유도 가열의 원리

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  • 유도 가열의 원리
  • 유도가열은 일반적으로 유도 코일로써 알려진 고주파 전류 운반 컨덕터로부터 변환되는 전기 적 에너지에 의해 금속적인부분의 온도를 올리는 방법이다. 이 코일은 전류가 금속의 표면 주위 흐름을 일으키는 방법과 같이 자기장흐름 영역이 금속부분의 에너지를 일으킨다. 이 흐름을 위한 열의 저항 또는 유도 전류 이동의 방해는 순간가열을 일으키는 원인이 된다.
    고주파 유도 가열은 수년을 거슬러 올라간다. 전력의 이러한 원천 중에서 가장 최고로꼽는 것이 금속의 녹임이다. 그런데 고주파 전류를 발생시키는데 요구되는 발전기가 오랫동안 상업적으로 유용하지않았기 때문에 다른 목적을 위한 사용은 지연되어 왔다. 지난 몇 년 동안에 이러한 장애를 극복하고, 금속분야의유도 가열은 급속히 발전해 왔다. 유도 가열 응용의 폭넓은 분야를 포함하는 오늘날의 발전기의 다양한 형태와크기로써 유용할 수 있게 되었다. 어떤 다른 산업의 발전과 같이 유도 가열은 결점뿐만아니라 그것의 응용분야도 가지고 있다. 그것은 최초에 어떤 제한된 가열부분에 또는 금속 표면의 띠 모양의경화에 사용되었던 것이다. 그리고 가열의 다른 특별한 형태를 위한 기본적인 대안으로 고려되지 않았고 차라리이러한 진행 형태에 그것 자체로 빌려주는 부분에 응용하는 가열의 선택적인 수단으로 사용되었다. 제한된 요인의전체적인 지식은 유도가열기를 사용하는 어떤 누구의 심사숙고한 분석이 있어야 한다. 만약그림1과 같이 보이는 기계적인 축이 모든 부분의 경화를 요구한다면, 유도 가열영역이 논리적으로 나누어지지않는다. 그리고 모든 부분의 경화를 위한 특성들은 열처리의 어느 다른 방법으로는 유용하지 않을 뿐만 아니라두세 군데의 실제적인 경화가 요구된다면 고주파 유도 가열은 열처리의 실제적인 방법이 될 것이다. 화살표로지시된 표면은 선택적으로 경화할 수 있고, 가열은 작은 부분의 표면에 제한된다. 그 부분은 휘어지거나 변화를받지 않게 된다. 고주파 유도 가열은 많은 경제적 이득을 얻게한다.


  • (그림1) 전체의 경화를 요구하는 제품에서는 고주파 유도 열처리가 적합하지 않다. 화살표로 지시한것과 같이 국부적인 부분에서의 유도 가열은 매우 실용적이다.

  • 유도코일영역. 산업적인 제동에 적용한 유도 가열은 솔더링, 브레이징, 단조, 열처리, 열 변환 등의 다른 형태의 많은 실제적인 응용은 금속 제조 공장의 생산 품질향상과 신제조 기술의 새로운 경제적 이득을 모색하는데 간과될 수가 없다. 이미 이러한 기술은 지금까지작업장에서 불가능했던 부분에서 발전해 왔고, 예전에 힘들거나 부적당한 것으로 판명된 곳에서 쉽게 수행되고있다. 많은 잇점들은 유도 가열을 다양하게 응용시킨 폭넓은 경험에 의한 결과이다. 뚜렷한잇점들은 첫째, 과거에 전체적 구성 요소와 비교해서 단지 부분적인 표면 가열을 하는 경우 비교적 낮은 가열비용이다.
    둘째, 보통의 출력 증가에 따라 예외적으로 급속한 비율로 가열 응용
    셋째, 손상의 감소와 제거를 통한 주어진 가열제품에 대하여 단일함
    이러한 세 가지 경제성과 관련하여 간접적 잇점들이 있다. 가열 제품의 변형이 감소되고종종 불필요한 스케일이 형성되지 않고 표면이 경화되는데 이것은 클리닝 작업을 없애게 했다. ; 탄소처리를제거하는 수단과 같이 더 높은 탄소 철강의 대치 ; 더 비싼 합금대신 평활한 탄소 철강의 사용; 브레이징으로더 나은 결속과 강한 연결과 연결 응용; 높은 온도와 공기 조절을 요구하는 대신에 더 낮은 브레이징 합금이사용되고 있다.


