เครื่องหลอมแบบเหนี่ยวนำ

ถาม: การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร?

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบโดย Michael Faraday ในปี 1831 และ James Clerk Maxwell อธิบายทางคณิตศาสตร์ว่าเป็นกฎการเหนี่ยวนำของฟาราเดย์ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นกระแสไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นเนื่องจากการผลิตแรงดันไฟฟ้า (แรงเคลื่อนไฟฟ้า) เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อตัวนำ ถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กที่กำลังเคลื่อนที่ (เมื่อใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ) หรือเมื่อตัวนำเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในสนามแม่เหล็กที่อยู่นิ่ง ตามการตั้งค่าที่ระบุด้านล่าง Michael Faraday ได้จัดลวดนำไฟฟ้าที่ติดอยู่กับอุปกรณ์เพื่อวัดแรงดันไฟฟ้าข้ามวงจร เมื่อแม่เหล็กแท่งเคลื่อนที่ผ่านขดลวด เครื่องตรวจจับแรงดันไฟฟ้าจะวัดแรงดันไฟฟ้าในวงจร จากการทดลองของเขา เขาค้นพบว่ามีปัจจัยบางประการที่มีอิทธิพลต่อการผลิตแรงดันไฟฟ้านี้ พวกเขาคือ:
จำนวนคอยส์: แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนรอบ/ขดลวดของสายไฟ ยิ่งจำนวนรอบมาก แรงดันไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้น

การเปลี่ยนสนามแม่เหล็ก: การเปลี่ยนสนามแม่เหล็กส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งสามารถทำได้โดยการย้ายสนามแม่เหล็กรอบตัวนำหรือย้ายตัวนำในสนามแม่เหล็ก
คุณอาจต้องการตรวจสอบแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับการปฐมนิเทศเหล่านี้:
การเหนี่ยวนำ - การเหนี่ยวนำตนเองและการเหนี่ยวนำร่วมกัน
แม่เหล็กไฟฟ้า
สูตรการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

ถาม: การเหนี่ยวนำความร้อนคืออะไร?

การเหนี่ยวนำพื้นฐานเริ่มต้นด้วยขดลวดวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (เช่น ทองแดง) เมื่อกระแสไหลผ่านขดลวด จะเกิดสนามแม่เหล็กในและรอบๆ ขดลวด ความสามารถของสนามแม่เหล็กในการทำงานขึ้นอยู่กับการออกแบบคอยล์และปริมาณกระแสที่ไหลผ่านคอยล์
ทิศทางของสนามแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของกระแส ดังนั้น กระแสสลับที่ผ่านขดลวด

จะส่งผลให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนทิศทางในอัตราเดียวกับความถี่ของกระแสสลับ กระแสไฟฟ้ากระแสสลับ 60Hz จะทำให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนทิศทาง 60 ครั้งต่อวินาที กระแสไฟฟ้ากระแสสลับ 400kHz จะทำให้สนามแม่เหล็กสลับ 400,000 ครั้งต่อวินาที เมื่อวางวัสดุนำไฟฟ้าซึ่งเป็นชิ้นงานไปไว้ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไป (เช่น สนามที่สร้างด้วยไฟฟ้ากระแสสลับ) แรงดันไฟฟ้าจะเกิดในชิ้นงาน (กฎของฟาราเดย์). แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะส่งผลให้อิเล็กตรอนไหล: กระแส! กระแสที่ไหลผ่านชิ้นงานจะไปในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแสในขดลวด ซึ่งหมายความว่าเราสามารถควบคุมความถี่ของกระแสในชิ้นงานได้โดยการควบคุมความถี่ของกระแสในชิ้นงาน

ขดลวด เมื่อกระแสไหลผ่านตัวกลาง จะมีความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอยู่บ้าง ความต้านทานนี้แสดงเป็นความร้อน (The Joule Heating Effect) วัสดุที่ต้านทานการไหลของอิเล็กตรอนได้ดีกว่าจะให้ความร้อนมากขึ้นเมื่อกระแสไหลผ่าน แต่แน่นอนว่าเป็นไปได้ที่จะให้ความร้อนแก่วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูง (เช่น ทองแดง) โดยใช้กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ เราต้องการอะไรสำหรับการทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ ทั้งหมดนี้บอกเราว่าเราต้องการสองสิ่งพื้นฐานเพื่อให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำเกิดขึ้น:
สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง

วัสดุนำไฟฟ้าวางลงในสนามแม่เหล็ก
การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำเปรียบเทียบกับวิธีการทำความร้อนแบบอื่นอย่างไร
มีหลายวิธีในการให้ความร้อนแก่วัตถุโดยไม่ต้องเหนี่ยวนำ แนวปฏิบัติทางอุตสาหกรรมทั่วไปบางประการ ได้แก่ เตาแก๊ส เตาไฟฟ้า และอ่างเกลือ วิธีการเหล่านี้ล้วนอาศัยการถ่ายเทความร้อนไปยังผลิตภัณฑ์จากแหล่งความร้อน (หัวเผา องค์ประกอบความร้อน เกลือเหลว) ผ่านการพาความร้อนและการแผ่รังสี เมื่อพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ได้รับความร้อน ความร้อนจะถ่ายเทผ่านผลิตภัณฑ์โดยการนำความร้อน
ผลิตภัณฑ์ให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำไม่ได้อาศัยการพาความร้อนและการแผ่รังสีเพื่อส่งความร้อนไปยังพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ ความร้อนจะถูกสร้างขึ้นที่พื้นผิวของผลิตภัณฑ์โดยการไหลของกระแสแทน จากนั้นความร้อนจากพื้นผิวผลิตภัณฑ์จะถูกถ่ายเทผ่านผลิตภัณฑ์โดยการนำความร้อน

ความลึกที่ความร้อนถูกสร้างขึ้นโดยตรงโดยใช้กระแสเหนี่ยวนำนั้นขึ้นอยู่กับสิ่งที่เรียกว่าความลึกอ้างอิงทางไฟฟ้า ความลึกอ้างอิงทางไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความถี่ของกระแสสลับที่ไหลผ่านชิ้นงานอย่างมาก กระแสความถี่ที่สูงขึ้นจะส่งผลให้ความลึกอ้างอิงทางไฟฟ้าตื้นขึ้น และกระแสไฟฟ้าความถี่ต่ำลงจะส่งผลให้ความลึกอ้างอิงทางไฟฟ้าลึกขึ้น ความลึกนี้ยังขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของชิ้นงานด้วย
ความลึกอ้างอิงทางไฟฟ้าของบริษัทในกลุ่มเครื่องทำความร้อนด้วยความถี่สูงและต่ำใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ทางกายภาพและทางไฟฟ้าเหล่านี้เพื่อปรับแต่งโซลูชันการทำความร้อนสำหรับผลิตภัณฑ์และการใช้งานเฉพาะ การควบคุมกำลัง ความถี่ และรูปทรงของคอยล์อย่างระมัดระวังช่วยให้บริษัทในกลุ่ม Inductotherm สามารถออกแบบอุปกรณ์ที่มีการควบคุมกระบวนการในระดับสูงและความน่าเชื่อถือโดยไม่คำนึงถึงการใช้งาน การหลอมเหนี่ยวนำ
สำหรับหลายๆ กระบวนการ การหลอมละลายเป็นขั้นตอนแรกในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ การหลอมเหนี่ยวนำทำได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ด้วยการเปลี่ยนรูปทรงของขดลวดเหนี่ยวนำ เตาหลอมเหนี่ยวนำสามารถกักประจุที่มีขนาดตั้งแต่ปริมาตรของแก้วกาแฟไปจนถึงโลหะหลอมเหลวหลายร้อยตัน นอกจากนี้ ด้วยการปรับความถี่และกำลัง บริษัทในกลุ่ม Inductotherm จึงสามารถแปรรูปโลหะและวัสดุได้เกือบทั้งหมด ซึ่งรวมถึงแต่ไม่จำกัดเพียงโลหะผสมเหล็ก เหล็กกล้า และเหล็กกล้าไร้สนิม โลหะผสมที่มีทองแดงและทองแดง อลูมิเนียม และซิลิคอน อุปกรณ์เหนี่ยวนำได้รับการออกแบบเป็นพิเศษสำหรับแต่ละการใช้งานเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ข้อได้เปรียบหลักที่มีอยู่ในการหลอมด้วยการเหนี่ยวนำคือการกวนแบบเหนี่ยวนำ ในเตาหลอมเหนี่ยวนำ วัสดุที่มีประจุเป็นโลหะจะถูกหลอมหรือให้ความร้อนโดยกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อโลหะหลอมเหลว สนามนี้จะทำให้อ่างเคลื่อนที่ไปด้วย สิ่งนี้เรียกว่าการกวนแบบเหนี่ยวนำ การเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องนี้จะทำให้อ่างผสมกันตามธรรมชาติ ทำให้เกิดส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น และช่วยในเรื่องการผสม ปริมาณการกวนจะขึ้นอยู่กับขนาดของเตา กำลังที่ใส่เข้าไปในโลหะ ความถี่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และประเภท

