încălzirea prin inducție este un proces care este utilizat pentru a lega, întări sau înmuia metale sau alte materiale conductoare. Pentru multe procese moderne de fabricație, încălzirea prin inducție oferă o combinație atractivă de viteză, consistență și control.
principiile de bază ale încălzirii prin inducție au fost înțelese și aplicate producției încă din anii 1920. în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, tehnologia s-a dezvoltat rapid pentru a satisface cerințele urgente din timpul războiului pentru un proces rapid și fiabil de întărire a pieselor metalice ale motorului. Mai recent, accentul pus pe tehnicile de fabricație slabă și accentul pus pe controlul îmbunătățit al calității au dus la o redescoperire a tehnologiei de inducție, împreună cu dezvoltarea tuturor surselor de alimentare cu inducție în stare solidă controlate cu precizie.
ce face această metodă de încălzire atât de unică? În cele mai comune metode de încălzire, o torță sau o flacără deschisă este aplicată direct pe partea metalică. Dar cu încălzirea prin inducție, căldura este de fapt” indusă ” în interiorul părții în sine prin circulația curenților electrici.încălzirea prin inducție se bazează pe caracteristicile unice ale energiei de frecvență radio (RF) – acea porțiune a spectrului electromagnetic sub energia infraroșie și cu microunde. Deoarece căldura este transferată produsului prin unde electromagnetice, piesa nu intră niciodată în contact direct cu nicio flacără, inductorul în sine nu se încălzește (A se vedea Figura 1) și nu există contaminare a produsului. Când este configurat corect, procesul devine foarte repetabil și controlabil.
cum funcționează încălzirea prin inducție
cum funcționează încălzirea prin inducție? Ajută la înțelegerea de bază a principiilor electricității. Când se aplică un curent electric alternativ la primarul unui transformator, se creează un câmp magnetic alternativ. Conform legii lui Faraday, dacă secundarul transformatorului este situat în câmpul magnetic, va fi indus un curent electric.
într-o configurație de încălzire cu inducție de bază prezentată în Figura 2, o sursă de alimentare RF în stare solidă trimite un curent alternativ printr-un inductor (adesea o bobină de cupru),iar piesa de încălzit (piesa de prelucrat) este plasată în interiorul inductorului. Inductorul servește ca transformator primar și partea care trebuie încălzită devine un scurtcircuit secundar. Când o parte metalică este plasată în inductor și intră în câmpul magnetic, curenții turbionari circulanți sunt induși în interiorul piesei.
așa cum se arată în Figura 3, acești curenți turbionari curg împotriva rezistivității electrice a metalului, generând căldură precisă și localizată fără niciun contact direct între piesă și inductor. Această încălzire are loc atât cu părți magnetice, cât și nemagnetice și este adesea denumită „efectul Joule”, referindu-se la prima lege a lui Joule – o formulă științifică care exprimă relația dintre căldura produsă de curentul electric trecut printr-un conductor.
În al doilea rând, căldura suplimentară este produsă în interiorul părților magnetice prin Histerezis – frecare internă care este creată atunci când părțile magnetice trec prin inductor. Materialele magnetice oferă în mod natural rezistență electrică la câmpurile magnetice în schimbare rapidă din inductor. Această rezistență produce frecare internă care, la rândul său, produce căldură.
în procesul de încălzire a materialului, prin urmare, nu există niciun contact între inductor și piesă și nici nu există gaze de ardere. Materialul care trebuie încălzit poate fi amplasat într-un cadru izolat de sursa de alimentare; scufundat într-un lichid, acoperit de substanțe izolate, în atmosfere gazoase sau chiar în vid.
factori importanți de luat în considerare
eficiența unui sistem de încălzire prin inducție pentru o aplicație specifică depinde de mai mulți factori: caracteristicile piesei în sine, proiectarea inductorului, capacitatea sursei de alimentare și cantitatea de schimbare a temperaturii necesare pentru aplicare.
