inductieverwarming is een proces dat wordt gebruikt om metalen of andere geleidende materialen te binden, te harden of te verzachten. Voor veel moderne productieprocessen biedt inductieverwarming een aantrekkelijke combinatie van snelheid, consistentie en controle.de basisprincipes van inductieverwarming zijn sinds de jaren 1920 begrepen en toegepast op de fabricage. tijdens de Tweede Wereldoorlog ontwikkelde de technologie zich snel om te voldoen aan de dringende vereisten in oorlogstijd voor een snel, betrouwbaar proces om metalen motoronderdelen te verharden. Meer recent hebben de focus op lean productietechnieken en de nadruk op verbeterde kwaliteitscontrole geleid tot een herontdekking van inductietechnologie, samen met de ontwikkeling van nauwkeurig gecontroleerde, alle solid state inductievoedingen.
wat maakt deze verwarmingsmethode zo uniek? In de meest voorkomende verwarmingsmethoden wordt een fakkel of open vlam direct op het metalen deel aangebracht. Maar bij inductieverwarming wordt warmte eigenlijk “geïnduceerd” in het deel zelf door circulerende elektrische stromen.
inductieverwarming berust op de unieke eigenschappen van radiofrequentieenergie (RF) – dat deel van het elektromagnetische spectrum onder infrarood-en microgolfenergie. Omdat warmte via elektromagnetische golven op het product wordt overgebracht, komt het onderdeel nooit in direct contact met een vlam, wordt de inductor zelf niet heet (zie Figuur 1) en is er geen productcontaminatie. Wanneer goed ingesteld, wordt het proces zeer herhaalbaar en controleerbaar.
Hoe werkt inductieverwarming
Hoe werkt inductieverwarming precies? Het helpt om een basiskennis van de principes van elektriciteit te hebben. Wanneer een wisselstroom wordt toegepast op de primaire van een transformator, wordt een wisselend magnetisch veld gecreëerd. Volgens Faraday ‘ s wet, als de secundaire van de transformator zich in het magnetisch veld bevindt, zal een elektrische stroom worden opgewekt.
in een basisopstelling voor inductieverwarming zoals weergegeven in Figuur 2, stuurt een vaste-stof-RF-voeding een wisselstroom door een inductor (vaak een koperen spoel) en wordt het te verwarmen onderdeel (het werkstuk) in de inductor geplaatst. De inductor dient als primaire transformator en het te verwarmen onderdeel wordt een secundaire kortsluiting. Wanneer een metalen onderdeel in de inductor wordt geplaatst en het magnetische veld binnenkomt, worden circulerende wervelstromen geïnduceerd binnen het onderdeel.
zoals in Figuur 3 is aangegeven, stromen deze wervelstromen tegen de elektrische weerstand van het metaal, waardoor nauwkeurige en gelokaliseerde warmte wordt gegenereerd zonder enig direct contact tussen het onderdeel en de inductor. Deze verwarming vindt plaats met zowel magnetische als niet-magnetische delen, en wordt vaak aangeduid als het “Joule – effect”, verwijzend naar Joule ‘ s eerste wet-een wetenschappelijke formule die de relatie uitdrukt tussen warmte geproduceerd door elektrische stroom die door een geleider wordt doorgegeven.
in de tweede plaats wordt extra warmte geproduceerd binnen magnetische delen door hysterese – interne wrijving die ontstaat wanneer magnetische delen door de inductor gaan. Magnetische materialen bieden van nature elektrische weerstand tegen de snel veranderende magnetische velden in de spoel. Deze weerstand produceert interne wrijving die op zijn beurt warmte produceert.
bij het verwarmen van het materiaal is er dus geen contact tussen de inductor en het onderdeel en zijn er ook geen verbrandingsgassen. Het te verwarmen materiaal kan zich in een van de voeding geïsoleerde stand bevinden; ondergedompeld in een vloeistof, bedekt met geïsoleerde stoffen, in gasvormige atmosferen of zelfs in een vacuüm.
