गर्मी उपचार में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का अनुप्रयोग आम हो गया है। हालांकि, प्रेरण गर्मी उपचार की वर्तमान स्थिति इंगित करती है कि विकास के लिए बहुत जगह हो सकती है।
ऑटोमोटिव और एविएशन उद्योगों में दक्षता और पर्यावरण संरक्षण की मांग, इंडक्शन पावर सप्लाई का इनोवेशन, और इंडक्शन हीट ट्रीटमेंट प्रोसेस सिमुलेशन की प्रगति, सभी इंडक्शन हीट ट्रीटमेंट टेक्नोलॉजी के विकास में योगदान दे रहे हैं, जो "गोल्डन" में प्रवेश करने वाला है। आयु"।
दक्षता और पर्यावरणीय लाभ:
विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की मूलभूत विशेषताएं पर्यावरण जागरूकता और कम लागत की खोज के युग में गर्मी उपचार उद्योग के लिए इसे आकर्षक बनाती हैं। इंडक्शन हीटिंग हीटिंग की एक सीधी विधि है जिसमें आसपास के वातावरण से घटक को संचरित करने के बजाय गर्म किए जाने वाले घटक में गर्मी उत्पन्न होती है। चूंकि इंडक्शन हीटिंग सतह पर और नीचे गर्मी उत्पन्न करता है, यह न केवल तेज है बल्कि आमतौर पर अत्यधिक कुशल है।
प्रेरण गर्मी उपचार प्रक्रिया की विद्युत चुम्बकीय दक्षता अक्सर बहुत अधिक होती है। कार्बन स्टील और मार्टेंसाइट स्टेनलेस स्टील जैसे फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों के प्रेरण सख्त के लिए, यह दक्षता आमतौर पर 70-80% रेंज में होती है (और ऐसी सामग्री को तड़के के लिए 90% के करीब भी)। प्रेरण सख्त करने में भी रसायनों के भागों में प्रसार शामिल नहीं है। इसलिए, कार्बराइजिंग और नाइट्राइडिंग जैसे थर्मोकेमिकल विधियों की तुलना में इंडक्शन हार्डनिंग को आमतौर पर "क्लीनर" विधि माना जाता है।
प्रेरण विद्युत आपूर्ति में नवाचार:
1950 और 1960 के दशक में ट्रांजिस्टरकृत उच्च आवृत्ति बिजली स्रोतों के विकास ने प्रेरण गर्मी उपचार का चेहरा काफी हद तक बदल दिया। 1990 के दशक के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में तुल्यकालिक दोहरी आवृत्ति बिजली आपूर्ति के आगमन ने विशेष रूप से छोटे और मध्यम आकार के गियर के लिए सख्त करने की क्षमता में काफी सुधार किया है। हाल के वर्षों में, प्रेरण शक्ति के धीमी गति से विकास के लगभग 20 वर्षों के बाद, क्रांतिकारी तकनीक उभरी है - एक इन्वर्टर जो वास्तव में तुरंत काम करने की आवृत्ति को संशोधित कर सकता है।
इंडक्शन हीटिंग में, लागू विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की आवृत्ति (अर्थात, इंडक्शन कॉइल से गुजरने वाली प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति) गर्म होने वाले घटक में ऊष्मा ऊर्जा उत्पादन की गहराई को प्रभावित करती है। प्रत्यावर्ती धारा चलाने वाला एक कंडक्टर जिस गहराई तक अधिकांश ऊष्मा (लगभग 86%) उत्पन्न करता है, उसे आमतौर पर प्रवेश गहराई कहा जाता है। प्रवेश गहराई (δ) कंडक्टर प्रतिरोधकता (ρ), पारगम्यता (μ) और लागू चुंबकीय क्षेत्र (एफ) की आवृत्ति का एक कार्य है, और निम्नानुसार अनुमानित किया जा सकता है:
केस स्टडी: स्कैन हार्डनिंग
स्कैन हार्डनिंग परिवर्तनीय आवृत्ति बिजली आपूर्ति का एक परिपक्व अनुप्रयोग है। आवृत्ति को बदलने की क्षमता स्कैन किए गए हिस्से की लंबाई के साथ-साथ विभिन्न आकृतियों की सख्त आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक आदर्श समाधान प्रदान करती है।
