瑞博特公司将电磁感应技术应用于多个行业:熔化、加热和焊接操作。
电磁现象由迈克尔·法拉第发现,感应始于导电材料(例如铜)的线圈。当电流流过线圈时,线圈内部和周围就会产生磁场。磁场做功的能力取决于线圈的设计以及流过线圈的电流的大小。
Electromagnetic phenomena were discovered by Michael Faraday, and induction begins with coils made of conductive materials such as copper. When current flows through a coil, a magnetic field is generated inside and around the coil. The ability of a magnetic field to do work depends on the design of the coil and the magnitude of the current flowing through it.
磁场方向取决于电流方向,因此,通过线圈的交流电电流方向的变化会导致磁场方向改变,变化速度与交流电电流变化速度相同。60Hz 交流电会导致磁场在一秒内变换60次方向。30kHz 交流电会导致磁场在一秒内变换40000次方向。
在不断变化的磁场(交流电产生的磁场)内放置导电金属材料时,金属材料内会产生电压(法拉第定律)。感应电压会带来电子的流动(流动的电子就是电流)交变电流通过金属材料的电流与线圈中电流的方向相反。这就表示,我们可以通过控制线圈中电流的频率,从而控制金属材料中电流的频率。
当电流通过金属材料时,电子的移动会遇到一定的阻力。这种阻力表现为热(焦耳热效应)。虽然当电流通过材料时,材料对电子流产生的阻力越大,产生的热量也就越多,使用感应电流加热高导电性材料(比如铜)也是可能的。
这种不通过感应来加热金属材料的方法有很多。更通用的工业实践方法包括燃气炉、电阻炉和盐浴。这些是通过对流和辐射将热源(燃烧器、发热元件、液体盐)的热量转移到产品中去。一旦产品表面加热,热量会通过热传导传递到整个产品。
感应加热产品并非依赖对流和辐射将热量传递到产品表面,其热量是由金属材料表面和内部的电流流动产生的,金属材料表面的热量较高,也会通过热传导,传递热量到金属材料内部。感应电流直接产生的热传导深度取决于频率高低和电流大小有关。
很大程度上取决于通过工件的交流电频率。电流频率越高,深度越浅,电流频率越低,深度越深。该深度同样还取决于工件的金属材料的电阻和磁性。
Ribot工厂利用该物理和电气现象,为特定产品和应用量身定制了感应加热熔化的解决方案。对功率、频率和线圈几何结构的严谨控制使得Ribot工厂在多个应用领域都能设计出具有高度过程控制和可靠性的设备。
对很多工序而言,第一步就是熔化;感应熔化快速高效。通过更改感应线圈的几何结构,感应熔化电炉容量可以从2公斤到5吨熔融金属材料。另外,通过调整频率和功率,Ribot工厂几乎可加工所有金属和材料,包括但不限于铁、钢和不锈钢合金、铜和铜合金、镍合金、钴合金、稀土金属。感应设备是针对各种应用量身定制的,以尽可能的确保其效率。
由于需使用磁场才能实现感应加热,因此可使用耐火或其他非导电介质,将工件(或负载)与感应线圈隔离开来。磁场会穿透金属材料,并在磁场负载中产生感应电压。金属材料可在真空条件下加热,在严谨控制的环境中加热。这使得活性金属(钛、铝),特种合金、石墨和其他敏感导电材料的节加热成为可能。
加热方法不同,无论金属材料批量大小,感应加热均可精确控制。通过更改通过感应线圈中的电流、电压和频率,可对工艺加热进行微调,特别适用于各种复杂的应用。对于汽车、航空、新材料、焊接等关键应用而言,高精确度至关重要。感应加热非常适用于稀有、贵金属和高级复合材料的特种金属应用。感应所带来的极速、精确加热控制是无与伦比的。另外,使用相同的加热原理,比如真空坩锅加热,可在空气中连续进行感应加热。
通过高频率电流产生的感应甚至可进行焊接。在该应用中,高频率电流产生的热量深度较浅。形成表面高温熔化,挤压接触后会形成形成焊缝。
随着高度工程化材料时代的到来,替代能源和崛起的发展中国家的需求,感应的独特能力为未来的工程师和设计师提供了一个快速、有效和精确的加热方法。
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