Inductotherm Groups virksomheder bruger elektromagnetisk induktion til smeltning, opvarmning og svejsning på tværs af mange forskellige industrier. Men hvad er induktion egentlig? Og hvordan adskiller det sig fra andre opvarmningsmetoder?

For den typiske ingeniør er induktion en fascinerende opvarmningsmetode. At se et stykke metal i en spole blive kirsebærrødt i løbet af få sekunder kan være overraskende for dem, der ikke er bekendt med induktionsopvarmning. Udstyr til induktionsopvarmning kræver en forståelse af fysik, elektromagnetisme, effektelektronik og processtyring, men de grundlæggende begreber bag induktionsopvarmning er enkle at forstå.

Det grundlæggende

Induktion, der blev opdaget af Michael Faraday, starter med en spole af ledende materiale (f.eks. kobber). Når strømmen løber gennem spolen, opstår der et magnetfelt i og omkring spolen. Magnetfeltets evne til at udføre arbejde afhænger af spolens udformning samt mængden af strøm, der løber gennem spolen.

Retningen af magnetfeltet afhænger af retningen af strømmen, så en vekselstrøm gennem spolen vil resultere i et magnetfelt, der ændrer retning med samme hastighed som vekselstrømmens frekvens. 60 Hz vekselstrøm vil medføre, at magnetfeltet skifter retning 60 gange i sekundet. 400 kHz vekselstrøm vil få magnetfeltet til at skifte 400.000 gange i sekundet.

Når et ledende materiale, et arbejdsstykke, placeres i et skiftende magnetfelt (f.eks. et felt, der genereres med vekselstrøm), vil der blive induceret spænding i arbejdsstykket (Faradays lov). Den inducerede spænding vil resultere i en strøm af elektroner: strøm! Strømmen, der løber gennem arbejdsemnet, vil gå i modsat retning af strømmen i spolen. Det betyder, at vi kan kontrollere frekvensen af strømmen i arbejdsstykket ved at kontrollere frekvensen af strømmen i spolen.

Som strøm løber gennem et medium, vil der være en vis modstand mod elektronernes bevægelse. Denne modstand viser sig som varme (Joule-varmeeffekten). Materialer, der er mere modstandsdygtige over for elektronernes strøm, vil afgive mere varme, når strømmen løber gennem dem, men det er bestemt muligt at opvarme meget ledende materialer (f.eks. kobber) ved hjælp af en induceret strøm. Dette fænomen er afgørende for induktiv opvarmning.

Hvad har vi brug for til induktionsopvarmning?

Alt dette fortæller os, at vi har brug for to grundlæggende ting, for at induktionsopvarmning kan finde sted:

1. Et skiftende magnetfelt
2. Et elektrisk ledende materiale, der placeres i magnetfeltet

Hvordan kan induktionsopvarmning sammenlignes med andre opvarmningsmetoder?

Der findes flere metoder til at opvarme en genstand uden induktion. Nogle af de mere almindelige industrielle metoder omfatter gasovne, elektriske ovne og saltbade. Disse metoder er alle afhængige af varmeoverførsel til produktet fra varmekilden (brænder, varmeelement, flydende salt) gennem konvektion og stråling. Når produktets overflade er opvarmet, overføres varmen gennem produktet med varmekonduktion.

Induktionsopvarmede produkter er ikke afhængige af konvektion og stråling til levering af varme til produktets overflade. I stedet genereres varmen i produktets overflade ved hjælp af strømmen. Varmen fra produktets overflade overføres derefter gennem produktet med varmekonduktion. Den dybde, hvortil varme genereres direkte ved hjælp af den inducerede strøm, afhænger af noget, der kaldes den elektriske referencedybde.

Den elektriske referencedybde afhænger i høj grad af frekvensen af den vekselstrøm, der løber gennem emnet. Strøm med højere frekvens vil resultere i en mindre elektrisk referencedybde, og en strøm med lavere frekvens vil resultere i en større elektrisk referencedybde. Denne dybde afhænger også af emnets elektriske og magnetiske egenskaber.

Inductotherm Groups virksomheder udnytter disse fysiske og elektriske fænomener til at skræddersy opvarmningsløsninger til specifikke produkter og applikationer. Den omhyggelige styring af effekt, frekvens og spolegeometri gør det muligt for Inductotherm Group-virksomhederne at designe udstyr med høj grad af proceskontrol og pålidelighed uanset anvendelse.