  • (그림2) 유도가열은 코일에서 제품으로 고주파 전류의 전송에 의한 결과이다. 유도된전류를 통과하는 제품 저항은 순간 가열을 일으킨다.

  • 기본원리들. 유도 가열은 물체안에서 가열의 전기적인 발생에 의해 금속 제품의 온도가 증가하는 진행 과정이기 때문에, 가열 제품이 전기적폐회로가 되는 부분의 방법은 아니다.
    주어진 제품에 가열이 발생하기 위해서는 전류 운반 컨덕터가요구된다. 보통은 그림2에서와 같이 가열된 표면을 둘러싸는 모양으로 만들어진다. 고주파 전류가 단말에 들어오고, 코일 주위를 통과하여 화살표로 지시된 것처럼 외부 터미널로 나간다. 이 전류는 자기장을 일으키고, 반대방향으로제품의 표면 주위를 흐른다. 자기장은 가열 코일의 주위에서 일어나고, 그들의 힘은 제품 표면으로부터 떨어진거리 면적에 따라 역으로 매우 다양하다. 코일에서 물체로 전기적 에너지 변환이 일어나는 것은 무엇인가? 그것은 열로 변환된다. 최대 가열을 위해서 가열 코일은 제품에 가장 근접해야 하고, 급속 가열을 원할 때평균 접속 거리는 3/32에서 3/16인치이다. 느린 가열을 위해서는 비례적으로 증가시킨다.
    유도 전류에 의한 금속 제품의 가열에 있어서 다음과 같은 사항들이 고려된다.
    (1) 발생기 출력
    (2) 공급 전력 주파수
    (3) 가열 코일 형태 디자인과 제품 표면과의 관계
    (4) 가열되는 금속의 저항
    우선, 거기에는 표면 가열을 위한 충분한 전력이 있어야 하거나 취급되는 제품의 크기가있어야한다. 출력 20KW 발생기는 폭넓은 분야를 포함하지만 거기에는 다루어지는 제품의 크기 제한이 있다. 예를 들어, 표면 2-3 인치인 직경 12-14인치 기어 블랭크는 그 정도에서는 비실용적이다. 왜냐하면, 대류와 방사를 통한 열 손실은 유도 물질의 열 발생 에너지를 상쇄시킨다. 이렇게 하여 외부는 어느 정도온도에 도달하지만, 더 이상 올라가지 않는다. 그런 제품은 출력이 50KW에서 100KW정도의 발진기가요구된다.
    다시 말해서, 유도가열에 있어서 상대적으로 빠른비율이며 표면 가열에 유리하고 전도나 방사에 의한 초과 가열 손실을 줄이는데 충분한 전력을 가진 발생기를사용한다. 반면 일반적인 가열 응용장치에 대한 요구 전력을 결정하는데 적용되는 어떠한 신호 규칙도 없다. 왜냐하면 모양에 따른 폭넓은 방사 때문에 그리고, 종종 어떤 코일의 제한 때문에 일반적 안내지침은 가열되는표면의 각 평방인치미터의 출력에 대해서 2KW를 제공하는 것이다. 이 비율은 크기에 따라 다양할 것이고, 제품 모양에 따라 가열되지만 너무 멀리 떨어진 곳의 가열을 하는데는 단지 참고만 하면 된다.
    주어진 제품을 가열시키는데 요구되는 에너지는 다음과 같이 표현된다.
    W × S × T = B.t.u/min
    여기서 W = 제품무게
    S = 제품 가열계수
    T = 제품 온도 상승 요구치
    이 공식은 정상적 가열 손실을 적용하지 않았다. 이것은 25%이상 50%까지 적용할수 있다. 그러나 적정 발생기 출력의 대략적인 요구 전력에 비례해서 장비가 알맞은지 신속히 결정하는데 가능한방법이다.
    전력 계산에 더욱 자세한 데이터는 다른 장에서 설명하고 있다. 물질의 특이 가열 계수는섭씨1℃ 의 1lb 상승에 요구되는 B.t.u 계수이다. 물을 표준으로 삼고 있고, 1.0 특이 가열계수를가진다. 그래서 물 섭씨 1℃의 1 lb 상승에 1B.t.u이 다.

  • 주파수 관계. 가장 중요한 것은 전원의 주파수이다. 이유는 가열 통과 깊이에 직접적인영향을 가지고 있다. 어떤 범위까지는 주파수가 높아지면 높아질수록 더욱 뚜렷한 표면 가열 효과를 나타낸다. 초당 2000cycle 주파수는 1/8in 깊이 표면을 가열한다. 반면, 200,000 c.p.s. 는 0.020inch 정도의 더욱 얇은 표면이 가열된다. 제품의 가열 속도와 가열 층의 깊이는 출력전력과 발생기 주파수에 의해 결정된다.


  • (그림3) 금속 제품의 유도 가열은 다양한 주파수에 의해 수행되고 거의 모든 가열 작업은 10,000~500,000c.p.s.에서 수행된다.

  • 유용한 적정 출력에서 적용될수 있는 가열 속도는 실제적으로 폭넓은 주파수 범위에서 동일하게 만들어질 수 있다. 어쨌든 보통은 제품의평균 범위에 가장 적당한 주파수가 있다. 마찬가지로 가장 유리한 범위로서 공급되는 발생기이다. 따라서, 문제는 특별한 작업을 위한 발생기의 매칭보다는 가능한 폭넓은 범위로서 사용 가능한 장비 그 자체의 문제이다.
    제품가열에 있어 통과 깊이는 보통 주파수 2000∼10000 c.p.s. 정도에서적용된다. 단지 표면가열 이 필요한 곳에서는 200,000∼500,000 c.p.s. 정도가 요구된다. 달리 말해서 200Kcycles이다. 이와 같이, 유도 가열은 제품의 거의 모든 범위에 적용할 수가 있다. 극히 얇은 가열 층을 위해서는 1Mcycle에서 그 이상 사용할 수가 있다. 1Kcycle은 1000Kcycle이고, 1Mcycle은 100,000cycle이다.
    고주파 가열기에 사용되는 주파수 차트가 그림3에서설명되고 있다. 저주파 발생기는 모터 발생기에 의해 발생되고, 고주파 가열에서는 두 가지의 뚜렷한 차이를보인다. 금속분야의 유도 가열과 비금속 분야의 유전 가열이다. 그리고, 그것은 차트의 윗부분에 보인 것처럼 50Mcycle이상에서는 나무, 플라스틱, 고무, 세라믹과 같은 비금속 물질을 위한 것이다.
    유도가열에 있어서, 가열 코일 또는 유도질은 가열되는 표면 주위에 따라 왼쪽의 그림4에설명되어 있는 것처럼 만들어진다. 반면 유전 가열 전하는 오른쪽에 보인 것처럼 내부 가열을 만들기 위해고주파 전류가 통과하는 두 전극 사이에 놓이게 된다. 이러한 두 개에 가열 형태는 디자인과 원리에서 다소비슷하게 만들어지지만, 유도가열기는 단자 금속에 맞고, 전극을 통과하는 더 큰 고주파와 전압을 요구하는유전체 가열은 되지 않는다. 마찬가지로, 유전체 발생기는 전압 절연 파괴가 일어날 수 있기 때문에 금속적인제품에 사용할 수 없다. 유전체 가열에 간략한 원리는 다른 장에서 설명하고 있다.
    저항은 주어진 전류의 양과 관련하여 전기적 에너지를열로 변환하는 비율을 결정하는 전기 회로의 특성이다. 그 문제는 변환비가 전류 면적에 비례적일 때 적용될수 있다. 이것은 전류 면적에 분할되는 전력 변환과 동등한 경우이다.
    고주파 발생기의 출력 비율은 화씨온도의 비열을 증가시키고 주어진 양에 대한 가열을결정하는 공식에 기초한다.

