Témata
Reklama

Indukční ohřev a nové hybridní technologie

13. 10. 2004

K indukčnímu ohřevu, jak stojí i ve školních učebnicích, dochází tehdy, vloží-li se elektricky vodivý předmět do blízkosti indukční cívky, do níž je zaveden střídavý proud. Elektromagnetické pole cívky vytváří ve vodivém prvku indukovaný vířivý proud, jehož ztráty se mění v teplo. Naše všeobecná encyklopedie nakladatelství Diderot je ještě stručnější a pojem indukční ohřev váže na ohřev elektricky vodivé vsázky, nacházející se uvnitř cívky. V poslední době však indukční ohřev doprovází také celou řadu jiných technologií, kde pomáhá k urychlení procesů nebo i jejich vyšší jakosti.

Ani u samotných indukčních pecí, charakterizovaných kelímkovou indukční pecí na tavení oceli, se vývoj nezastavil a jednou z novinek je indukční tavicí proces, označovaný jako ISMT (Induktive Skull-Melting-Technik), vyvinutý v rámci německého materiálového výzkumu MaTech v Institutu elektrotermických procesů hannoverské univerzity. Teplo potřebné k tavení materiálu zde vzniká indukcí až uvnitř vsázky. Metoda, kdy k natavování dochází od jádra materiálu a na jeho obvodu zůstává ztuhlá vrstva vsázkového materiálu "skull", umožňuje natavování i bez užití tavicího kelímku, přímo v prostoru ohraničeném pouze závity chlazené primární cívky. Na stěnách induktoru se opět vytváří "skull", který cívku i dno chrání od vysoké teploty taveniny. Takový způsob indukčního tavení se nabízí k tavení především u elektricky špatně vodivých materiálů, oxidů, keramiky nebo skla, kde je tavicí teplota je vyšší i než 3000 oC. Touto metodou je možné připravovat i materiály stálé při namáhání za vysokých teplot, jako jsou titan, tantal nebo niob, či dnes populární materiály na bázi titanaluminidů TiAl pro technologie přesného odlévání.
Reklama
Reklama
Reklama

Indukční předehřev při svařování laserem

Pokud jde o samotné indukční svařování, pak nejčastěji se používá pro podélné trubkové svary, přičemž touto technologií lze svařovat i hliník a jeho slitiny. Zajímavé je ale především hybridní propojení indukčního předehřevu s laserovým svařováním. Ohřev laserovým paprskem, ať už pro svařování nebo pro technologie povrchových úprav, má své specifické vlastnosti, které nelze plně nahradit žádným jiným způsobem. Fokusací paprsku lze dosáhnout v extrémně krátkém čase takových hodnot hustoty energie a teplot v místě dopadu paprsku na materiál, kdy se ještě nestačí uplatnit pomalé procesy vedení a sálání tepla. Energie laseru je navíc dokonale sterilní, nepřináší do ohřívaného místa žádné nečistoty a ohřev lze realizovat i ve vakuu nebo naopak za přivádění pracovního plynu. Co však může působit při samotném laserovém svařování nepříznivě, je vysoký teplotní gradient při natavení laserovým paprskem a následném chladnutí dílů, kdy při tepelném pnutí některých materiálů dochází i ke vzniku mikrotrhlin. A právě vítanou pomocí pro snížení tohoto gradientu je zde indukční předehřev, který oproti předehřevu v průmyslových pecích vykazuje nižší investiční i provozní náklady, rychlostí ohřevu odpovídá i průběhu laserového svařování, a navíc jen minimálně ovlivňuje tepelným účinkem okolní zónu materiálu. Indukčním předehřevem se při nižším teplotním gradientu a tedy i příznivějším průběhu ochlazování dá dosáhnout u svaru jemnozrnné beztrhlinkové struktury. Vznik trhlinek se váže i ke struktuře materiálu, vyššímu obsahu uhlíku nad 0,25 % u uhlíkových ocelí a už 0,20 % u ocelí legovaných.
Počátky technologie hybridního laserového svařování s užitím indukčního předehřevu lze nalézt ve Fraunhofer Institutu IWS (Institut Werkstoff und Strahltechnik), kde se dnes při vybavení indukčními generátory v rozpětí 4 - 20 kHz s výkonem do 80 kW svařují např. díly 6stupňové převodovky pro speciální automobily. Poznatků z IWS využívá automobilka Ford už i v sériové výrobě při svařování hřídele náhonu vozidel z několika dílů materiálové kombinace C38/26Mn5 při počtu 450 000 kusů za rok. Vysoké jakosti laserového svařování za indukčního předehřevu se dosáhlo v IWS i u tvrdých ocelí, jako je např. C45 a ocelí legovaných.