belangrijke factoren om te overwegen
de efficiëntie van een inductieverwarmingssysteem voor een specifieke toepassing hangt af van verschillende factoren: de kenmerken van het onderdeel zelf, het ontwerp van de spoel, de capaciteit van de voeding en de hoeveelheid temperatuurverandering die nodig is voor de toepassing.
de eigenschappen van het deel
metaal of kunststof
Ten eerste werkt inductieverwarming alleen rechtstreeks met geleidende materialen, gewoonlijk metalen. Kunststoffen en andere niet-geleidende materialen kunnen vaak indirect worden verhit door eerst een geleidende metaalgevoelens te verwarmen die warmte naar het niet-geleidende materiaal overbrengt.
magnetisch of niet-magnetisch
Het is gemakkelijker om magnetische materialen te verwarmen. Naast de warmte die door wervelstromen wordt opgewekt, produceren magnetische materialen ook warmte door wat het hysterese-effect wordt genoemd (hierboven beschreven). Dit effect houdt op bij temperaturen boven het Curiepunt – de temperatuur waarbij een magnetisch materiaal zijn magnetische eigenschappen verliest. De relatieve weerstand van magnetische materialen wordt beoordeeld op een” permeabiliteit ” schaal van 100 tot 500; terwijl niet-magnetica een permeabiliteit van 1 hebben, kunnen magnetische materialen een permeabiliteit tot 500 hebben.
dik of dun
met geleidende materialen treedt ongeveer 85% van het verwarmingseffect op op het oppervlak of de “huid” van het deel; de verwarmingsintensiteit neemt af naarmate de afstand tot het oppervlak kleiner wordt increases.So kleine of dunne delen verwarmen over het algemeen sneller dan grote dikke delen, vooral als de grotere delen helemaal moeten worden verwarmd.
onderzoek heeft een verband aangetoond tussen de frequentie van de wisselstroom en de verhittingsdiepte van de penetratie: hoe hoger de frequentie, hoe ondieper de verwarming in het deel. Frequenties van 100 tot 400 kHz produceren relatief hoge energiewarmte, ideaal voor het snel verwarmen van kleine onderdelen of het oppervlak/de huid van grotere onderdelen. Voor diepe, doordringende warmte zijn langere verwarmingscycli bij lagere frequenties van 5 tot 30 kHz het meest effectief gebleken.
weerstand
Als u precies hetzelfde inductieproces gebruikt om twee stukken staal en koper van dezelfde grootte te verwarmen, zullen de resultaten heel verschillend zijn. Waarom? Staal – samen met koolstof, tin en wolfraam – heeft een hoge elektrische weerstand. Omdat deze metalen sterk bestand zijn tegen de stroomstroom, bouwt warmte snel op. Lage weerstand metalen zoals koper, messing en aluminium duurt langer om te verwarmen. De weerstand neemt toe met de temperatuur, dus een zeer warm stuk staal zal meer ontvankelijk zijn voor inductieverwarming dan een koud stuk.
ontwerp van de Inductor
binnen de inductor wordt het voor inductieverwarming vereiste variërende magnetische veld door de stroom van wisselstroom ontwikkeld. Dus inductor ontwerp is een van de belangrijkste aspecten van het totale systeem. Een goed ontworpen inductor biedt het juiste verwarmingspatroon voor uw onderdeel en maximaliseert de efficiëntie van de inductieverwarmingsvoeding, terwijl het nog steeds gemakkelijk inbrengen en verwijderen van het onderdeel mogelijk is.
vermogen
De grootte van de inductievoeding die nodig is voor het verwarmen van een bepaald onderdeel kan eenvoudig worden berekend. Ten eerste moet men bepalen hoeveel energie moet worden overgebracht naar het werkstuk. Dit hangt af van de massa van het verwarmde materiaal, de specifieke warmte van het materiaal en de vereiste temperatuurstijging. Warmteverlies door geleiding, convectie en straling moet ook worden overwogen.
vereiste temperatuurverandering
ten slotte hangt het rendement van inductieverwarming voor specifieke toepassing af van de vereiste temperatuurverandering. Een breed scala van temperatuurveranderingen kan worden accomodated; als vuistregel, meer inductie Verwarming vermogen wordt over het algemeen gebruikt om de mate van temperatuurverandering te verhogen.