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EuroWire – Maggio 2007
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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