Principes de base du chauffage par induction

Chauffage par induction

Simplement énoncé, le chauffage par induction est la méthode la plus propre, efficace, rentable, précise et reproductible de chauffage des matériaux disponible dans l’industrie, aujourd’hui.

Des bobines d’induction conçues avec précision, associées à une alimentation en énergie par induction puissante et flexible, produisent des résultats de chauffage répétables spécifiques à l’application souhaitée. Les alimentations à induction conçues pour quantifier avec précision le chauffage du matériau et répondre aux changements de propriété d’un matériau pendant le cycle de chauffage font de l’obtention de divers profils de chauffage à partir d’une seule application de chauffage une réalité.

Le but du chauffage par induction peut être de durcir une pièce pour prévenir l’usure ; de rendre le métal plastique pour le forger ou le former à chaud dans une forme désirée ; de braser ou de souder deux pièces ensemble ; de fondre et de mélanger les ingrédients qui entrent dans la composition des alliages à haute température, rendant les moteurs à réaction possibles ; ou pour un certain nombre d’autres applications.

Les bases

Le chauffage par induction a lieu dans un objet électriquement conducteur (pas nécessairement de l’acier magnétique) lorsque l’objet est placé dans un champ magnétique variable. Le chauffage par induction est dû aux pertes par hystérésis et par courants de Foucault.

Les pertes par hystérésis ne se produisent que dans les matériaux magnétiques comme l’acier, le nickel et très peu d’autres. Selon la perte par hystérésis, elle est causée par la friction entre les molécules lorsque le matériau est magnétisé d’abord dans une direction, puis dans l’autre. Les molécules peuvent être considérées comme de petits aimants qui se retournent à chaque inversion de direction du champ magnétique. Un travail (énergie) est nécessaire pour les faire tourner. L’énergie se transforme en chaleur. Le taux de dépense d’énergie (puissance) augmente avec une augmentation du taux d’inversion (fréquence).

Des pertes par courant de Foucault se produisent dans tout matériau conducteur dans un champ magnétique variable. Cela provoque un cap, même si les matériaux ne possèdent aucune des propriétés magnétiques habituellement associées au fer et à l’acier. Le cuivre, le laiton, l’aluminium, le zirconium, l’acier inoxydable non magnétique et l’uranium en sont des exemples. Les courants de Foucault sont des courants électriques induits par l’action du transformateur dans le matériau. Comme leur nom l’indique, ils semblent circuler en tourbillons à l’intérieur d’une masse solide de matériau. Les pertes par courants de Foucault sont beaucoup plus importantes que les pertes par hystérésis dans le chauffage par induction. Notez que le chauffage par induction est appliqué à des matériaux non magnétiques, où il n’y a pas de pertes par hystérésis.

Pour le chauffage de l’acier en vue de la trempe, du forgeage, de la fusion ou de toute autre fin qui nécessite une température supérieure à la température de Curie, nous ne pouvons pas dépendre de l’hystérésis. L’acier perd ses propriétés magnétiques au-dessus de cette température. Lorsque l’acier est chauffé en dessous du point de Curie, la contribution de l’hystérésis est généralement si faible qu’elle peut être ignorée. À toutes fins utiles, l’I2R des courants de Foucault est la seule façon dont l’énergie électrique peut être transformée en chaleur à des fins de chauffage par induction.

Deux choses fondamentales pour que le chauffage par induction se produise :

  • Un champ magnétique changeant
  • Un matériau électriquement conducteur placé dans le champ magnétique

Avantages du chauffage par induction

Le chauffage par induction est particulièrement utile là où des opérations très répétitives sont effectuées. Une fois qu’une machine de chauffage par induction est correctement réglée, pièce après pièce est chauffée avec des résultats identiques. La capacité du chauffage par induction à chauffer des pièces successives de manière identique signifie que le processus est adaptable à un fonctionnement entièrement automatique, où les pièces sont chargées et déchargées mécaniquement.

Le chauffage par induction a permis de localiser des opérations, telles que la trempe, dans les lignes de production avec d’autres machines-outils au lieu de les placer dans des départements éloignés et séparés. Cela permet d’économiser le temps de transport des pièces d’un endroit à l’autre de l’usine. Le chauffage par induction est propre. Il ne dégage pas de chaleur désagréable. Les conditions de travail autour des machines de chauffage par induction sont bonnes. Elles ne dégagent pas la fumée et la saleté qui sont parfois associées aux départements de traitement thermique et aux ateliers de forge.

Une autre caractéristique souhaitable du chauffage par induction est sa capacité à ne chauffer qu’une petite partie d’une pièce, offrant des avantages lorsqu’il n’est pas nécessaire de chauffer la pièce entière. Cet avantage est essentiel pour les pièces essentielles présentant quelques zones localisées de forte usure en fonctionnement normal. Auparavant, un matériau de meilleure qualité et plus coûteux était nécessaire pour résister à l’usure du fonctionnement. Avec l’induction, des matériaux moins coûteux peuvent être traités localement pour atteindre la durabilité requise.

