Companii din Grupul Inductotherm utilizează inducția electromagnetică pentru aplicații de topire, încălzire și sudare în mai multe industrii. Dar ce este mai exact inducția? Și cum diferă ea de alte metode de încălzire?
Pentru inginerul tipic, inducția este o metodă fascinantă de încălzire. Văzând cum o bucată de metal într-o bobină se transformă în roșu vișiniu în câteva secunde poate fi surprinzător pentru cei care nu sunt familiarizați cu încălzirea prin inducție. Echipamentul de încălzire prin inducție necesită o înțelegere a fizicii, a electromagnetismului, a electronicii de putere și a controlului proceselor, dar conceptele de bază din spatele încălzirii prin inducție sunt simplu de înțeles.
Noțiuni de bază
Descoperită de Michael Faraday, inducția începe cu o bobină de material conductor (de exemplu, cupru). Pe măsură ce curentul trece prin bobină, se produce un câmp magnetic în interiorul și în jurul bobinei. Capacitatea câmpului magnetic de a efectua muncă depinde de designul bobinei, precum și de cantitatea de curent care trece prin bobină.
Direcția câmpului magnetic depinde de direcția fluxului de curent, astfel încât un curent alternativ prin bobină va avea ca rezultat un câmp magnetic care își va schimba direcția cu aceeași viteză ca și frecvența curentului alternativ. Un curent alternativ de 60 Hz va determina câmpul magnetic să schimbe direcția de 60 de ori pe secundă. Un curent alternativ de 400kHz va determina câmpul magnetic să se schimbe de 400.000 de ori pe secundă.
Când un material conducător, o piesă de lucru, este plasat într-un câmp magnetic schimbător (de exemplu, un câmp generat cu curent alternativ), în piesa de lucru va fi indusă tensiune (legea lui Faraday). Tensiunea indusă va avea ca rezultat un flux de electroni: curent! Curentul care trece prin piesa de lucru va merge în direcția opusă față de curentul din bobină. Acest lucru înseamnă că putem controla frecvența curentului din piesa de lucru prin controlul frecvenței curentului din bobină.
Cum curentul circulă printr-un mediu, va exista o anumită rezistență la mișcarea electronilor. Această rezistență se manifestă sub formă de căldură (Efectul de încălzire Joule). Materialele care sunt mai rezistente la fluxul de electroni vor degaja mai multă căldură atunci când curentul trece prin ele, dar este cu siguranță posibil să se încălzească materiale foarte conductoare (de exemplu, cuprul) folosind un curent indus. Acest fenomen este esențial pentru încălzirea prin inducție.
De ce avem nevoie pentru încălzirea prin inducție?
Toate acestea ne spun că avem nevoie de două lucruri de bază pentru ca încălzirea prin inducție să aibă loc:
- Un câmp magnetic în schimbare
- Un material conductor electric plasat în câmpul magnetic
Cum se compară încălzirea prin inducție cu alte metode de încălzire?
Există mai multe metode de a încălzi un obiect fără inducție. Unele dintre cele mai comune practici industriale includ cuptoarele cu gaz, cuptoarele electrice și băile de sare. Toate aceste metode se bazează pe transferul de căldură către produs de la sursa de căldură (arzător, element de încălzire, sare lichidă) prin convecție și radiație. Odată ce suprafața produsului este încălzită, căldura se transferă prin produs prin conducție termică.
Produsele încălzite prin inducție nu se bazează pe convecție și radiație pentru livrarea căldurii la suprafața produsului. În schimb, căldura este generată în suprafața produsului prin fluxul de curent. Căldura de la suprafața produsului este apoi transferată prin produs prin conducție termică. Adâncimea la care căldura este generată direct cu ajutorul curentului indus depinde de ceva numit adâncimea de referință electrică.
Adâncimea de referință electrică depinde în mare măsură de frecvența curentului alternativ care trece prin piesa de prelucrat. Un curent de frecvență mai mare va avea ca rezultat o adâncime de referință electrică mai mică, iar un curent de frecvență mai mică va avea ca rezultat o adâncime de referință electrică mai mare. Această adâncime depinde, de asemenea, de proprietățile electrice și magnetice ale piesei de prelucrat.
Companii din Grupul Inductotherm profită de aceste fenomene fizice și electrice pentru a personaliza soluțiile de încălzire pentru produse și aplicații specifice. Controlul atent al puterii, frecvenței și geometriei bobinelor permite companiilor Inductotherm Group să proiecteze echipamente cu un nivel ridicat de control al procesului și fiabilitate, indiferent de aplicație.
