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EuroWire – Maggio 2007

149

italiano

Vantaggi derivanti

dall’utilizzo della tecnologia

del riscaldamento ad

induzione nel trattamento

di prodotti a base di filo

Inductotherm Heating andWelding Technologies Ltd – Radyne Division

Il riscaldamento

ad induzione:

i principi di base

Per meglio comprendere i numerosi

vantaggi associati al riscaldamento ad

induzione, vanno innanzi tutto colti i

principi fondamentali che sono alla base di

questa tecnologia. Utilizzata in numerosi

processi sin dalla sua applicazione

commercialenei primi anni 40, la tecnologia

ad induzione comprendeva numerose

applicazioni quali la fusione di metalli, il

riscaldamento che precede la piegatura

o la formatura, diversi trattamenti di

riscaldamento quali l’indurimento e il

rinvenimento e l’unione di metalli tramite

brasatura o saldatura.

Alcuni esempi anteriori di riscaldamento

ad induzione riguardavano inoltre lo

sviluppo di oscillatori a radiofrequenze o

del tipo a tubo, generalmente funzionanti

a frequenze elevate, e gruppi convertitori

utilizzati per generare la potenza per

il riscaldamento ad induzione a basse

frequenze.

Volendo dare una definizione del processo

del riscaldamento ad induzione, questa

sarebbe invariabilmente: “Il riscaldamento

ad induzione ha luogo quando un

oggetto metallico è posto in un campo

elettromagnetico variabile. Il riscaldamento

ad induzione è generato tramite agitazione

della struttura molecolare dell’oggetto

prodotta dal campo elettromagnetico

ed avviene quando le molecole vengono

eccitate ed entrano in collisione generando

successivamente calore.” Di conseguenza,

il riscaldamento ad induzione può essere

paragonato alla configurazione di un

semplice trasformatore, ove il primario

del trasformatore comprende la sorgente

della potenza induttiva o generatore

ad induzione che alimenta potenza alla

bobina o all’elemento d’induzione, mentre

l’oggetto da riscaldare è posto nel campo

magnetico di quella bobina o elemento

e rappresenta il secondario del trasfor-

matore. Viene quindi applicato un campo

magneticoalternatoapartiredalla sorgente

della potenza induttiva o generatore

ad induzione, alla bobina o elemento

d’induzione. Tramite una conduzione

reciproca, delle linee di flusso magnetiche

vengono fatte passare attraverso l’oggetto

al fine di creare una resistenza al percorso

del flusso; durante il flusso di corrente si

ha la generazione di calore.

Profondità di penetrazione

Il fisico inglese Michael Faraday, nello

sviluppare il trasformatoreelettrico, osservò

inizialmente il fenomeno sopra descritto.

In effetti, per eliminare quest’effetto

termico, in seguito i trasformatori sono

stati riprogettati con lamelle al fine di

eliminare o ridurre gli effetti del campo

elettromagnetico che riscaldava il trasfor-

matore. La ragione per la quale un

componente con lamelle utilizzato per

realizzare un trasformatore non si riscalda

tramite

induzione

elettromagnetica,

dipende da un fenomeno noto come

“profondità di penetrazione” o “profondità

di riferimento”, che indica la profondità

alla quale circa l’80% della corrente fluisce

in un pezzo di lavoro.

Questa profondità è proporzionale alla

resistenza elettrica del materiale che si

riscalda e alla frequenza di uscita operativa

(misurata in Hertz) della sorgente della

potenzainduttivaogeneratoreadinduzione

che produce il campo magnetico.

A frequenze elevate, la profondità di

penetrazione o di riferimento è limitata

rispetto alle basse frequenze. É questa

una ragione fondamentale per cui il

riscaldamento ad induzione è ampia-

mente utilizzato nei trattamenti termici

selettivi dell’acciaio ove le profondità di

cementazione del trattamento termico

possono essere controllate con precisione

selezionando accuratamente la frequenza

di uscita del sistema d’induzione.

Un altro fattore essenziale che influenza il

riscaldamento di un oggettometallico in un

campo elettromagnetico è rappresentato

dalla densità della potenza misurata in

chilowatt: maggiore è la densità di potenza

per una data frequenza, tanto più vicino

alla superficie avviene il riscaldamento.

D’altro canto, minore è la densità di

potenza, e più è profondo il riscald-

amento. Ne consegue che l’utilizzo del

riscaldamento ad induzione per qualsiasi

processo specifico è strettamente legato

alla selezione della corretta frequenza

di uscita della sorgente della potenza

induttiva e alla corretta densità di potenza

per una data applicazione.

Calcolo della frequenza

Alle frequenze utilizzate per il riscalda-

mento ad induzione, la corrente tende a

fluire sulla superficie del conduttore ad

una profondità che dipende dalla