Základy indukčního ohřevu

Indukční ohřev

Jednoduše řečeno, indukční ohřev je nejčistší, nejúčinnější, nejhospodárnější, nejpřesnější a nejopakovatelnější metoda ohřevu materiálu, která je dnes v průmyslu k dispozici.

Přesně navržené indukční cívky ve spojení s výkonným a flexibilním indukčním zdrojem energie vytvářejí opakovatelné výsledky ohřevu specifické pro požadovanou aplikaci. Indukční napájecí zdroje navržené tak, aby přesně kvantifikovaly ohřev materiálu a reagovaly na změny vlastností materiálu v průběhu ohřívacího cyklu, umožňují dosáhnout různých ohřívacích profilů z jediné ohřívací aplikace.

Účelem indukčního ohřevu může být zpevnění součásti, aby se zabránilo jejímu opotřebení; zplastizování kovu pro kování nebo tváření za tepla do požadovaného tvaru; pájení nebo spájení dvou součástí dohromady; tavení a míchání složek, které se používají ve vysokoteplotních slitinách, umožňujících výrobu proudových motorů; nebo pro libovolný počet dalších aplikací.

Základy

Indukční ohřev probíhá v elektricky vodivém objektu (ne nutně magnetické oceli), když je objekt umístěn v měnícím se magnetickém poli. Indukční ohřev je způsoben hysterezními ztrátami a ztrátami vířivými proudy.

Hysterezní ztráty se vyskytují pouze u magnetických materiálů, jako je ocel, nikl a velmi málo dalších. Hysterezní ztráty uvádí, že jsou způsobeny třením mezi molekulami, když je materiál zmagnetován nejprve v jednom směru a pak v druhém. Molekuly lze považovat za malé magnety, které se otáčejí při každé změně směru magnetického pole. K jejich otočení je zapotřebí práce (energie). Tato energie se mění na teplo. Rychlost výdeje energie (výkonu) se zvyšuje s rostoucí rychlostí změny směru (frekvence).

V každém vodivém materiálu v měnícím se magnetickém poli dochází ke ztrátám elektrickým proudem. To způsobuje směřování, i když materiály nemají žádné magnetické vlastnosti obvykle spojované se železem a ocelí. Příkladem jsou měď, mosaz, hliník, zirkonium, nemagnetická nerezová ocel a uran. Vířivé proudy jsou elektrické proudy indukované transformátorem v materiálu. Jak jejich název napovídá, zdánlivě proudí ve vírech na vírech v pevné hmotě materiálu. Ztráty vířivými proudy jsou při indukčním ohřevu mnohem důležitější než hysterezní ztráty. Všimněte si, že indukční ohřev se používá u nemagnetických materiálů, kde k hysterezním ztrátám nedochází.

Při ohřevu oceli pro kalení, kování, tavení nebo jiné účely, které vyžadují teplotu vyšší než Curieova teplota, nemůžeme spoléhat na hysterezi. Ocel nad touto teplotou ztrácí své magnetické vlastnosti. Při zahřívání oceli pod Curieho teplotou je příspěvek hystereze obvykle tak malý, že jej lze ignorovat. Pro všechny praktické účely je I2R vířivých proudů jediným způsobem, jakým lze elektrickou energii přeměnit na teplo pro účely indukčního ohřevu.

Dvě základní věci pro vznik indukčního ohřevu:

  • Měnící se magnetické pole
  • Elektricky vodivý materiál umístěný do magnetického pole

Výhody indukčního ohřevu

Indukční ohřev je užitečný zejména tam, kde se provádějí vysoce opakované operace. Jakmile je indukční ohřívací stroj správně nastaven, ohřívá se díl za dílem se stejnými výsledky. Schopnost indukčního ohřevu identicky ohřívat po sobě jdoucí díly znamená, že je tento proces přizpůsobitelný zcela automatickému provozu, kdy se obrobky nakládají a vykládají mechanicky.

Indukční ohřev umožnil umístit operace, jako je kalení, do výrobních linek spolu s ostatními obráběcími stroji namísto do vzdálených, samostatných oddělení. To šetří čas potřebný k přepravě dílů z jedné části závodu do druhé. Indukční ohřev je čistý. Nevyzařuje nepříjemné teplo. Pracovní podmínky v okolí strojů s indukčním ohřevem jsou dobré. Nevyzařují kouř a nečistoty, které jsou někdy spojeny s odděleními tepelného zpracování a kovárnami.