Fundare prin inducție
Pentru multe procese, topirea este primul pas în obținerea unui produs util; topirea prin inducție este rapidă și eficientă. Prin modificarea geometriei bobinei de inducție, cuptoarele de topire prin inducție pot susține încărcături care variază ca mărime de la volumul unei căni de cafea până la sute de tone de metal topit. Mai mult, prin ajustarea frecvenței și a puterii, companiile Inductotherm Group pot prelucra practic toate metalele și materialele, inclusiv, dar fără a se limita la: fier, oțel și aliaje de oțel inoxidabil, cupru și aliaje pe bază de cupru, aluminiu și siliciu. Echipamentul de inducție este proiectat la comandă pentru fiecare aplicație pentru a se asigura că este cât mai eficient posibil.
Un avantaj major care este inerent cu topirea prin inducție este agitația inductivă. Într-un cuptor cu inducție, materialul metalic de încărcare este topit sau încălzit de curentul generat de un câmp electromagnetic. Atunci când metalul devine topit, acest câmp face ca și baia să se miște. Acest lucru se numește agitare inductivă. Această mișcare constantă amestecă în mod natural baia producând un amestec mai omogen și ajută la aliere. Cantitatea de agitare este determinată de dimensiunea cuptorului, de puterea introdusă în metal, de frecvența câmpului electromagnetic și de tipul/ cantitatea de metal din cuptor. Cantitatea de agitare inductivă în orice cuptor dat poate fi manipulată pentru aplicații speciale, dacă este necesar.
Fundarea în vid prin inducție
Pentru că încălzirea prin inducție se realizează cu ajutorul unui câmp magnetic, piesa de lucru (sau sarcina) poate fi izolată fizic de bobina de inducție prin refractare sau printr-un alt mediu neconductor. Câmpul magnetic va trece prin acest material pentru a induce o tensiune în sarcina conținută în el. Aceasta înseamnă că sarcina sau piesa de lucru poate fi încălzită în vid sau într-o atmosferă atent controlată. Acest lucru permite prelucrarea metalelor reactive (Ti, Al), a aliajelor speciale, a siliciului, a grafitului și a altor materiale conductoare sensibile.
Încălzirea prin inducție
În comparație cu unele metode de combustie, încălzirea prin inducție este controlabilă cu precizie, indiferent de mărimea lotului. Variația curentului, a tensiunii și a frecvenței prin intermediul unei bobine de inducție are ca rezultat o încălzire inginerească fină, perfectă pentru aplicații precise, cum ar fi călirea, călirea și revenirea, recoacerea și alte forme de tratare termică. Un nivel ridicat de precizie este esențial pentru aplicații critice, cum ar fi cele din industria auto, aerospațială, fibra optică, lipirea munițiilor, călirea și călirea sârmei pentru arcuri. Încălzirea prin inducție este foarte potrivită pentru aplicațiile cu metale speciale care implică titan, metale prețioase și materiale compozite avansate. Controlul precis al încălzirii disponibil cu ajutorul inducției este de neegalat. Mai mult, folosind aceleași principii fundamentale de încălzire ca și în cazul aplicațiilor de încălzire în creuzet în vid, încălzirea prin inducție poate fi realizată în atmosferă pentru aplicații continue. De exemplu, recoacerea luminoasă a tuburilor și țevilor din oțel inoxidabil.
Sudare prin inducție de înaltă frecvență
Când inducția este furnizată folosind curent de înaltă frecvență (HF), este posibilă sudarea uniformă. În această aplicație se remarcă adâncimile de referință electrică foarte mici care pot fi obținute cu curentul HF. În acest caz, o bandă de metal este formată continuu și apoi trece printr-un set de role proiectate cu precizie, al căror unic scop este de a forța marginile benzii formate să se unească și de a crea sudura. Chiar înainte ca banda formată să ajungă la setul de role, aceasta trece printr-o bobină de inducție. În acest caz, curentul curge în jos de-a lungul „nervurii” geometrice create de marginile benzii, în loc să curgă doar în jurul părții exterioare a canalului format. Pe măsură ce curentul curge de-a lungul marginilor benzii, acestea se vor încălzi până la o temperatură de sudare adecvată (sub temperatura de topire a materialului). Când marginile sunt presate împreună, toate resturile, oxizii și alte impurități sunt forțate să iasă afară pentru a rezulta o sudură prin forjare în stare solidă.
Viitorul
Cu ocazia venirii erei materialelor de înaltă inginerie, a energiilor alternative și a necesității de a da putere țărilor în curs de dezvoltare, capacitățile unice ale inducției oferă inginerilor și proiectanților viitorului o metodă rapidă, eficientă și precisă de încălzire.
.