剂泄漏的风险也更低，并且冷却更分散、更高效。

3、该元件能够被任何频率(例如，80khz)的交流电流通过，而不会由于金属片之间流动的冷却剂的焦耳效应所生成的热量排出而过度加热。

4、根据本发明的一个变型，该元件包括第三金属片，该第三金属片对塑性变形的机械阻力低于该第二金属片对塑性变形的机械阻力，该第三金属片布置在该第二金属片的第二大面上，该第三金属片和该第二金属片通过限定边界的连续周边焊缝连接，该第三金属片和该第二金属片在该边界内主要是间隔开的并且在该第三金属片和该第二金属片之间形成冷却剂能够在其中循环的自由空间。

5、这种配置使得元件的冷却能力增加，例如可加倍。

6、当该元件是振荡电路的部件时，会有大电流流过，其电流强度取决于待输送的电力。该电流的频率越高，就会有越多的电流流动并且集中在较厚的第二金属片的大相对面的表面上。这导致金属片的两个大相对面受热更多，而金属片厚度的中心受热更少。因此，具有由较厚金属片的两个大相对面冷却的元件或者具有最高机械阻力的元件是有利的。

7、根据本发明的一个实施方案，该第一金属片和/或该第三金属片对塑性变形的较低的机械阻力是由于该第一金属片和/或该第三金属片具有比该第二金属片更小的厚度而产生的。

8、对于相同冶金状态的金属片，选择第一金属片和第三金属片与第二金属片之间的厚度差异，使得只有第一金属片和第三金属片在注射到元件中的流体的压力作用下塑性变形，直到获得期望的形状。因此，尽管较薄的金属片发生变形，但由于较厚的金属片未发生变形，因此元件的主要形状得以保留。

9、电流进入元件的金属片的渗透深度ε取决于振荡电路操作的电流频率。根据下面的公式，当频率增加时，该深度减小，其中f是振荡电路电流的频率，μ是金属片的相对磁导率，而σ是其电导率：

10、

11、选择金属片的厚度，使得电流优先流过较厚的金属片。由于电流随其频率而变化，因此金属片越薄，电流就越低，频率也就越高。在某一频率以下，对于给定的厚度，电流将不会流过该较薄的金属片，或者仅有非常轻微的电流流过。

12、第一金属片和第三金属片可具有相同或不同的厚度。有利地，布置在较厚的第二金属片的任一侧上的两个金属片具有相同的厚度。使用相同厚度的金属片便于焊接操作，因为可使用相同的焊接条件来焊接较薄的两个金属片。此外，如果使用相同的焊缝将两个金属片同时焊接到较厚的金属片，则使用相同厚度的金属片意味着可在两个金属片上获得相同的结果，如果两个金属片具有不同的厚度，则可能不会出现这种情况。

13、根据本发明的另一个实施方案，该第一金属片和/或该第三金属片对塑性变形的较低的机械阻力是由于该第一金属片和/或该第三金属片具有不同于该第二金属片的冶金状态而产生的，该第一金属片和/或该第三金属片例如处于退火状态而该第二金属片处于冷加工状态。

14、选择第一金属片和第三金属片与第二金属片之间的冶金状态差异，使得只有第一金属片和第三金属片在注射到元件中的流体的压力作用下塑性变形，直到获得期望的形状。以这种方式，尽管阻力较低的金属片发生变形，但由于阻力较高的金属片未发生变形，因此元件的主要形状得以保留。第一金属片和第三金属片可对塑性变形具有相同的机械阻力或不同的阻力。

15、根据本发明的另一个实施方案，该第一金属片和/或该第三金属片对塑性变形的较低的机械阻力是由于该第一金属片和/或该第三金属片比该第二金属片更薄以及该第一金属片和/或该第三金属片具有不同于该第二金属片的冶金状态的组合而产生的。

16、选择与第二金属片的厚度和冶金状态相区别的第一金属片和第三金属片的厚度和冶金状态，使得只有第一金属片和第三金属片在注射到元件中的流体的压力作用下塑性变形，直到获得期望的形状。因此，尽管较薄的金属片发生变形，但由于较厚的金属片未发生变形，因此元件的主要形状得以保留。第一金属片和第三金属片可具有不同的厚度。例如，第一金属片可比第三金属片厚，但是具有相比于第三金属片对变形提供更小机械阻力的冶金状态。