चित्रा 1 एक उपयुक्त केस स्टडी प्रदान करते हुए, एक मध्यम कार्बन स्टील (एसएई 4140) शाफ्ट के लिए स्कैन सख्त प्रक्रिया को दिखाता है। यह खोखला शाफ्ट कई आधुनिक मोटर वाहन भागों का प्रतिनिधि है। इसका अंत एक निकला हुआ किनारा के रूप में होता है। शाफ्ट बॉडी का व्यास काफी भिन्न होता है, संक्रमण भाग के ऊपर और नीचे का व्यास क्रमशः लगभग 45 मिमी और 50 मिमी होता है।
चित्रा 1. मध्यम कार्बन स्टील (एसएई 4140) शाफ्ट के लिए सख्त प्रक्रिया स्कैन करें
यह 5 मिमी व्यास भिन्नता सख्त परत की आवश्यक गहराई के सापेक्ष बहुत बड़ी है, जिससे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र और हीटिंग को नियंत्रित करना मुश्किल हो जाता है। व्यास के संक्रमण के भीतरी कोनों पर, अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में आसपास की सामग्री को संचारित करने के लिए पर्याप्त गर्मी उत्पन्न करना मुश्किल है। 0.5 मिमी खांचे का अस्तित्व कॉइल और घटकों के बीच स्थानीय युग्मन को प्रभावी ढंग से सुधारता है लेकिन प्रक्रिया के लिए अतिरिक्त चुनौतियां पेश करता है। इसके अलावा, बाहरी कोने में अधिक गर्मी होने का खतरा होता है क्योंकि यह बाहर की ओर निकलता है और सिंगल-टर्न कॉइल के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र रेखा क्षेत्र में प्रवेश करता है।
यदि ऐसे घटक को सख्त करने में एकल आवृत्ति का उपयोग किया जाता है, तो लगभग 30 मिमी की प्रभावी सख्त गहराई सुनिश्चित करने के लिए 2 kHz का चयन किए जाने की संभावना है। जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, प्रक्रिया घटक की अधिकांश लंबाई के साथ अच्छी सख्तता प्राप्त करती है, लेकिन व्यास संक्रमण के साथ समस्याएं हैं।
चित्रा 2. प्रक्रिया ने घटक की अधिकांश लंबाई के साथ अच्छी सख्तता हासिल की, लेकिन व्यास संक्रमण के साथ समस्याएं थीं।
अपर्याप्त ऑस्टेनिटाइजेशन (यानी, हीटिंग) के कारण, खांचे में बहुत कम मात्रा में मार्टेंसाइट उत्पन्न होता है। इस क्षेत्र में कॉइल पावर बढ़ाना और/या प्रभावी हीटिंग समय बढ़ाना तार्किक सुधार प्रतीत होगा। हालांकि, इससे निकटवर्ती बाहरी कोने में अधिकतम तापमान में और वृद्धि होगी। यदि यह तापमान पहले से ही 1,060 डिग्री सेल्सियस (1,940 डिग्री फारेनहाइट) के स्तर पर है, तो आगे बढ़ने से स्थानीय अनाज अवांछित (और संभवतः अस्वीकार्य) हो सकता है।
चूंकि आंतरिक कोण और बाहरी कोण के बीच की दूरी केवल 3 मिलीमीटर है, बाहरी कोण पर तापमान बढ़ाए बिना आंतरिक कोण पर तापमान बढ़ाना एक असंभव कार्य जैसा लगता है। हालांकि, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, यह व्यास संक्रमण को गर्म करते समय आवृत्ति को बदलकर सफलतापूर्वक किया जाता है जहां कुंडल आता है।
चित्रा 3. व्यास संक्रमण भाग को गर्म करते समय आवृत्ति को बदलकर, बाहरी कोने के बिना आंतरिक कोने पर तापमान सफलतापूर्वक उठाया गया था।
इन्वर्टर आउटपुट फ़्रीक्वेंसी को 30 kHz से 10 kHz तक कम करने से कंपोनेंट में पैठ की गहराई लगभग 1.7 गुना बढ़ जाती है, आंतरिक कोने पर विद्युत चुम्बकीय निकटता प्रभाव कम हो जाता है, और बाहरी कोने में ओवरहीटिंग का जोखिम कम हो जाता है। इस आवृत्ति परिवर्तन ने स्लॉट पर सतह सख्त परत की गहराई को प्रभावी ढंग से बढ़ा दिया और आसन्न कंधे के शिखर तापमान को लगभग 40 डिग्री सेल्सियस तक कम कर दिया।
यह अपेक्षाकृत सरल केस स्टडी वैरिएबल फ़्रीक्वेंसी स्कैन हार्डनिंग सिस्टम के एक महत्वपूर्ण गुणवत्ता लाभ को प्रदर्शित करता है। आवृत्ति को समायोजित करने की क्षमता अतिरिक्त लाभ प्रदान करती है यदि घटक को लंबाई के साथ सख्त परत की विभिन्न गहराई की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, हालांकि इस लेख के दायरे से परे, आईएफपी तकनीक क्षैतिज निरंतर सख्त, रोटरी सख्त (गियर और स्प्रोकेट के लिए), स्वभाव और तनाव राहत सहित कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए बड़े पैमाने पर और लचीलापन लाभ प्रदान करती है।
