Індукційний нагрів – це нагрівання матеріалів електричними струмами, які індукуються змінним магнітним полем. Отже – це нагрівання виробів з провідних матеріалів (провідників) магнітним полем індукторів (джерел змінного магнітного поля).
Індукційний нагрів проводиться наступним чином. Електропровідна (металева, графітова) заготівля поміщається в так званий індуктор, що представляє собою один або кілька витків дроту (найчастіше мідного). У індукторі за допомогою спеціального генератора наводяться потужні струми різної частоти (від десятка Гц до декількох МГц), в результаті чого навколо індуктора виникає електромагнітне поле. Електромагнітне поле наводить в заготівлі вихрові струми. Вихрові струми розігрівають заготовку під дією джоулева тепла.
Система «індуктор-заготовка» являє собою бессердечніковий трансформатор, в якому індуктор є первинною обмоткою. Заготівля є як би вторинною обмоткою, замкнутої накоротко. Магнітний потік між обмотками замикається по повітрю.
На високій частоті вихрові струми витісняються утворених ними ж магнітним полем в тонкі поверхневі шари заготовки Δ (скін-ефект), в результаті чого їх щільність різко зростає і заготівля розігрівається. Розташовані нижче шари металу прогріваються за рахунок теплопровідності. Важливий не ток, а велика щільність струму. У скін-шарі Δ щільність струму збільшується в e раз щодо щільності струму в заготівлі, при цьому в скін-шарі виділяється 86,4% тепла від загального тепловиділення. Глибина скін-шару залежить від частоти випромінювання: чим вище частота, тим тонше скін-шар. Також вона залежить від відносної магнітної проникності μ матеріалу заготовки.
Для заліза, кобальту, нікелю і магнітних сплавів при температурі нижче точки Кюрі μ має величину від декількох сотень до десятків тисяч. Для інших матеріалів (розплави, кольорові метали, рідкі легкоплавкіевтектики, графіт, електропровідний кераміка і т. Д.) М приблизно дорівнює одиниці.
Індуктор сильно нагрівається під час роботи, так як сам поглинає власне випромінювання. До того ж він поглинає теплове випромінювання від розпеченої заготовки. Роблять індуктори з мідних трубок, охолоджуваних водою. Вода подається відсмоктування – цим забезпечується безпека в разі прожога чи іншої розгерметизації індуктора.
Переваги
Високошвидкісний розігрів або плавлення будь-якого електропровідного матеріалу.
Можливий нагрів в атмосфері захисного газу, в окислювальному (або відновлювальної) середовищі, в рідині, в вакуумі.
Нагрівання через стінки захисної камери, виготовленої зі скла, цементу, пластмас, дерева – ці матеріали дуже слабо поглинають електромагнітне випромінювання і залишаються холодними при роботі установки. Нагрівається тільки електропровідний матеріал – метал (в тому числі розплавлений), вуглець, яка проводить кераміка, рідкі метали і т. П. Наприклад, нутрощі радіолампи можна прогрівати для знегажування прямо через скляну колбу.Електроліти (розчини солей) неможливо нагрівати індукційним нагріванням, так як іони, на відміну від електронів, мають велику масу і малою рухливістю.
За рахунок виникаючих МГД-зусиль відбувається інтенсивне перемішування рідкого металу, аж до утримання його в підвішеному стані в повітрі або захисному газі – так отримують надчисті сплави в невеликих кількостях (левітаційного плавка, плавка в електромагнітному тиглі).
Оскільки розігрів ведеться за допомогою електромагнітного випромінювання, відсутня забруднення заготовки продуктами горіння факела в разі газопламенного нагріву або матеріалом електрода в разі дугового нагріву. Приміщення зразків в атмосферу інертного газу і висока швидкість нагріву дозволять ліквідувати окалинообразования.
Ні забруднення повітря, так як відсутні продукти горіння. Невеликі установки індукційного нагріву можна експлуатувати в замкнутому і погано провітрюваному приміщенні, не обладнаному спеціальними засобами вентиляції та витяжками (гаражі, невеликі домашні майстерні, підвали).
Зручність експлуатації за рахунок невеликого розміру індуктора.
Індуктор можна виготовити особливої форми – це дозволить рівномірно прогрівати по всій поверхні деталі складної конфігурації, не приводячи до їх викривлення або локальному непрогревов.
Легко провести місцевий і виборчий нагрів.
Так як найбільш інтенсивно розігрів йде в тонких верхніх шарах заготовки, а нижні шари прогріваються повільніше за рахунок теплопровідності, метод є ідеальним для проведення поверхневого гарту деталей (серцевина деталі при цьому залишається в’язкою).
Легка автоматизація обладнання і конвеєрних виробничих ліній. Простота управління циклами нагрівання та охолодження. Просте регулювання і утримування температури, стабілізація потужності, подача і знімання заготовок.