17、具有加工硬化的冶金状态的金属片相比于退火金属片具有更高的机械阻力。加工硬化水平越高，阻力水平就越高。为了便于加工硬化片的塑性变形，通过将该片加热到高温(例如，300℃至600℃)持续足够长的时间(例如，15分钟至6小时)，对所述片进行再结晶退火。退火金属片的机械阻力水平将取决于退火是完全的还是部分的，即取决于退火温度和该温度下的保持时间。

18、有利地，根据本发明，在由周边连续焊缝形成的边界内，第一金属片和第二金属片和/或第三金属片和第二金属片通过多个连续和/或不连续焊缝连接。

19、由于连续周边焊缝的存在，在两个金属片之间形成均匀的开放自由空间，在两个金属片之间无法引导冷却剂的流动，并且由于湍流有限，散热也并非最佳。根据本发明，在由周边连续焊缝形成的边界内增加多个连续或不连续焊缝具有形成冷却剂流过的通道的效果，从而使冷却剂能够被引导并分布在元件的整个表面上，同时产生液压湍流以增加交换系数并带走更多热量。因此，多个连续或不连续焊缝提高了由周边连续焊缝形成的边界内的冷却效率和分布。有利地，这些焊缝是不连续的，使得在由周边连续焊缝形成的边界内，阻力较高的金属片的任何表面均可接触到冷却剂，或者限制该表面不可接触到冷却剂。

20、周边连续焊缝内的多个连续或不连续焊缝也有助于控制阻力较低的金属片的变形。它为变形金属片提供了更大的刚性，并且为元件提供了更好的机械强度。因此，在机械冲击的情况下，它对变形具有更高的机械阻力。

21、有利地，三个金属片通过相同的周边连续焊缝和由周边连续焊缝形成的边界内的相同的连续和/或不连续焊缝连接。

22、例如，通过薄金属片的外面上的两个旋转辊产生连续焊缝，这两个旋转辊彼此相对地布置在元件的任一侧上并被供给电流。在辊之间流动的电流将金属片熔化并且将其焊接在一起。每个不连续焊缝例如是点焊缝，例如通过如上所述的两个辊或通过两个电极获得。焊缝也可通过例如激光焊接或混合来产生。它们也可通过粘合来产生。注意，在粘合的情况下，本文使用的术语“焊缝”并不完全合适。

23、用单个焊缝连接三个金属片限制了生产该元件所需的焊缝数量，从而减少了制造时间和成本。这也意味着该元件沿着穿过中心金属片的中间的平面对称，因此在其两个大面上的冷却是对称的。

24、有利地，该元件具有扁平或弯曲的形状、或组合一个或多个扁平部分和一个或多个弯曲部分的形状。

25、本发明可容易地被实现成用于各种各样的元件形状，从而允许根据需要进行调整，例如以适应感应加热装置中的元件的功能和位置，或适应待感应加热的工件的几何形状。

26、根据本发明的第二方面，提出了一种用于通过感应加热产品的感应器，该感应器包括与待加热产品相对布置的壁，该壁连接到供电板，该供电板连接到交流源，其中感应器的壁和/或供电板包括根据本发明的第一方面的元件。

27、该感应器可由根据本发明的单个元件或多个元件的组件形成。元件的组件对于大尺寸或复杂形状的感应器可能是有利的。这些元件可以全部相同，也可以不同，以便最适合感应器的特性。

28、感应器的两个供电板通常是相同的。每个供电板有利地由根据本发明的单个元件形成。

29、当感应器壁包括仅具有两个金属片的根据本发明的元件时，第一金属片较薄，而第二金属片较厚，形成与待加热产品相对布置的壁的全部或部分的元件使其较厚的第二金属片面向感应器的内部。

30、通过采用最小电阻的路径，在感应器中循环的电流将优先流过元件的最厚的金属片。因此，正是所述后者生成大部分电磁场来感应加热产品。通过将元件的较薄的金属片放置在感应器的外面上，它不会干扰由较厚的金属片产生的朝向待加热产品的磁场。

31、根据本发明的第三方面，提出了一种感应加热装置，该感应加热装置包括根据本发明的第二方面的感应器和围绕感应器的磁屏蔽件，其中所述磁屏蔽件包括根据本发明的第一方面的元件。

