Az Inductotherm csoport vállalatai számos iparágban használják az elektromágneses indukciót olvasztási, fűtési és hegesztési alkalmazásokhoz. De mi is pontosan az indukció? És miben különbözik más fűtési módszerektől?
A tipikus mérnök számára az indukció egy lenyűgöző fűtési módszer. Az indukciós fűtést nem ismerők számára meglepő lehet, ahogy egy tekercsben lévő fémdarab másodpercek alatt meggypirosra színeződik. Az indukciós fűtőberendezésekhez szükség van a fizika, az elektromágnesesség, a teljesítményelektronika és a folyamatszabályozás megértésére, de az indukciós fűtés mögött álló alapfogalmak egyszerűen megérthetők.
Az alapok
A Michael Faraday által felfedezett indukció egy vezető anyagból (például rézből) készült tekercsből indul ki. Ahogy a tekercsen áram folyik keresztül, a tekercsben és körülötte mágneses mező keletkezik. A mágneses mező munkaképessége a tekercs kialakításától, valamint a tekercsen átfolyó áram mennyiségétől függ.
A mágneses mező iránya az áram folyásának irányától függ, így a tekercsen átfolyó váltakozó áram a váltakozó áram frekvenciájával megegyező sebességgel változó irányú mágneses mezőt eredményez. A 60 Hz-es váltakozó áram hatására a mágneses mező másodpercenként 60-szor változtatja irányát. A 400 kHz-es váltakozó áram hatására a mágneses mező másodpercenként 400 000-szer változik.
Amikor egy vezető anyagot, egy munkadarabot változó mágneses térbe helyezünk (például váltakozó áram által létrehozott mezőbe), a munkadarabban feszültség indukálódik (Faraday törvénye). Az indukált feszültség elektronok áramlását eredményezi: áramot! A munkadarabon átfolyó áram a tekercsben folyó árammal ellentétes irányú lesz. Ez azt jelenti, hogy a munkadarabban folyó áram frekvenciáját a tekercsben folyó áram frekvenciájának szabályozásával szabályozhatjuk.
Amint az áram egy közegben áramlik, az elektronok mozgásának némi ellenállással kell szembenéznie. Ez az ellenállás hő formájában jelentkezik (A Joule-féle fűtési hatás). Azok az anyagok, amelyek jobban ellenállnak az elektronok áramlásának, több hőt adnak le, amikor áram folyik rajtuk keresztül, de természetesen lehetséges a nagy vezetőképességű anyagokat (például a rezet) indukált árammal melegíteni. Ez a jelenség az indukciós fűtés szempontjából kritikus.
Mire van szükségünk az indukciós fűtéshez?
Mindezekből kiderül, hogy az indukciós fűtéshez két alapvető dologra van szükségünk:
- Változó mágneses tér
- Egy elektromosan vezető anyag, amelyet a mágneses térbe helyezünk
Hogyan hasonlít az indukciós fűtés más fűtési módszerekhez?
Egy tárgy indukció nélküli melegítésére több módszer is létezik. Az iparban elterjedt eljárások közé tartoznak a gázkemencék, az elektromos kemencék és a sófürdők. Ezek a módszerek mind a hőforrásból (égő, fűtőelem, folyékony só) konvekció és sugárzás útján történő hőátadásra támaszkodnak a termék felé. Miután a termék felületét felmelegítették, a hő a terméken keresztül hővezetéssel jut át.
Az indukciós fűtésű termékek nem a konvekcióra és a sugárzásra támaszkodnak a hőnek a termék felületére történő eljuttatásában. Ehelyett a hő a termék felületén az áram áramlásával keletkezik. A termék felületéről származó hő ezután hővezetéssel jut át a terméken. Az a mélység, amelyig a hő közvetlenül az indukált áram segítségével keletkezik, az úgynevezett elektromos referenciamélységtől függ.
Az elektromos referenciamélység nagymértékben függ a munkadarabon átfolyó váltakozó áram frekvenciájától. A nagyobb frekvenciájú áram sekélyebb elektromos referenciamélységet, a kisebb frekvenciájú áram pedig mélyebb elektromos referenciamélységet eredményez. Ez a mélység a munkadarab elektromos és mágneses tulajdonságaitól is függ.
Az Induktotherm csoport vállalatai ezeket a fizikai és elektromos jelenségeket használják ki, hogy egyedi termékekhez és alkalmazásokhoz igazítsák a fűtési megoldásokat. A teljesítmény, a frekvencia és a tekercsgeometria gondos szabályozása lehetővé teszi, hogy az Inductotherm Group vállalatai az alkalmazástól függetlenül magas szintű folyamatszabályozással és megbízhatósággal rendelkező berendezéseket tervezzenek.