Indukční ohřev při laserovém natavení

Indukční ohřev, podobně jako tomu bylo při svařování, dopomáhá i dalším laserovým technologiím v oblasti povrchových úprav, včetně laserového natavení povrchu. Vysoké odolnosti proti odírání se tímto způsobem dosáhlo např. u ledeburitické litiny, kde přetavená zóna hloubky 0,1 až 1 mm vykazovala přírůstek tvrdosti větší než 100 HV. Způsob byl ověřován u takových dílů, jako jsou např. vačkové hřídele, vačky či různé vodicí dráhy, kde oproti dřívějšímu postupu s natavením metodou WIG se získala daleko jemnější struktura materiálu i jeho jakostnější povrch.

Indukční ohřev při laserovém povlakování

I tady platí obdobné zásady jako při předchozím laserovém svařování či natavování. Indukční předehřev před laserovým navařováním umožňuje navařování beztrhlinkových vrstev, včetně vrstev s odlišnými vlastnostmi a tvrdých oděruvzdorných vrstev, a to i na substrát se špatnou svařitelností. Při kombinovaném navařování tvrdé vrstvy Deloro se dosáhlo přitom až desetinásobné rychlosti procesu oproti navařování jen samotným laserem.

Indukce a laser při vytvrzování

Už samotné indukční vytvrzování přináší výhodu svou možností dobré regulace procesu a při stavbě jednoúčelových zařízení je vhodné i při sériové výrobě. Zajímavé posouzení vhodnosti metody a požadavků na induktor při potřebě vytvrzování předmětů složitější geometrie přináší numerická simulace. Na jejím principu doporučuje Institut pro elektrotermické procesy na hannoverské univerzitě volit i kombinace indukčního a laserového vytvrzování, z nichž každé samostatně má svá omezení. Samotné indukční vytvrzování není vhodné u tenkých polotovarů nebo menších polotovarů kruhového členitého profilu, samotné laserové není vhodné z ekonomických důvodů k vytvrzování objemných částí. Kombinací laserového vytvrzování s indukčním předehřevem se dá přitom dosáhnout rovnoměrně vytvrzené vrstvy i u tvarových detailů profilu.

Indukční pájení

Pájení prožívá v současné době svou renesanci, nejen díky novým vlastním metodám, jako je právě indukční pájení nebo pájení laserem, ale i díky dynamickému rozvoji elektroniky nebo automobilového průmyslu, kde se těchto metod hojně využívá. Například při kompletování karoserií osobních vozidel odhadují dnešní přední automobilky možnost až celkových 6 m natvrdo pájených spojů, jejichž pevnost zcela postačuje požadavkům, pájet lze bez porušení i pozinkované ocelové plechy a oproti svařování není zde nebezpečí tepelné deformace okolí pájeného místa. V současné době pájení natvrdo, v tomto případě laserem, se používá např. u modelů Audi TT, VW Bora, T modelů E třídy vozidel Mercedes-Benz a některých typů BMW. Indukčního pájení se nejčastěji používá při hromadné výrobě takových součástí, kde je výhodné použít jednoúčelová, byť i rozměrná zařízení. Při pájení jednotlivých součástí postačí pak i zařízení s menšími induktory, s ručním nebo robotickým ovládáním. Předním dodavatelem systémů s indukčním pájením je dnes holandská společnost Unitek EAPRO, dříve známá spíše pod označením Weld-Equip, která v současné době rozšiřuje svou nabídku o vysokofrekvenční indukční pájení firmy SEIT Elettronica S. R. L., nabízené v poměrně širokém výkonovém rozsahu 1,5 až 50 kW. U této řady je při 3D pájení možné programovat výši nastavení teploty a teplotu kontrolovat a řídit i přes pyrometr. Kompletní stolní pracoviště pro indukční pájení má ve svém výrobním programu i firma ATN Automatisierungstechnik Niemeier GmbH.