32、围绕感应器的磁屏蔽件防止磁场加热感应器附近的金属零件，特别是支撑加热设备的框架。根据本发明，当磁屏蔽元件由不同厚度的金属片构成时，元件的最厚的金属片与磁场源相对放置，即朝向待加热的产品放置，以便促进磁场在最厚的金属片中的循环。

33、短路线圈或短路板将磁场引导成尽可能靠近感应器。与磁屏蔽一样，它可防止磁场扩展到更大的范围，并防止加热感应器附近的金属零件。通常存在两个短路线圈或短路板，在感应器的第一方向上的每一端处各有一个。当短路线圈或短路板被放置在感应器生成的磁场中时，在线圈或板中感应出电流，这就需要对它们进行冷却。根据现有技术，短路线圈或短路板由铜金属片形成，流有冷却剂的铜管被焊接到这些铜金属片上。

34、根据本发明的感应加热装置可包括具有至少一个短路线圈或短路板的感应器，其中所述短路线圈或短路板包括根据本发明的第一方面的元件。出于与感应器相同的原因，因此用根据本发明的元件形成短路线圈或短路板是有利的。

35、根据本发明的感应加热装置可包括散热器。顾名思义，散热器的功能就是排出热量。因此，这是一个需要冷却的零件。有多种型号可供选择，具体取决于它们所定位的位置，例如定位在磁筒头上。根据现有技术，散热器包括铜零件，该铜零件被设计成将热量从待冷却的设备带走，循环有冷却剂的铜管软钎焊到该铜零件。出于与感应器相同的原因，用根据本发明的元件形成散热器是有利的。因此，根据本发明的感应加热装置可包括散热器，其中所述散热器包括根据本发明的元件。

36、根据本发明的第四方面，提出了一种用于制造根据本发明的第一方面的元件的方法，其中在第一金属片和/或第三金属片与第二金属片之间形成的自由空间通过第一金属片和/或第三金属片的塑性变形而获得，该塑性变形是由于在由连续周边焊缝形成的边界内的两个金属片之间注射加压流体而产生的。

37、在两个金属片之间注射加压流体使对塑性变形具有较低的机械阻力的金属片变形，例如因为其较薄或由于其冶金状态。

38、注射加压流体的优点是分散由周边连续焊缝形成的边界内的流体施加的压力。因此，根据由周边连续焊缝形成的边界内的焊缝的分布，由金属片变形形成的冷却剂分布通道可容易地在整个表面上具有相同的尺寸。还可简单地改变元件表面上的分布通道的尺寸，例如通过在特定区域中以不同方式分布连续或不连续焊缝来增强该区域中的冷却。

39、应注意，在由周边连续焊缝形成的边界内没有连续或不连续焊缝的情况下，由加压流体获得的较薄的金属片的变形将具有在由周边连续焊缝形成的边界的中心使两个金属片进一步分开的效果。元件的厚度将会增加，这对于要求紧凑的配置来说可能是一个缺点。此外，在机械冲击的情况下，元件的刚性和对塑性变形的机械阻力将会更低。

40、取决于其厚度，第一金属片或第三金属片的初始冶金状态可能不合适使得该金属片可能在为实现变形而注射的流体的期望压力水平下变形。根据本发明，第一金属片和/或第三金属片的退火在待通过注射加压流体而塑性变形的位于或旨在位于由周边连续焊缝形成的边界内的该片的至少一部分上进行。

41、这种退火将金属片的机械阻力降低到允许其变形的水平。在将整个金属片焊接到第二金属片之前，可对其进行退火。

42、另选地，退火可仅在待塑性变形的部分上进行。这种局部退火可在将金属片焊接到第二金属片之前进行，或者在产生周边连续焊缝之后进行。

43、根据本发明的一个实施方案，退火在周边连续焊缝已经产生之后进行，其中金属片通过用于产生周边连续焊缝和/或由连续周边焊缝形成的边界内的连续或不连续焊缝的手段或通过任何其他手段加热至退火温度。

44、当焊接装置合适时，例如用于激光焊接的焊接装置，将用焊接装置退火所需的热量直接施加到待变形的金属片的表面可能是有利的。焊接装置还可允许金属片的表面被加热，以便进一步降低已经退火或部分退火的金属片的机械阻力，从而促进其变形。