Další žádoucí vlastností indukčního ohřevu je jeho schopnost ohřívat pouze malou část obrobku, což nabízí výhody tam, kde není nutné ohřívat celý díl. Tato výhoda je rozhodující u základních dílů s několika lokalizovanými oblastmi s vysokým opotřebením při běžném provozu. Dříve by bylo nutné použít kvalitnější a dražší materiál, aby vydržel provozní opotřebení. S indukcí lze lokálně zpracovat levnější materiály, aby bylo dosaženo požadované odolnosti.

Indukční ohřev je rychlý. Správně seřízený stroj s indukčním ohřevem může zpracovávat velké objemy dílů za minutu díky využití efektivní konstrukce cívek a manipulace s díly. Protože se indukční ohřívací stroje dobře hodí k automatizaci, lze je snadno integrovat do stávajících linek na výrobu dílů. Na rozdíl od řešení sálavého ohřevu ohřívá indukční ohřev pouze díl uvnitř cívky a neplýtvá energií na zbytečný ohřev.

Indukční ohřev je čistý. Bez operací s plamenem, který zanechává saze nebo jinak vyžaduje čištění po ohřevu, je indukce volbou pro díly, které vyžadují čistý ohřev, například při pájení. Protože indukční ohřev využívá magnetické pole, které je prostupné sklem nebo jinými materiály, je možný ohřev řízenou atmosférou pomocí indukce.

Historie indukčního ohřevu

Faraday (1791-1867) byl obeznámen se základními principy, na nichž je indukce založena. Zpočátku kladl důraz na nežádoucí účinky tohoto jevu. Velká pozornost byla věnována hledání metod, jak účinky indukce omezit, aby zařízení, jako jsou transformátory, motory a generátory, byla účinnější.

Michaelu Faradayovi (1791-1867) se obecně připisuje objev základních principů, na nichž je založen indukční ohřev, v roce 1831. Výzkum indukce se však zpočátku soustředil na hledání metod, jak účinky indukce snížit, aby se zařízení jako transformátory, motory a generátory mohly stát účinnějšími.

Zájem o možnost tavení kovů indukcí začal v roce 1916. Jednou z prvních komerčních aplikací bylo tavení malých nábojů pomocí oscilátorů s jiskrovou mezerou. Další ranou aplikací bylo zahřívání kovových prvků vakuových trubic za účelem odvedení absorbovaných plynů před utěsněním.

Několik let před druhou světovou válkou si řada společností, víceméně nezávisle na sobě, začala uvědomovat, že indukce představuje řešení pro širokou škálu specializovaných aplikací ohřevu. Přestože se indukce dlouho po svém teoretickém objevu nestala průmyslovým procesem, její rozvoj byl rychlý během druhé světové války, kdy vznikla okamžitá potřeba vyrábět velké množství dílů s minimem práce.

Dnes indukce zaujala své místo v našem průmyslovém hospodářství jako prostředek k urychlení výroby dílů, snížení výrobních nákladů a dosažení kvalitních výsledků.

Klikněte pro seznámení s historií společnosti Radyne

Budoucnost indukce

S přicházejícím věkem vysoce technologických materiálů, alternativních energií a potřebou posílení postavení rozvojových zemí nabízejí jedinečné schopnosti indukce konstruktérům a projektantům budoucnosti rychlý, účinný a přesný způsob ohřevu.

Jako technologie volby pro rychlý, čistý ohřev, který je opakovatelný, přesný a účinný, se indukce pevně usadila v budoucí výrobě jako základní kámen tohoto odvětví. Rychlá vyspělost indukce od jejího objevu jí vynesla pověst špičkové technologie, která má zásadní význam pro objevování nových efektivnějších procesů. Dnes je indukce synonymem průkopnických řešení, která dláždí cestu k novému paradigmatu výrobní technologie.

Technologie společnosti Radyne stojí v čele indukčního ohřevu a inovuje novými způsoby další rozvoj technik a procesů indukčního ohřevu v nových, dříve opuštěných oblastech. Jsme předním světovým výrobcem a průkopníkem ve vývoji pokročilých zařízení pro indukční ohřev a ohřev v řízené atmosféře. Kliknutím sem se dozvíte více o TFD Power Supply.

Další čtení

Další diskusi na téma základů indukčního ohřevu naleznete, pokud budete pokračovat v našem článku o pokročilých koncepcích indukčních ohřívačů, který se zabývá tématy postavenými na základech teorie indukčního ohřevu stanovených zde. Pro ještě více zdrojů o indukčním ohřevu dodává společnost Radyne pro vaše pohodlí několik zdrojů, které vám umožní využít teorii indukce pro informovaný provoz: včetně plakátů pro referenci běžných laboratorních a dílenských schémat a referenčních knih na téma základů indukce.

.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.