Indukční ohřev při montáži nalisováním

Indukční ohřev nachází své uplatnění i při spojování strojních dílů s určitým vzájemným přesahem. Většinou jde o nerozebíratelná spojení nebo spojení, kde se s demontáží uvažuje jen ve výjimečných případech. Příkladem může být indukční ohřev při montáži větších ložisek, kdy pro vlastní snadnou manipulaci postačí rozdíl teplot ložiska a hřídele přibližně v rozsahu 80 až 90 oC. Přitom je třeba dbát na to, aby se nepřekročila teplota 125 oC, kdy už může dojít ke změnám ve struktuře materiálu. Pro tento účel vyvinula firma SKF agregát TIH 240, kde je možný ohřev ložisek až do hmotnosti 700 kg, doplněný i automatickou odmagnetizací. Pro ohřev ložiska o hmotnosti 445 kg postačí interval pouhých 10 minut.

Indukční ohřev při vytvrzování lepidel

Při průmyslové aplikaci lepených spojů bránilo většímu rozšíření této metody zdlouhavé vytvrzování lepidel, které představovalo až desítky minut. Indukčním ohřevem lze tuto lhůtu u vhodných typů lepidel zkrátit až na sekundové termíny. Ideální pro tento proces je lepení vodivých částí, kde k indukčnímu ohřevu dochází u lepeného prvku s přímým působením tepla na vytvrzované lepidlo, nebo dokonce lepení vodivých částí i elektricky vodivým lepidlem (lepidlem jednak s polymerní složkou, která ovlivňuje mechanické vlastnosti lepidla, jeho přilnavost nebo i opravitelnost lepeného spoje a jednak vodivou kovovou složkou, na jejíž velikosti, tvaru a materiálu závisí elektrické a tepelné vlastnosti výsledné směsi). Touto cestou, kdy lepidlo obsahuje určité procento kysličníku kovu, je možné indukčně vytvrzovat spoj i dvou zcela nevodivých prvků, včetně plastických hmot. Pro vodivou náplň lepidla se používají většinou kysličníky drahých kovů, nejčastěji stříbra, které i při menším objemovém množství oproti polymerní složce poskytují vyhovující vodivost. Indukční proces v takovém případě ohřívá lepidlo přímo uvnitř spoje, ale vytvrzení probíhá poněkud delší dobu, než tomu je při lepení kovových dílů.
Ing. Jiří Šmíd
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 41090
Datum: 13. 10. 2004
Rubrika: Inovace / Technologie
Autor:
Firmy
Související články
Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Vývoj průmyslové tomografie

Tomografie jako zobrazovací metoda vznikla brzy po zavedení rentgenografie do praxe, a to jak (převážně) lékařské, tak průmyslové. Smyslem vytvoření tomografického záznamu – tomogramu – bylo zachytit řez zobrazovaného objektu, nejčastěji ukrytého ve hmotě, která jej obklopuje tak, aby na tomto řezu byl zřetelný obrys jeho tvaru. Řada takovýchto řezů pak umožnila učinit si představu o skutečném tvaru a umístění objektu.

Experimentální zařízení pro měření dynamického chování radiálního vodního čerpadla

Součástí nabídkového řízení velkých vodních čerpadel je i přejímací test zmenšeného modelu čerpadla, na němž jsou zákazníkovi předvedeny jeho hydraulické charakteristiky a současně jsou testovány reakční síly v čerpadle. Tyto údaje jsou velmi důležité pro finální dimenzování stavby vodního díla.

Související články
Termomechanické zpracování

Globální svět s možností volného cestování a neomezeného přístupu k informacím s sebou přináší riziko chybných nebo nepřesných překladů odborných pojmů z jiných jazyků. Ve své praxi vysokoškolského lektora s předchozí zkušeností technologa se setkávám zejména v posledních letech se značným rozvolňováním odborných pojmů, které mohou vést až k matení odborné veřejnosti. V tomto příspěvku se pokusím stručně shrnout přehled a podstatu technologických postupů, označovaných v češtině pojmem termomechanické zpracování (TMZ, resp. TMP, z anglického thermomechanical processing, což odpovídá též pojmu thermo-mechanical treatment – TMT).

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inovativní firma roku 2014: VÚHŽ

Soutěž Česká inovace vyhlásila nejlepší tuzemské inovace roku 2014. Jednou ze tří společností oceněných v kategorii Inovativní firma je VÚHŽ, a. s., (původně Výzkumný ústav hutnictví železa) za digitální hladinoměr určený pro hutní provozy (kontilití), kde je pro výrobu kvalitních ocelí potřeba zajistit ustálenou výšku hladiny tekuté oceli v krystalizátoru.

