Macchine per la fusione ad induzione

D: Cos'è l'induzione elettromagnetica?

L'induzione elettromagnetica fu scoperta da Michael Faraday nel 1831 e James Clerk Maxwell la descrisse matematicamente come la legge di induzione di Faraday. L'induzione elettromagnetica è una corrente prodotta a causa della produzione di tensione (forza elettromotrice) a causa di un campo magnetico variabile. Ciò accade quando un conduttore è posizionato in un campo magnetico in movimento (quando si utilizza una fonte di alimentazione CA) o quando un conduttore si muove costantemente in un campo magnetico stazionario. Secondo la configurazione riportata di seguito, Michael Faraday ha disposto un filo conduttore collegato a un dispositivo per misurare la tensione attraverso il circuito. Quando una barra magnetica viene spostata attraverso l'avvolgimento, il rilevatore di tensione misura la tensione nel circuito. Attraverso il suo esperimento, ha scoperto che ci sono alcuni fattori che influenzano questa produzione di tensione. Sono:
Numero di bobine: la tensione indotta è direttamente proporzionale al numero di spire/bobine del filo. Maggiore è il numero di spire, maggiore è la tensione prodotta

Modifica del campo magnetico: la modifica del campo magnetico influisce sulla tensione indotta. Questo può essere fatto spostando il campo magnetico attorno al conduttore o spostando il conduttore nel campo magnetico.
Potresti anche voler dare un'occhiata a questi concetti relativi all'induzione:
Induzione – Autoinduzione e Mutua induzione
Elettromagnetismo
Formula di induzione magnetica.

D: Cos'è il riscaldamento a induzione?

L'induzione di base inizia con una bobina di materiale conduttivo (ad esempio rame). Quando la corrente scorre attraverso la bobina, viene prodotto un campo magnetico all'interno e attorno alla bobina. La capacità del campo magnetico di compiere lavoro dipende dal design della bobina e dalla quantità di corrente che scorre attraverso la bobina.
La direzione del campo magnetico dipende dalla direzione del flusso di corrente, quindi una corrente alternata attraverso la bobina

si tradurrà in un campo magnetico che cambia direzione alla stessa velocità della frequenza della corrente alternata. La corrente CA a 60 Hz farà sì che il campo magnetico cambi direzione 60 volte al secondo. La corrente CA a 400 kHz farà sì che il campo magnetico cambi 400.000 volte al secondo. Quando un materiale conduttivo, un pezzo da lavorare, viene posizionato in un campo magnetico variabile (ad esempio, un campo generato con CA), la tensione verrà indotta nel pezzo da lavorare (Legge di Faraday). La tensione indotta provocherà il flusso di elettroni: corrente! La corrente che scorre attraverso il pezzo andrà nella direzione opposta alla corrente nella bobina. Ciò significa che possiamo controllare la frequenza della corrente nel pezzo da lavorare controllando la frequenza della corrente nel

bobina. Mentre la corrente scorre attraverso un mezzo, ci sarà una certa resistenza al movimento degli elettroni. Questa resistenza si manifesta come calore (effetto riscaldamento Joule). I materiali più resistenti al flusso di elettroni emetteranno più calore quando la corrente li attraversa, ma è certamente possibile riscaldare materiali altamente conduttivi (ad esempio il rame) utilizzando una corrente indotta. Questo fenomeno è fondamentale per il riscaldamento a induzione. Di cosa abbiamo bisogno per il riscaldamento a induzione? Tutto ciò ci dice che abbiamo bisogno di due cose fondamentali affinché si verifichi il riscaldamento a induzione:
Un campo magnetico mutevole

Un materiale elettricamente conduttivo posto nel campo magnetico
Come si confronta il riscaldamento a induzione con altri metodi di riscaldamento?
Esistono diversi metodi per riscaldare un oggetto senza induzione. Alcune delle pratiche industriali più comuni includono forni a gas, forni elettrici e bagni di sale. Tutti questi metodi si basano sul trasferimento di calore al prodotto dalla fonte di calore (bruciatore, elemento riscaldante, sale liquido) attraverso convezione e irraggiamento. Una volta riscaldata la superficie del prodotto, il calore si trasferisce attraverso il prodotto per conduzione termica.
I prodotti riscaldati a induzione non si affidano alla convezione e all'irraggiamento per fornire calore alla superficie del prodotto. Invece, il calore viene generato nella superficie del prodotto dal flusso di corrente. Il calore proveniente dalla superficie del prodotto viene quindi trasferito attraverso il prodotto mediante conduzione termica.