caracteristicile piesei
METAL sau PLASTIC
În primul rând, încălzirea prin inducție funcționează direct numai cu materiale conductoare, în mod normal metale. Materialele plastice și alte materiale neconductoare pot fi adesea încălzite indirect prin încălzirea mai întâi a unui susceptor metalic conductiv care transferă căldura către Materialul neconductor.
magnetice sau non-magnetice
este mai ușor să se încălzească materiale magnetice. Pe lângă căldura indusă de curenții turbionari, materialele magnetice produc și căldură prin ceea ce se numește efect de histerezis (descris mai sus). Acest efect încetează să apară la temperaturi peste punctul „Curie” – temperatura la care un material magnetic își pierde proprietățile magnetice. Rezistența relativă a materialelor magnetice este evaluată pe o scară de” permeabilitate ” de la 100 la 500; în timp ce non-magneticele au o permeabilitate de 1, materialele magnetice pot avea o permeabilitate de până la 500.
gros sau subțire
cu materiale conductoare, aproximativ 85% din efectul de încălzire apare pe suprafața sau” pielea ” părții; intensitatea încălzirii scade pe măsură ce Distanța de la suprafață increases.So părțile mici sau subțiri se încălzesc în general mai repede decât părțile groase mari, mai ales dacă părțile mai mari trebuie încălzite până la capăt.
cercetările au arătat o relație între frecvența curentului alternativ și adâncimea de penetrare a încălzirii: cu cât frecvența este mai mare, cu atât încălzirea din piesă este mai mică. Frecvențele de 100 până la 400 kHz produc căldură relativ mare, ideală pentru încălzirea rapidă a pieselor mici sau a suprafeței/pielii pieselor mai mari. Pentru căldură profundă și penetrantă, ciclurile de încălzire mai lungi la frecvențe mai mici de 5 până la 30 kHz s-au dovedit a fi cele mai eficiente.
rezistivitate
dacă utilizați exact același proces de inducție pentru a încălzi două bucăți de oțel și cupru de aceeași dimensiune, rezultatele vor fi destul de diferite. De ce? Oțelul-împreună cu carbonul, staniul și tungstenul – are o rezistivitate electrică ridicată. Deoarece aceste metale rezistă puternic fluxului curent, căldura se acumulează rapid. Metalele cu rezistivitate scăzută, cum ar fi cuprul, alama și aluminiul, necesită mai mult timp pentru a se încălzi. Rezistivitatea crește odată cu temperatura, astfel încât o bucată de oțel foarte fierbinte va fi mai receptivă la încălzirea prin inducție decât o bucată rece.
Design Inductor
este în interiorul inductorului că câmpul magnetic variabil necesar pentru încălzirea prin inducție este dezvoltat prin fluxul de curent alternativ. Deci, proiectarea inductorului este unul dintre cele mai importante aspecte ale sistemului general. Un inductor bine conceput oferă modelul adecvat de încălzire pentru partea dvs. și maximizează eficiența sursei de alimentare cu încălzire prin inducție, permițând în același timp introducerea și îndepărtarea ușoară a piesei.
capacitatea sursei de alimentare
dimensiunea sursei de alimentare cu inducție necesară pentru încălzirea unei anumite părți poate fi ușor calculată. În primul rând, trebuie să determinați câtă energie trebuie transferată la piesa de lucru. Aceasta depinde de masa materialului încălzit, de căldura specifică a materialului și de creșterea temperaturii necesare. De asemenea, trebuie luate în considerare pierderile de căldură cauzate de conducere, convecție și radiații.
gradul de schimbare a temperaturii necesar
în cele din urmă, eficiența încălzirii prin inducție pentru aplicații specifice depinde de cantitatea de schimbare a temperaturii necesară. O gamă largă de schimbări de temperatură pot fi acomodate; ca regulă generală, mai multă putere de încălzire prin inducție este utilizată în general pentru a crește gradul de schimbare a temperaturii.