Grundlæggende om induktionsopvarmning

Induktionsopvarmning

Induktionsopvarmning er ganske enkelt den mest rene, effektive, omkostningseffektive, præcise og repeterbare metode til opvarmning af materialer, som er tilgængelig for industrien i dag.

Præcist konstruerede induktionsspoler kombineret med en kraftig og fleksibel induktionsstrømforsyning giver gentagelige opvarmningsresultater, der er specifikke for den ønskede anvendelse. Induktionsstrømforsyninger, der er designet til nøjagtigt at kvantificere materialeopvarmning og reagere på materialets egenskabsændringer i løbet af opvarmningscyklussen, gør det muligt at opnå forskellige opvarmningsprofiler fra en enkelt opvarmningsapplikation.

Sigtet med induktionsopvarmning kan være at hærde en del for at forhindre slid; gøre metallet plastisk til smedning eller varmformning i en ønsket form; lodde eller lodde to dele sammen; smelte og blande de ingredienser, der indgår i de højtemperaturlegeringer, som gør jetmotorer mulige; eller til en række andre anvendelser.

Det grundlæggende

Induktionsopvarmning finder sted i et elektrisk ledende objekt (ikke nødvendigvis magnetisk stål), når objektet placeres i et varierende magnetfelt. Induktionsopvarmning skyldes hysteresetab og hvirvelstrømstab.

Hysteresetab forekommer kun i magnetiske materialer som stål, nikkel og meget få andre. Hysteresetab angiver, at det skyldes friktion mellem molekyler, når materialet magnetiseres først i den ene retning og derefter i den anden retning. Molekylerne kan betragtes som små magneter, der drejer rundt ved hver omvendt retningsændring af magnetfeltet. Der kræves arbejde (energi) for at dreje dem rundt. Energien omdannes til varme. Udnyttelsesgraden af energi (effekt) stiger med en øget omvendelseshastighed (frekvens).

Der opstår jævnstrømstab i ethvert ledende materiale i et varierende magnetfelt. Dette forårsager overskrift, selv om materialerne ikke har nogen af de magnetiske egenskaber, der normalt forbindes med jern og stål. Eksempler er kobber, messing, aluminium, zirconium, ikke-magnetisk rustfrit stål og uran. Eddystrømme er elektriske strømme, der induceres af transformatorvirkning i materialet. Som navnet antyder, ser de ud til at flyde rundt i hvirvler på hvirvler i en fast materialemasse. Eddy-strømstab er meget vigtigere end hysteresetab ved induktionsopvarmning. Bemærk, at induktionsopvarmning anvendes til ikke-magnetiske materialer, hvor der ikke forekommer hysteresetab.

Til opvarmning af stål til hærdning, smedning, smeltning eller andre formål, der kræver en temperatur over Curie-temperaturen, kan vi ikke stole på hysterese. Stål mister sine magnetiske egenskaber over denne temperatur. Når stål opvarmes under Curiepunktet, er bidraget fra hysteresen normalt så lille, at det kan ignoreres. For alle praktiske formål er hvirvelstrømmenes I2R den eneste måde, hvorpå elektrisk energi kan omdannes til varme med henblik på induktionsopvarmning.

To grundlæggende ting for at induktionsopvarmning kan finde sted:

  • Et skiftende magnetfelt
  • Et elektrisk ledende materiale placeret i magnetfeltet

Fordele ved induktionsopvarmning

Induktionsopvarmning er særlig nyttig, hvor der udføres meget gentagne operationer. Når en induktionsopvarmningsmaskine er korrekt indstillet, opvarmes del efter del med identiske resultater. Induktionsopvarmningens evne til at opvarme på hinanden følgende dele identisk betyder, at processen kan tilpasses til fuldstændig automatisk drift, hvor arbejdsemnerne indlæsses og udlæsses mekanisk.

Induktionsopvarmning har gjort det muligt at placere operationer, som f.eks. hærdning, i produktionslinjer sammen med andre værktøjsmaskiner i stedet for i fjerntliggende, separate afdelinger. Dette sparer tid til transport af emnerne fra den ene del af fabrikken til den anden. Induktionsopvarmning er ren. Den afgiver ikke ubehagelig varme. Arbejdsforholdene omkring induktionsvarmemaskiner er gode. De afgiver ikke røg og snavs, som undertiden er forbundet med varmebehandlingsafdelinger og smedeværksteder.

En anden ønskelig egenskab ved induktionsopvarmning er dens evne til kun at opvarme en lille del af et arbejdsstykke, hvilket giver fordele, hvor det er unødvendigt at opvarme hele emnet. Denne fordel er kritisk i væsentlige dele med nogle få lokaliserede områder med højt slid under normal drift. Tidligere ville det være nødvendigt med et dyrere materiale af højere kvalitet for at kunne modstå det slid, der opstår under drift. Med induktion kan billigere materialer bearbejdes lokalt for at opnå den krævede holdbarhed.

Induktionsopvarmning er hurtig. En korrekt indstillet induktionsopvarmningsmaskine kan behandle store emnevolumener pr. minut ved at udnytte en effektiv spolekonstruktion og emnehåndtering. Da induktionsopvarmningsmaskiner er velegnede til automatisering, kan de let integreres i eksisterende produktionslinjer for emner. I modsætning til strålevarmeløsninger opvarmer induktionsopvarmning kun emnet inde i spolen uden at spilde energi på unødvendig opvarmning.

Induktionsopvarmning er ren. Uden flammeoperationer, der efterlader sod eller på anden måde kræver rengøring efter opvarmning, er induktion et valg for dele, der kræver ren opvarmning, f.eks. i loddeoperationer. Da induktionsopvarmning anvender magnetfelter, der er gennemtrængelige gennem glas eller andre materialer, er opvarmning i kontrolleret atmosfære ved hjælp af induktion en mulighed.

Historie om induktionsopvarmning

Faraday (1791-1867) var bekendt med de grundlæggende principper, der ligger til grund for induktion. I begyndelsen blev der lagt vægt på de uønskede virkninger af fænomenet. Der blev lagt stor vægt på at finde metoder til at reducere virkningerne af induktion, så apparater som transformatorer, motorer og generatorer kunne blive mere effektive.

Michael Faraday (1791-1867) er generelt krediteret for opdagelsen af de grundlæggende principper, der ligger til grund for induktionsopvarmning i 1831. Fokus i induktionsforskningen var dog i første omgang på at finde metoder til at reducere virkningerne af induktion, så apparater som transformatorer, motorer og generatorer kunne blive mere effektive.

Interessen for muligheden for at smelte metaller ved hjælp af induktion begyndte i 1916. En af de tidligste kommercielle anvendelser var smeltning af små ladninger ved hjælp af gnistgap-oscillatorer. En anden tidlig anvendelse var opvarmning af metalelementer i vakuumrør for at fordrive absorberede gasser inden forsegling.

I nogle få år før Anden Verdenskrig begyndte en række virksomheder, mere eller mindre uafhængigt af hinanden, at indse, at induktion var løsningen på en lang række specialiserede opvarmningsopgaver. Selv om induktion ikke var blevet en industriel proces længe efter dens teoretiske opdagelse, var dens vækst hurtig under Anden Verdenskrig, da der opstod et øjeblikkeligt behov for at producere et stort antal dele med et minimum af arbejdskraft.

I dag har induktion indtaget sin plads i vores industrielle økonomi som et middel til at fremskynde produktionen af dele, reducere produktionsomkostningerne og opnå kvalitetsresultater.

Klik for at lære om Radyne’s historie

Fremtiden for induktion

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.

Som den foretrukne teknologi til hurtig, ren opvarmning, der er gentagelig, præcis og effektiv, har induktion etableret sig solidt i fremtidens produktion som en hjørnesten i industrien. Induktionens hurtige modning siden dens opdagelse har givet den et ry for at være en banebrydende teknologi, der er afgørende for at opdage nye processer, der er mere effektive. I dag er induktion synonymt med banebrydende løsninger, der baner vejen for et nyt paradigme inden for fremstillingsteknologi.

Radyne-teknologi er på forkant med induktionsopvarmning og innoverer på nye måder for at videreudvikle induktionsopvarmningsteknikker og -processer på nye, tidligere forladte områder. Vi er en af verdens førende producenter og pionerer inden for udvikling af avanceret udstyr til opvarmning ved induktion og kontrolleret atmosfære. Klik her for at få mere at vide om TFD Power Supply.

Videre læsning

Videre diskussion om emnet om de grundlæggende principper for induktionsopvarmning kan findes ved at fortsætte til vores artikel om avancerede koncepter for induktionsopvarmning, der dækker emner, der bygger på det fundament i teori om induktionsopvarmning, der er etableret her. For endnu flere ressourcer til induktionsopvarmning leverer Radyne et par ressourcer til din bekvemmelighed, så du kan udnytte induktionsteorien til informeret drift: herunder plakater til reference af almindelige laboratorie- og værkstedsdiagrammer og referencebøger om emnet induktionens grundprincipper.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.