Indukciós olvasztás
Sok folyamat esetében az olvasztás az első lépés a hasznos termék előállításához; az indukciós olvasztás gyors és hatékony. Az indukciós tekercs geometriájának megváltoztatásával az indukciós olvasztókemencék egy kávéscsésze térfogatától több száz tonna olvadt fémig terjedő méretű töltetek tárolására képesek. Továbbá a frekvencia és a teljesítmény beállításával az Inductotherm csoport vállalatai gyakorlatilag minden fémet és anyagot képesek feldolgozni, beleértve, de nem kizárólagosan: vas, acél és rozsdamentes acélötvözetek, réz és rézalapú ötvözetek, alumínium és szilícium. Az indukciós berendezéseket minden egyes alkalmazáshoz egyedileg tervezik, hogy a lehető leghatékonyabbak legyenek.
Az indukciós olvasztás egyik fő előnye az indukciós keverés. Az indukciós kemencében a fémtöltet anyagát elektromágneses tér által generált áram olvasztja vagy melegíti. Amikor a fém megolvad, ez a mező a fürdőt is mozgásba hozza. Ezt nevezzük induktív keverésnek. Ez az állandó mozgás természetes módon keveri a fürdőt, ami homogénebb keveréket eredményez, és segíti az ötvözést. A keverés mértékét a kemence mérete, a fémbe juttatott teljesítmény, az elektromágneses mező frekvenciája és a kemencében lévő fém típusa/mennyisége határozza meg. Az induktív keverés mennyisége egy adott kemencében speciális alkalmazásokhoz szükség esetén manipulálható.
Indukciós vákuumolvasztás
Mivel az indukciós melegítés mágneses térrel történik, a munkadarab (vagy a rakomány) fizikailag elszigetelhető az indukciós tekercstől tűzálló anyaggal vagy más nem vezető közeggel. A mágneses mező áthalad ezen az anyagon, hogy feszültséget indukáljon a benne lévő terhelésben. Ez azt jelenti, hogy a rakományt vagy a munkadarabot vákuumban vagy gondosan ellenőrzött légkörben lehet melegíteni. Ez lehetővé teszi reaktív fémek (Ti, Al), speciális ötvözetek, szilícium, grafit és más érzékeny vezető anyagok megmunkálását.
Indukciós fűtés
Az egyes égetési módszerekkel ellentétben az indukciós fűtés pontosan szabályozható, függetlenül a tételmérettől. Az indukciós tekercsen keresztül az áram, a feszültség és a frekvencia változtatása finomhangolt, tervezett fűtést eredményez, amely tökéletes az olyan precíz alkalmazásokhoz, mint a tokozás, az edzés és az edzés, az izzítás és a hőkezelés más formái. A nagyfokú pontosság elengedhetetlen az olyan kritikus alkalmazásokhoz, mint az autóipar, a repülőgépipar, az üvegszáloptika, a lőszerek ragasztása, a huzalok edzése és a rugós huzalok edzése. Az indukciós melegítés jól alkalmazható speciális fémek, titán, nemesfémek és fejlett kompozitok alkalmazásához. Az indukcióval elérhető pontos fűtésszabályozás páratlan. Továbbá, a vákuumtégelyes fűtési alkalmazásokkal megegyező fűtési alapelvek alkalmazásával az indukciós fűtés folyamatos alkalmazásokhoz atmoszféra alatt is elvégezhető. Például rozsdamentes acélcsövek fényes izzítása.
Nagyfrekvenciás indukciós hegesztés
Ha az indukciót nagyfrekvenciás (HF) árammal juttatják be, egyenletes hegesztés lehetséges. Ebben az alkalmazásban a HF-árammal elérhető nagyon sekély elektromos referenciamélységek. Ebben az esetben egy fémszalagot folyamatosan alakítanak ki, majd egy pontosan megtervezett görgőkön halad át, amelyek egyetlen célja, hogy a kialakított szalagszéleket egymáshoz szorítsák és létrehozzák a hegesztési varratot. Közvetlenül azelőtt, hogy a formázott szalag elérné a görgőkészletet, egy indukciós tekercsen halad át. Ebben az esetben az áram a szalagszélek által létrehozott geometriai “V” mentén folyik lefelé, ahelyett, hogy csak a kialakított csatorna külső oldalán haladna. Ahogy az áram a szalag szélei mentén folyik, azok megfelelő hegesztési hőmérsékletre (az anyag olvadási hőmérséklete alá) melegszenek fel. Amikor az éleket összenyomják, minden törmelék, oxid és egyéb szennyeződés kiszorul, így egy szilárd állapotú kovácshegesztés jön létre.
A jövő
A magasan megmunkált anyagok, az alternatív energiák és a fejlődő országok felhatalmazásának szükségessége miatt az indukció egyedülálló képességei a jövő mérnökeinek és tervezőinek gyors, hatékony és pontos fűtési módszert kínálnak.