Le chauffage par induction est rapide. Une machine de chauffage par induction correctement réglée peut traiter des volumes de pièces élevés par minute en utilisant une conception de bobine et une manipulation des pièces efficaces. Les machines de chauffage par induction étant bien adaptées à l’automatisation, elles peuvent facilement s’intégrer aux lignes de production de pièces existantes. Contrairement aux solutions de chauffage par rayonnement, le chauffage par induction ne chauffe que la pièce à l’intérieur de la bobine sans gaspiller d’énergie pour un chauffage inutile.

Le chauffage par induction est propre. Sans opérations à la flamme qui laissent de la suie ou nécessitent un nettoyage après le chauffage, l’induction est un choix pour les pièces qui nécessitent un chauffage propre, comme dans les opérations de brasage. Comme le chauffage par induction utilise des champs magnétiques qui sont perméables à travers le verre ou d’autres matériaux, le chauffage en atmosphère contrôlée par induction est une possibilité.

Histoire du chauffage par induction

Faraday (1791-1867) connaissait bien les principes fondamentaux qui sous-tendent l’induction. Au début, l’accent était mis sur les effets indésirables du phénomène. On s’est beaucoup attaché à trouver des méthodes pour réduire les effets de l’induction afin que des dispositifs comme les transformateurs, les moteurs et les générateurs puissent devenir plus efficaces.

On attribue généralement à Michael Faraday (1791-1867) la découverte des principes fondamentaux qui sous-tendent le chauffage par induction en 1831. Cependant, la recherche sur l’induction s’est concentrée sur la découverte de méthodes pour réduire les effets de l’induction afin que des dispositifs tels que les transformateurs, les moteurs et les générateurs puissent devenir plus efficaces dans un premier temps.

L’intérêt pour la possibilité de fondre les métaux par induction a commencé en 1916. L’une des premières applications commerciales était la fusion de petites charges à l’aide d’oscillateurs à éclateur. Une autre application précoce consistait à chauffer les éléments métalliques des tubes à vide pour chasser les gaz absorbés avant de les sceller.

Pendant quelques années avant la Seconde Guerre mondiale, un certain nombre de sociétés, plus ou moins indépendamment, ont commencé à réaliser que l’induction détenait la solution à une grande variété d’applications de chauffage spécialisées. Bien que l’induction ne soit devenue un procédé industriel que longtemps après sa découverte théorique, sa croissance a été rapide pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsqu’est apparu un besoin immédiat de produire un grand nombre de pièces avec un minimum de travail.

Aujourd’hui, l’induction a pris sa place dans notre économie industrielle comme moyen d’accélérer la production de pièces, de réduire les coûts de production et d’obtenir des résultats de qualité.

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L’avenir de l’induction

Avec l’avènement de l’ère des matériaux hautement sophistiqués, des énergies alternatives et de la nécessité d’autonomiser les pays en développement, les capacités uniques de l’induction offrent aux ingénieurs et aux concepteurs du futur une méthode de chauffage rapide, efficace et précise.

En tant que technologie de choix pour un chauffage rapide, propre, répétable, précis et efficace, l’induction s’est fermement établie dans l’avenir de la fabrication comme une pierre angulaire de l’industrie. La rapide maturité de l’induction depuis sa découverte lui a valu une réputation de technologie de pointe, essentielle à la découverte de nouveaux procédés plus efficaces. Aujourd’hui, l’induction est synonyme de solutions révolutionnaires, ouvrant la voie à un nouveau paradigme en matière de technologie de fabrication.

La technologie Radyne est à l’avant-garde du chauffage par induction, innovant de nouvelles façons pour développer davantage les techniques et les processus de chauffage par induction dans de nouveaux domaines précédemment abandonnés. Nous sommes un fabricant leader mondial et un pionnier dans le développement d’équipements avancés de chauffage par induction et sous atmosphère contrôlée. Cliquez ici pour en savoir plus sur TFD Power Supply.

Lecture complémentaire

Plus de discussions sur le sujet des principes fondamentaux du chauffage par induction peuvent être trouvées en continuant sur notre article sur les concepts avancés de chauffage par induction, couvrant les sujets qui ont construit sur la base de la théorie du chauffage par induction établie ici. Pour encore plus de ressources sur le chauffage par induction, Radyne fournit quelques ressources pour votre commodité vous permettant de tirer parti de la théorie de l’induction pour un fonctionnement éclairé : y compris des affiches pour la référence des tableaux communs de laboratoire et d’atelier et des livres de référence sur le sujet des principes fondamentaux de l’induction.

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