Možná řešení průmyslových a výrobních hal

Vizuální komunikace firmy v souladu s moderní architekturou – to je současný trend v oboru průmyslové haly a komerční objekty. Vítězí jednoduché, energeticky úsporné a bezpečné stavební systémy.

Stavme na pozitivním a fungujícím

Česko patřilo ke konci roku 2023 k zemím, jejichž ekonomika stále nedosáhla předcovidové úrovně. Hospodářský růst bude podle většiny ekonomů i v tomto roce velmi pomalý. Situaci komplikují nepříliš optimistické faktory, jako je nestabilita veřejných financí, výroba postavená na subdodávkách, nedostatečná infrastruktura a další. Když k tomu připočteme vnější geopolitické okolnosti, není situace příliš příznivá. A o tom, jak toto vše ovlivňuje automobilový průmysl a jak se zbavit stigmatu subdodavatelské země, jsme hovořili s Petrem Knapem, odborníkem společnosti EY pro automobilový průmysl.

Letošní veletrh Formnext slibuje hojnou účast

Formnext, přední světový veletrh aditivní výroby a průmyslové produkce nové generace, slaví úspěšný start do nového veletržního roku – navzdory poněkud utlumené ekonomické situaci v Německu a globálním politickým výzvám se do konce února přihlásilo již přibližně 574 společností z 35 různých zemí.

Kompozitní materiály z přírodních zdrojů

Veřejnost se stále více snaží být environmentálně odpovědnou. Ani napříč odvětvími průmyslu tomu není jinak. V oblasti kompozitních materiálů můžeme v posledních letech sledovat stále častější tendence využívat přírodní materiály jako náhradu konvenčních syntetických produktů. Roste poptávka po vláknech na rostlinné bázi (například vláknech ze lnu, konopí nebo sisalu) a tyto materiály získávají významný podíl na celkové produkci kompozitních výrobků.

MM Glosa: Sem se mi dívejte

Filmový a televizní dabing byl naší pýchou. František Filipovský nechť je toho důkazem. Úspěch rolí legendárního francouzského herce Louis de Funès, jehož vlastní hlas nikterak neupoutá, je z velké části právě dán mistrovským dabingem. Osobně bych se s ohledem na výuku jazyků tohoto pomyslného dabingového prvenství klidně vzdal a jménem Husákovy generace ho vyměnil za možnost zhlédnout černobílé upozornění ČST například před legendárním seriálem Profesionálové, že: „Pořad je v původním znění s titulky“, a agenty z CI5 slyšet v originále, a dostávat tak pod kůži hovorové fráze a výslovnost.

Promluvy Štefana Kassaye: Protiřečení na denním pořádku

Kolem nás, u nás, všude, kde existuje život, se každou vteřinu odehrávají miliony událostí, které zasahují jednotlivce, komunity, státy. Rostou nepokoje, protesty a skandování, pouliční bitvy, rebelie. Systémy budované člověkem v sílící zlovůli a vlivem ničivých výroků se řadu let dostávají do úpadku. Jsme svědky válečných konfliktů, nových a nových hrozících válek.

Blíží se druhý ročník veletrhu broušení

Od 14. do 17. května 2024 se koná druhý ročník veletrhu GrindingHub, který odborníkům z celého světa představí – poprvé v historii ve čtyřech výstavních halách – nejnovější technologická řešení v oblasti broušení. Tentokrát se ve Stuttgartu představí přes 460 vystavovatelů z 31 zemí.

O stavu ekonomiky a roli vůdců

V povídání s Janem Urbanem, vysokoškolským pedagogem, podnikovým poradcem, publicistou a autorem řady knih a článků, se prolíná řada myšlenek nedávno zesnulého profesora Milana Zeleného, i když se osobně nikdy nepotkali. Několik top manažerů a emeritních CEO, kterým jsme tento rozhovor poskytli před zveřejněním, doporučilo slova Jana Urbana tesat do kamene. V intencích uvažování excelentních ekonomů Zeleného i Urbana lze říci, že dosud panuje rozpor, který nastiňuje tento rozhovor: trend zaměňování popisu akce za akci samotnou se spíše prohlubuje místo toho, aby v praxi ustupoval – v politice, podnikání i ve vzdělávání.

Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit