Induktiolämmityksen perusteet

Induktiolämmitys

Yksinkertaisesti sanottuna induktiolämmitys on puhtain, tehokkain, kustannustehokkain, täsmällisin ja toistettavin materiaalinlämmitysmenetelmä, joka on tällä hetkellä saatavilla alalla.

Tarkasti suunnitellut induktiokelat yhdistettynä tehokkaaseen ja joustavaan induktiovirtalähteeseen tuottavat toistettavia lämmitystuloksia halutun sovelluksen mukaan. Induktioteholähteet, jotka on suunniteltu määrittämään tarkasti materiaalin lämpeneminen ja reagoimaan materiaalin ominaisuuksien muutoksiin lämmityssyklin aikana, tekevät monipuolisten lämmitysprofiilien saavuttamisesta yhdellä lämmityssovelluksella todellisuutta.

Induktiokuumennuksen tarkoituksena voi olla kappaleen kovettaminen kulumisen estämiseksi, metallin muovittaminen taontaan tai kuumamuovaukseen haluttuun muotoon, kahden kappaleen juottaminen tai juottaminen yhteen, suihkumoottorit mahdollistavien korkealämpöisten seosten ainesosien sulattaminen ja sekoittaminen tai mikä tahansa muu käyttötarkoitus.

Alkeistiedot

Induktiokuumennusta tapahtuu sähköä johtavassa kappaleessa (ei välttämättä magneettisessa teräksenä olevassa teräskappaleessa), kun kappale asetetaan muuttuvassa magneettikentässä. Induktiolämmitys johtuu hystereesi- ja pyörrevirtahäviöistä.

Hystereesihäviöitä esiintyy vain magneettisissa materiaaleissa, kuten teräksessä, nikkelissä ja hyvin harvoissa muissa. Hystereesihäviön mukaan se johtuu molekyylien välisestä kitkasta, kun materiaali magnetoidaan ensin yhteen ja sitten toiseen suuntaan. Molekyylejä voidaan pitää pieninä magneetteina, jotka kääntyvät jokaisen magneettikentän suunnanmuutoksen yhteydessä. Niiden kääntämiseen tarvitaan työtä (energiaa). Energia muuttuu lämmöksi. Energiankulutus (teho) kasvaa kääntymisnopeuden (taajuuden) kasvaessa.

Missä tahansa johtavassa materiaalissa tapahtuu pyörrevirtahäviöitä vaihtelevassa magneettikentässä. Tämä aiheuttaa otsikkoa, vaikka materiaaleilla ei olisikaan mitään niistä magneettisista ominaisuuksista, jotka yleensä liitetään rautaan ja teräkseen. Esimerkkejä ovat kupari, messinki, alumiini, zirkonium, ei-magneettinen ruostumaton teräs ja uraani. Pyörrevirrat ovat sähkövirtoja, jotka indusoituvat materiaaliin muuntajan vaikutuksesta. Nimensä mukaisesti ne näyttävät virtaavan pyörteissä kiinteässä materiaalimassassa. Pyörrevirtahäviöt ovat induktiolämmityksessä paljon tärkeämpiä kuin hystereesihäviöt. Huomaa, että induktiolämmitystä sovelletaan ei-magneettisiin materiaaleihin, joissa ei esiinny hystereesihäviöitä.

Teräksen lämmittämisessä kovettamista, takomista, sulattamista tai muita tarkoituksia varten, jotka edellyttävät Curie-lämpötilaa korkeampaa lämpötilaa, emme voi luottaa hystereesiin. Teräs menettää magneettiset ominaisuutensa tämän lämpötilan yläpuolella. Kun terästä lämmitetään Curie-pisteen alapuolella, hystereesin vaikutus on yleensä niin pieni, että se voidaan jättää huomiotta. Käytännössä pyörrevirtojen I2R on ainoa tapa, jolla sähköenergia voidaan muuttaa lämmöksi induktiolämmitystä varten.

Kaksi perusasiaa, jotta induktiolämmitys voi tapahtua:

  • Muuttuva magneettikenttä
  • Sähköä johtava materiaali, joka on sijoitettu magneettikenttään

Induktiolämmityksen edut

Induktiolämmitys soveltuu erityisen hyvin kohteisiin, joissa suoritetaan hyvin toistuvia toimintoja. Kun induktiolämmityskone on säädetty oikein, osa toisensa jälkeen kuumennetaan identtisin tuloksin. Induktiokuumennuksen kyky lämmittää peräkkäisiä osia identtisesti tarkoittaa, että prosessi soveltuu täysin automaattiseen toimintaan, jossa työkappaleet ladataan ja puretaan mekaanisesti.

Induktiokuumennus on mahdollistanut sen, että toiminnot, kuten karkaisu, on voitu sijoittaa tuotantolinjoille muiden työstökoneiden yhteyteen sen sijaan, että ne olisi sijoitettu erillisille osastoille. Näin säästetään aikaa, joka kuluu kappaleiden kuljettamiseen tehtaan yhdestä osasta toiseen. Induktiokuumennus on puhdasta. Se ei tuota epämiellyttävää lämpöä. Työolosuhteet induktiolämmityskoneiden ympärillä ovat hyvät. Niistä ei synny savua ja likaa, joka joskus liittyy lämpökäsittelyosastoihin ja takomoihin.

Induktiokuumennuksen toinen toivottava ominaisuus on sen kyky lämmittää vain pieni osa työkappaleesta, mikä tarjoaa etuja silloin, kun koko kappaleen lämmittäminen on tarpeetonta. Tämä etu on kriittinen olennaisissa osissa, joissa on muutamia paikallisia korkean kulumisen alueita normaalin käytön aikana. Aiemmin olisi tarvittu korkealaatuisempaa ja kalliimpaa materiaalia kestämään käytön aiheuttamaa kulumista. Induktiolla halvempia materiaaleja voidaan käsitellä paikallisesti vaaditun kestävyyden saavuttamiseksi.

Induktiolämmitys on nopeaa. Oikein viritetyllä induktiolämmityskoneella voidaan käsitellä suuria kappalemääriä minuutissa hyödyntämällä tehokasta kelan suunnittelua ja kappaleiden käsittelyä. Koska induktiokuumennuskoneet soveltuvat hyvin automaatioon, ne voidaan helposti integroida olemassa oleviin osien tuotantolinjoihin. Toisin kuin säteilylämmitysratkaisut, induktiolämmitys lämmittää vain kelan sisällä olevan osan, eikä energiaa kulu turhaan lämmitykseen.

Induktiolämmitys on puhdasta. Ilman liekkitoimintoja, jotka jättävät nokea tai vaativat muuten puhdistamista lämmityksen jälkeen, induktio on valinta osille, jotka vaativat puhdasta lämmitystä, kuten juottotoiminnoissa. Koska induktiolämmityksessä hyödynnetään magneettikenttiä, jotka läpäisevät lasin tai muiden materiaalien läpi, kontrolloidun ilmakehän kuumentaminen induktiolla on mahdollista.

Induktiolämmityksen historia

Faraday (1791-1867) tunsi induktiolämmityksen taustalla olevat perusperiaatteet. Aluksi painotettiin ilmiön ei-toivottuja vaikutuksia. Paljon huomiota kiinnitettiin menetelmien löytämiseen induktion vaikutusten vähentämiseksi, jotta muuntajien, moottoreiden ja generaattoreiden kaltaisista laitteista saataisiin tehokkaampia.

Michael Faradayn (1791-1867) katsotaan yleisesti keksineen induktiolämmityksen taustalla olevat perusperiaatteet vuonna 1831. Induktiotutkimuksen pääpaino oli kuitenkin aluksi menetelmien löytämisessä induktion vaikutusten vähentämiseksi, jotta laitteista, kuten muuntajista, moottoreista ja generaattoreista, saataisiin tehokkaampia.

Kiinnostus mahdollisuuteen sulattaa metallia induktiolla alkoi vuonna 1916. Yksi varhaisimmista kaupallisista sovelluksista oli pienten varausten sulattaminen kipinävälioskillaattoreiden avulla. Toinen varhainen sovellus oli tyhjiöputkien metalliosien lämmittäminen absorboivien kaasujen karkottamiseksi ennen sulkemista.

Joitakin vuosia ennen toista maailmansotaa useat yritykset alkoivat enemmän tai vähemmän itsenäisesti tajuta, että induktio oli ratkaisu monenlaisiin erikoistuneisiin lämmityssovelluksiin. Vaikka induktiosta ei ollut tullut teollista prosessia pitkään sen teoreettisen keksimisen jälkeen, sen kasvu oli nopeaa toisen maailmansodan aikana, kun syntyi välitön tarve tuottaa suuria määriä osia minimaalisella työmäärällä.

Tänä päivänä induktio on ottanut paikkansa teollisuustaloudessamme keinona nopeuttaa osien valmistusta, alentaa tuotantokustannuksia ja saavuttaa laadukkaita tuloksia.

Klikkaa tutustuaksesi Radynen historiaan

Induktion tulevaisuus

Pitkälle kehitettyjen materiaalien, vaihtoehtoisten energiamuotojen ja kehitysmaiden voimaannuttamistarpeen lähestyessä tulevaa aikakautta induktion ainutlaatuiset ominaisuudet tarjoavat tulevaisuuden insinööreille ja suunnittelijoille nopean, tehokkaan ja täsmällisen kuumentamismenetelmän.

Valintatekniikkana nopeaan, puhtaaseen, toistettavaan, tarkkaan ja tehokkaaseen lämmitykseen induktio on vakiinnuttanut asemansa teollisuuden tulevaisuuden kulmakivenä. Induktion nopea kypsyminen sen keksimisestä lähtien on tuonut sille huipputeknologian maineen, joka on kriittinen uusien, tehokkaampien prosessien löytämisessä. Nykyään induktio on synonyymi uraauurtaville ratkaisuille, jotka tasoittavat tietä valmistustekniikan uudelle paradigmalle.

Radyne-teknologia on induktiolämmityksen eturintamassa, ja se innovoi uusilla tavoilla kehittää induktiolämmitystekniikoita ja -prosesseja edelleen uusilla, aiemmin hylätyillä alueilla. Olemme maailman johtava valmistaja ja edelläkävijä kehittyneiden induktio- ja suojakaasulämmityslaitteiden kehittämisessä. Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja TFD-virtalähteestä.

Lisälukemista

Jatkokeskustelua induktiolämmityksen perusteista löydät jatkamalla artikkelistamme Kehittyneitä induktiolämmittimen konsepteja, jossa käsitellään aiheita, jotka rakentuvat tässä luodun induktiolämmityksen teorian perustalle. Jos haluat vielä lisää induktiolämmitysresursseja, Radyne tarjoaa muutamia resursseja, joiden avulla voit hyödyntää induktioteoriaa tietoon perustuvassa toiminnassa: mukaan lukien julisteet yleisten laboratorio- ja tuotantotilojen taulukoiden referenssiksi ja hakuteokset induktiota koskevien perusteiden aiheesta.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.