La profondità alla quale il calore viene generato direttamente utilizzando la corrente indotta dipende da qualcosa chiamato profondità di riferimento elettrico. La profondità di riferimento elettrico dipende in gran parte dalla frequenza della corrente alternata che scorre attraverso il pezzo da lavorare. Una corrente a frequenza più elevata si tradurrà in una profondità di riferimento elettrico inferiore, mentre una corrente a frequenza più bassa si tradurrà in una profondità di riferimento elettrico più profonda. Questa profondità dipende anche dalle proprietà elettriche e magnetiche del pezzo da lavorare.
Profondità di riferimento elettrico dell'alta e bassa frequenza Le società del Gruppo Inductotherm sfruttano questi fenomeni fisici ed elettrici per personalizzare soluzioni di riscaldamento per prodotti e applicazioni specifici. L'attento controllo di potenza, frequenza e geometria della bobina consente alle società del Gruppo Inductotherm di progettare apparecchiature con elevati livelli di controllo del processo e affidabilità indipendentemente dall'applicazione.Fusione ad induzione
Per molti processi la fusione è il primo passo per produrre un prodotto utile; la fusione a induzione è rapida ed efficiente. Modificando la geometria della bobina di induzione, i forni di fusione a induzione possono contenere cariche di dimensioni variabili dal volume di una tazza di caffè a centinaia di tonnellate di metallo fuso. Inoltre, regolando frequenza e potenza, le società del Gruppo Inductotherm possono lavorare praticamente tutti i metalli e materiali inclusi ma non limitati a: ferro, acciaio e leghe di acciaio inossidabile, rame e leghe a base di rame, alluminio e silicio. Le apparecchiature a induzione sono progettate su misura per ciascuna applicazione per garantire che siano quanto più efficienti possibile. Uno dei principali vantaggi inerenti alla fusione a induzione è l'agitazione induttiva. In un forno ad induzione, il materiale della carica metallica viene fuso o riscaldato dalla corrente generata da un campo elettromagnetico. Quando il metallo si fonde, questo campo provoca anche il movimento del bagno. Questa è chiamata agitazione induttiva. Questo movimento costante mescola naturalmente il bagno producendo una miscela più omogenea e favorisce la lega. La quantità di agitazione è determinata dalle dimensioni del forno, dalla potenza immessa nel metallo, dalla frequenza del campo elettromagnetico e dal tipo

conteggio del metallo nel forno. La quantità di agitazione induttiva in qualsiasi forno può essere manipolata per applicazioni speciali, se necessario. Fusione sotto vuoto a induzione Poiché il riscaldamento a induzione viene effettuato utilizzando un campo magnetico, il pezzo da lavorare (o carico) può essere fisicamente isolato dalla bobina di induzione mediante materiale refrattario o altro mezzo non conduttivo. Il campo magnetico passerà attraverso questo materiale per indurre una tensione nel carico contenuto al suo interno. Ciò significa che il carico o il pezzo da lavorare possono essere riscaldati sotto vuoto o in un'atmosfera attentamente controllata. Ciò consente la lavorazione di metalli reattivi (Ti, Al), leghe speciali, silicio, grafite e altri materiali conduttivi sensibili. Riscaldamento a induzione A differenza di alcuni metodi di combustione, il riscaldamento a induzione è controllabile con precisione indipendentemente dalle dimensioni del lotto.

Variando la corrente, la tensione e la frequenza attraverso una bobina di induzione si ottiene un riscaldamento ingegnerizzato e perfezionato, perfetto per applicazioni precise come cementazione, tempra e rinvenimento, ricottura e altre forme di trattamento termico. Un elevato livello di precisione è essenziale per applicazioni critiche come quelle automobilistiche, aerospaziali, per fibre ottiche, incollaggio di munizioni, tempra di fili e rinvenimento di fili per molle. Il riscaldamento a induzione è particolarmente adatto per applicazioni metalliche speciali che coinvolgono titanio, metalli preziosi e compositi avanzati. Il controllo preciso del riscaldamento disponibile con l'induzione non ha eguali. Inoltre, utilizzando gli stessi principi fondamentali di riscaldamento delle applicazioni di riscaldamento con crogiolo sotto vuoto, il riscaldamento a induzione può essere effettuato sotto atmosfera per applicazioni continue. Ad esempio la ricottura brillante di tubi e tubazioni in acciaio inossidabile.

Saldatura ad induzione ad alta frequenza
Quando l'induzione viene fornita utilizzando corrente ad alta frequenza (HF), è possibile anche la saldatura. In questa applicazione le profondità di riferimento elettrico molto basse che possono essere raggiunte con la corrente HF. In questo caso una striscia di metallo viene formata in modo continuo e poi passa attraverso una serie di rulli progettati con precisione, il cui unico scopo è quello di forzare insieme i bordi della striscia formata e creare la saldatura. Poco prima che il nastro formato raggiunga la serie di rulli, passa attraverso una bobina di induzione. In questo caso la corrente scorre lungo la “V” geometrica creata dai bordi della striscia invece che attorno all'esterno del canale formato. Quando la corrente scorre lungo i bordi del nastro, questi si riscaldano fino a raggiungere una temperatura di saldatura adeguata (al di sotto della temperatura di fusione del materiale). Quando i bordi vengono premuti insieme, tutti i detriti, gli ossidi e le altre impurità vengono espulsi per provocare una saldatura per forgiatura allo stato solido.

Il futuro Con l'avvento dell'era dei materiali altamente ingegnerizzati, delle energie alternative e della necessità di dare potere ai paesi in via di sviluppo, le capacità uniche dell'induzione offrono agli ingegneri e ai progettisti del futuro un metodo di riscaldamento veloce, efficiente e preciso.