จำนวนโลหะในเตาเผา ปริมาณของการกวนแบบเหนี่ยวนำในเตาเผาใดๆ ก็ตามสามารถปรับเปลี่ยนได้สำหรับการใช้งานพิเศษหากจำเป็น การหลอมสูญญากาศแบบเหนี่ยวนำ เนื่องจากการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำทำได้สำเร็จโดยใช้สนามแม่เหล็ก ชิ้นงาน (หรือโหลด) จึงสามารถแยกทางกายภาพออกจากขดลวดเหนี่ยวนำได้โดยวัสดุทนไฟหรืออย่างอื่น สื่อที่ไม่นำไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะผ่านวัสดุนี้เพื่อกระตุ้นแรงดันไฟฟ้าในโหลดที่อยู่ภายใน ซึ่งหมายความว่าโหลดหรือชิ้นงานสามารถให้ความร้อนภายใต้สุญญากาศหรือในบรรยากาศที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวัง ซึ่งช่วยให้สามารถแปรรูปโลหะที่เกิดปฏิกิริยา (Ti, Al) โลหะผสมชนิดพิเศษ ซิลิคอน กราไฟท์ และวัสดุนำไฟฟ้าที่มีความละเอียดอ่อนอื่นๆ การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ แตกต่างจากวิธีการเผาไหม้บางวิธี การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำโดยไม่คำนึงถึงขนาดแบตช์

การเปลี่ยนแปลงกระแส แรงดันไฟฟ้า และความถี่ผ่านขดลวดเหนี่ยวนำส่งผลให้เกิดการทำความร้อนทางวิศวกรรมที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียด สมบูรณ์แบบสำหรับการใช้งานที่แม่นยำ เช่น การชุบแข็งเคส การชุบแข็งและการอบคืนตัว การอบอ่อน และการบำบัดความร้อนในรูปแบบอื่น ๆ ความแม่นยำในระดับสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานที่สำคัญ เช่น ยานยนต์ การบินและอวกาศ ไฟเบอร์ออปติก การติดกระสุน การชุบแข็งลวด และการแบ่งเบาบรรเทาลวดสปริง การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานโลหะชนิดพิเศษที่เกี่ยวข้องกับไทเทเนียม โลหะมีค่า และวัสดุผสมขั้นสูง การควบคุมความร้อนที่แม่นยำพร้อมการเหนี่ยวนำนั้นไม่มีใครเทียบได้ นอกจากนี้ การใช้พื้นฐานการทำความร้อนแบบเดียวกับการทำความร้อนที่เบ้าหลอมสุญญากาศ การทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำสามารถดำเนินการภายใต้บรรยากาศสำหรับการใช้งานอย่างต่อเนื่อง เช่น การอบอ่อนแบบสดใสของท่อและท่อสแตนเลส

การเชื่อมด้วยการเหนี่ยวนำความถี่สูง
เมื่อการเหนี่ยวนำถูกส่งโดยใช้กระแสความถี่สูง (HF) แม้แต่การเชื่อมก็เป็นไปได้ ในการใช้งานนี้ ความลึกอ้างอิงทางไฟฟ้าที่ตื้นมากซึ่งสามารถทำได้ด้วยกระแสไฟฟ้า HF ในกรณีนี้ แถบโลหะจะถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่อง จากนั้นจึงผ่านชุดม้วนที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพียงอย่างเดียวคือเพื่อบังคับขอบแถบที่ขึ้นรูปเข้าด้วยกันและสร้างรอยเชื่อม ก่อนที่แถบที่ขึ้นรูปจะถึงชุดม้วน แถบนั้นจะผ่านขดลวดเหนี่ยวนำ ในกรณีนี้ กระแสจะไหลลงมาตาม "วี" เชิงเรขาคณิตที่สร้างขึ้นโดยขอบของแถบ แทนที่จะไหลรอบๆ ด้านนอกของช่องสัญญาณที่เกิดขึ้น เมื่อกระแสไหลไปตามขอบแถบ กระแสจะร้อนขึ้นจนถึงอุณหภูมิการเชื่อมที่เหมาะสม (ต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของวัสดุ) เมื่อขอบถูกกดเข้าหากัน เศษ ออกไซด์ และสิ่งสกปรกอื่น ๆ ทั้งหมดจะถูกบังคับให้ออกเพื่อส่งผลให้เกิดการเชื่อมฟอร์จในสถานะของแข็ง

อนาคต ด้วยยุคของวัสดุที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมขั้นสูง พลังงานทดแทน และความจำเป็นในการเพิ่มขีดความสามารถให้กับประเทศกำลังพัฒนา ความสามารถเฉพาะตัวของการเหนี่ยวนำทำให้วิศวกรและนักออกแบบแห่งอนาคตมีวิธีทำความร้อนที่รวดเร็ว มีประสิทธิภาพ และแม่นยำ