誘導加熱(IH)装置の設計と開発

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誘導加熱の用途別適用事例:焼鈍(アニーリング)

用途別適用事例:焼鈍(アニーリング)

焼鈍(アニーリング)とは、材料を長時間高温加熱し徐々に冷却する熱処理です。
焼鈍による熱処理は、材料の機械的特性を変えるのに支配的である微細構造の変化により特徴付けられます。
このプロセスの最終的な目的は、金属を柔らかくし延性を改善することです。
焼鈍は、特に材料の柔らかさを得るプロセスとして使われます。

焼き戻し(テンパリング)は、やはり金属を柔らかくするプロセスには違いありませんが、出来る限り柔らかくすることではありません。
硬度調整の度合いについては材料、最高到達温度、冷却にかけた時間によります。
プロセスおよび応力緩和の為の焼鈍は冷却の効果を否定するために使われます。
つまり、柔らかくし、歪み硬化した金属の延性を増すことが目的です。
内部の歪みは塑性変性プロセス、つまり機械加工や切削、 溶接や鋳造プロセスでの不均一な冷却、または相変態により引き起こされます。
ゆがみやそりは、内部のストレスが取れない場合に発生します。
焼鈍は、その部分が推奨される温度に加熱され十分長い時間保持され、そしてゆっくりと室温もで冷却された場合に、そのストレスを取り除きます。

高周波誘導加熱(IH)活用による利点

誘導加熱を使った加熱は焼鈍(アニーリング)に広く使われており、信頼性、再現性に優れ、非接触でエネルギー効率の高い加熱を短時間に行います。
先進のソリッドステート技術による誘導加熱電源を活用した高周波誘導加熱装置は、定められた部分に正確に熱を集中し、必要な制御を行います。
そのため、それぞれの材料の冶金学的な性質に左右されること無く、極めて限られた部分にばらつきの無い優れた精度での生産を提供します。

誘導加熱は、表面および内部の加熱の両方に使われ、焼鈍においては、時間、温度、材料の性質次第で可能となります。

オプチカルパイロメータや他の温度センサーを使用した閉ループ制御は、700°Cで3°C以内の許容範囲で定温を保ちます。
誘導加熱は、急速に温度を上げることが出来、また再現性が良く正確な温度サイクルを得られることから、インラインでの生産プロセス適しています。

このアプリケーションに適した高周波電源の出力レンジは、加熱するものの大きさや内容によりますが、1から20kWです。

焼鈍(アニーリング)処理の概要

焼鈍のセットアップ

どの焼鈍(アニーリング)プロセスも、3つの段階で構成されます。
はじめに、金属パーツを誘導コイルの中に置き、パーツの温度が最適な温度になるまでパワーをかけます。
温度はオプチカルパイロメータか、温度センサペイント、または他の温度センサーでチェックします。
次に、クローズドループの温度コントロールシステムによりその温度を保ちます。
その後、十分時間をかけて室温にまで冷却し、焼鈍(アニーリング)は完了します。

必要な材料

焼鈍する金属
温度センサー
金属の温度は、オプチカルパイロメータか、温度センサペイント、または他のセンサーを用いて必ず確認します。
クローズドループ温度コントロールシステム
コントロールシステムは、金属の正確な表面温度を維持するように電源の出力を常にコントロールし、モニターします。
これにより、金属の内部まで均一な温度が得られます。
電源、ヒートステーション、コイル、オプチカルパイロメータで一式のシステムとなります。
熱源
すばやい昇温と精度の高い加熱が可能なAmbrellの電源が最適です。

よくある問題点

最適な焼き戻し(テンパリング)の温度は、材料の性質とどの程度の硬度調整にするかにより決まります。
最適なレベルを確認するために、少量を実験することも必要です。
一度適したパラメータが決まったならば、プロセスを精度良く繰り返すことです。

加熱し冷却している間、金属の外側と内側に温度勾配が存在します。
もし、温度の変化が大き過ぎると、この温度勾配により内部にそりを起こしたり、最悪の場合クラックが入ることがあります。

上手な焼鈍、焼き戻しのこつ

  • とにかく時間が一番重要です。実際の焼鈍時間は、必要は変性が十分に現れるよう十分な時間をかけることです。
  • 表面の酸化やスケールの発生は、比較的低目の温度でやるか、または酸素を含まないアトモスフェリック誘導加熱により防げるか軽減できます。

高周波誘導加熱のアプリケーション

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