उपकरण और प्रक्रिया डिजाइन में सिमुलेशन:
इंडक्शन हीट ट्रीटमेंट सिस्टम के डिजाइन में कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार कर सकता है, डिजाइन समय को छोटा कर सकता है, विनिर्माण लागत को कम कर सकता है और प्रक्रिया के विकास को गति दे सकता है। हालांकि, विश्वसनीय मॉडल विकसित करने और वांछित परिणामों की गणना करने में लगने वाले समय तक इन लाभों को आसानी से मिटाया जा सकता है।
कुछ अनुप्रयोगों में, विशेष रूप से जिन्हें त्रि-आयामी सिमुलेशन की आवश्यकता होती है, सिमुलेशन के माध्यम से उपयोगी जानकारी प्राप्त करने के लिए आवश्यक समय केवल अस्वीकार्य है। सौभाग्य से, सिमुलेशन सॉफ्टवेयर की बढ़ती शक्ति और कंप्यूटर हार्डवेयर की गिरती लागत इस बाधा को छोटा और छोटा बना रही है।
केस स्टडी: एक बार का सख्तीकरण:
एक बार की सख्त प्रक्रिया में, परिधि और अनुदैर्ध्य दोनों धाराओं को प्रेरित करने में सक्षम एक प्रेरण कुंडल का उपयोग पूरे घटक को कठोर करने के लिए गर्म करने के लिए किया जाता है (चित्र 4)। पूरे शरीर की एक समान सख्तता को बढ़ावा देने के लिए भागों को गर्म करने और शमन प्रक्रिया के दौरान घुमाया जाता है। उचित समय में एक बार की सख्त प्रक्रिया को मज़बूती से अनुकरण करने की क्षमता निर्माताओं और उपयोगकर्ताओं के लिए प्रेरण गर्मी उपचार उपकरण के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि:
अंजीर। 4. एक बार की सख्त प्रक्रिया में इंडक्शन कॉइल का उपयोग होता है जो पूरे घटकों को गर्म करने के लिए दोनों परिधि और अनुदैर्ध्य धाराएं उत्पन्न करता है।
• वन-टाइम हार्डनिंग एक बहुत ही सामान्य इंडक्शन हीट-ट्रीटमेंट प्रक्रिया है।
• डिस्पोजेबल इंडक्शन कॉइल्स का डिज़ाइन अधिकांश अन्य इंडक्शन हार्डनिंग कॉइल्स की तुलना में बहुत कम सहज है।
• सख्त उपचार का प्रभाव मुख्य रूप से प्रक्रिया मापदंडों (स्कैन सख्त के विपरीत) के बजाय कुंडल के आकार पर निर्भर करता है।
• कॉइल्स बनाना महंगा हो सकता है, विशेष रूप से यह देखते हुए कि परीक्षण-और-त्रुटि डिज़ाइन में अक्सर बार-बार संशोधन की आवश्यकता होती है।
• डिस्पोजेबल इंडक्शन कॉइल आमतौर पर बिजली घनत्व में उच्च होते हैं और इसलिए समय से पहले खराब होने की संभावना होती है।
दुर्भाग्य से, एक बार की सख्त प्रक्रिया की भौतिक विशेषताओं को तीन-आयामी विद्युत चुम्बकीय हीटिंग सिमुलेशन के उपयोग की आवश्यकता होती है, और त्रि-आयामी परिमित तत्व मॉडल स्थापित करने और सटीक परिणामों की गणना करने के लिए आवश्यक समय काफी बाधा रहा है। इसलिए, उद्योग में एक बार की प्रेरण सख्त प्रक्रिया अनुकरण अभी भी बहुत दुर्लभ है।
हालाँकि, जैसा कि चित्र 5 दिखाता है, यह बदल रहा है। सॉफ्टवेयर की बढ़ती शक्ति, कंप्यूटिंग संसाधनों की घटती लागत के साथ, जटिल सिमुलेशन बनाती है जिसके लिए बड़ी मात्रा में संसाधनों की आवश्यकता होती है जो तेजी से व्यवहार्य हो जाते हैं। इंडक्शन हीट ट्रीटमेंट उपकरण के निर्माता और उपयोगकर्ता पुरस्कार प्राप्त कर रहे हैं।
चित्रा 5. सॉफ्टवेयर की बढ़ती क्षमता और कंप्यूटिंग संसाधनों की घटती लागत जटिल सिमुलेशन बनाती है जिसके लिए बड़ी मात्रा में संसाधनों की आवश्यकता तेजी से व्यवहार्य होती है।