Induktionssmeltning

For mange processer er smeltning det første skridt i fremstillingen af et brugbart produkt; induktionssmeltning er hurtig og effektiv. Ved at ændre geometrien af induktionsspolen kan induktionssmelteovne rumme ladninger, der varierer i størrelse fra et kaffekrus til hundredvis af tons smeltet metal. Ved at justere frekvens og effekt kan Inductotherm-koncernens virksomheder desuden behandle stort set alle metaller og materialer, herunder, men ikke begrænset til: jern, stål og legeringer af rustfrit stål, kobber og kobberbaserede legeringer, aluminium og silicium. Induktionsudstyr er specialudviklet til hver enkelt anvendelse for at sikre, at det er så effektivt som muligt.

En stor fordel, der er indbygget i induktionssmeltning, er induktiv omrøring. I en induktionsovn smeltes eller opvarmes metalmateriale ved hjælp af strøm, der genereres af et elektromagnetisk felt. Når metallet bliver smeltet, får dette felt også badet til at bevæge sig. Dette kaldes induktiv omrøring. Denne konstante bevægelse blander naturligt badet og giver en mere homogen blanding og bidrager til legeringen. Omfanget af omrøring bestemmes af ovnens størrelse, den effekt, der tilføres metallet, frekvensen af det elektromagnetiske felt og typen/mængden af metal i ovnen. Omfanget af induktiv omrøring i en given ovn kan om nødvendigt manipuleres til specielle anvendelser.

Induktionsvakuumsmeltning

Da induktionsopvarmning sker ved hjælp af et magnetfelt, kan emnet (eller lasten) fysisk isoleres fra induktionsspolen ved hjælp af ildfast materiale eller et andet ikke-ledermedium. Det magnetiske felt vil passere gennem dette materiale for at inducere en spænding i den belastning, der befinder sig indeni. Dette betyder, at lasten eller arbejdsemnet kan opvarmes under vakuum eller i en omhyggeligt kontrolleret atmosfære. Dette muliggør behandling af reaktive metaller (Ti, Al), speciallegeringer, silicium, grafit og andre følsomme ledende materialer.

Induktionsopvarmning

I modsætning til nogle forbrændingsmetoder kan induktionsopvarmning styres præcist uanset batchstørrelse. Variation af strømmen, spændingen og frekvensen gennem en induktionsspole resulterer i en finjusteret konstrueret opvarmning, der er perfekt til præcise anvendelser som karbonathærdning, hærdning og anløbning, udglødning og andre former for varmebehandling. En høj grad af præcision er afgørende for kritiske anvendelser som f.eks. i bilindustrien, luft- og rumfart, fiberoptik, ammunitionsbinding, trådhærdning og hærdning og anløbning af fjedertråd. Induktionsopvarmning er velegnet til specialmetalapplikationer, der omfatter titanium, ædelmetaller og avancerede kompositmaterialer. Den præcise varmekontrol, der er mulig med induktion, er uovertruffen. Ved hjælp af de samme grundlæggende opvarmningsmetoder som ved vakuumdigelopvarmning kan induktionsopvarmning desuden foregå under atmosfære i forbindelse med kontinuerlige anvendelser. For eksempel blankglødning af rør af rustfrit stål.

Højfrekvent induktionssvejsning

Når induktion leveres ved hjælp af højfrekvent (HF) strøm, er jævn svejsning mulig. I denne anvendelse er de meget lave elektriske referencedybder, der kan opnås med HF-strøm, meget lavt. I dette tilfælde formes et bånd af metal kontinuerligt og passerer derefter gennem et sæt præcist konstruerede valser, hvis eneste formål er at tvinge de formede båndkanter sammen og skabe svejsningen. Lige før det formede bånd når frem til valserne, passerer det gennem en induktionsspole. I dette tilfælde strømmer strømmen ned langs den geometriske “vue”, der er skabt af båndkanterne, i stedet for blot at løbe rundt om ydersiden af den formede kanal. Når strømmen løber langs båndkanterne, varmes de op til en passende svejsetemperatur (under materialets smeltetemperatur). Når kanterne presses sammen, tvinges alle rester, oxider og andre urenheder ud for at resultere i en fast smedesvejsning.

Fremtiden

Med den kommende tidsalder med højteknologiske materialer, alternative energiformer og behovet for at styrke udviklingslandene, tilbyder induktionens unikke muligheder fremtidens ingeniører og designere en hurtig, effektiv og præcis opvarmningsmetode.