    KW= 2.93 × wt.of mass × sp.heat × temp.rise × 10-10

    전기적메타와 측정장치는 KW 메타가 지시하는 것처럼 발생기 전력과 출력을 결정하는데 이용할 수 있다. 이러한것이 유용하지 않은 곳에서 단지 참조만을 위한 시험을 원한다면 가열 탱크는


  • (그림4) 유도 가열과 유전 가열의 비교. 유도 가열은 금속 제품에 한정되고, 유전 가열은 비금속 제품의 대부분에사용된다.

  • 그림5에설명된 것과 같이 사용될 수 있다.물은 탱크를 통해 흐르고 제품을 둘러싼 코일A에서 가열되어 진다. 온도측정계는 입력과 출력이 연결된 곳에 위치하고 있다. 그리고 주어진 양의 물의 온도차는 B.t.u에 따라계산된다. 또는
    8.33× gal/min × temp.rise = B.t.u/min
    유리관과 누수를 측정하는 선형 측정기와 눈금 유동 측정기는 물의 흐름을 측정하는데 사용된다. 가열에 사용되는 가열탱크의 크기와 코일의 형태는 발생기의 특성에 따라 다소 다양해질 수 있다. 그러나, 결과적인 계산치는 정확한 실제적 발생 출력 비율을 준다.

    가열변환. 유도가열은 세워진 전기적 공식과 변환 원리에 따른 더 큰 확장에 기초한다. 전기적 에너지를 발생하는 것에 관련하여금속체의 가열 흐름을 고려할 수 있다. 가열을 요구하는 물체에 유도된 전류량에 있어서 흡수 비율은 그것을흡수하는 제품의 성질에 의해 결정된다. 자기적 물질은 비철금속보다는 더욱 더 빨리 가열된다.
    가열코일, 전류운반, 컨덕터, 제조품 서로간의 관계는 공급 전력에 비례하여 가열 변환량을 결정한다.
    가열코일은 이론적으로 일차적이 되며, 제조품은 2차적이 된다. 그리고, 변환기로서는제품이 가열코일에 더 가까이 할수록 자기장의 변화는 더 강하게 된다. 이것은 중앙부분 가열을 요구하는 철막대또는 봉주위에 여러 번 감긴 코일을 나타낸 그림6에서 도식적으로 설명했다.


  • (그림5) 유도 가열 장치의 용량은 코일 주위의 가열 탱크를 통과하는 주어진 양의 물의 온도증가 시험에 의해 측정된다.

  • 금속 제품의고주파 가열은 제품의 바깥쪽 표면으로, 자기장을 발생시키는 결과인데 중앙 쪽으로의 밀도는 감소한다. 그것은예정적인 경우에 얻을 수 있는 표면 경화와 같은 작업에 가열의 깊이를 위한 적절한 시간조절이 가능하다. 그림7은 300∼400kc사이의 주파수를 가진 발생기로 직경 1-inch 철봉을 가열시키는데 따른 자기장의성분을 나타내는 표이다. 열 발생이 가장 큰 부분은 표면이고, 실제적으로 어떠한 열도 획득될 수 없는 중앙으로갈수록 급격히 감소한다.


  • (그림6) 유도 가열은 옴의 법칙, 트랜스 원리, 금소그이 열 흐름 방식에 기초를 두고 있다.이론적으로가열 코일이 1차가 되고, 가열되는 제품이 2차가 된다.

  • 1/8in 정도에서표면보다 낮은 자기장의 25%만이 나타난다. 반면 대략 1/32in 정도의 표면 깊이는 전체 가열의 80%정도집중된다.
    이러한 곡선은 주파수에 따라 다소 다양하다. 9600 c.p.s의 저주파를 사용할때 가열 깊이는 거의 1/8in이상 될 것이고, 고주파에서는 통과 높이가 대략 0.010in 정도 된다. 이러한 사항은 단지 주파수에 관계된 효과를 보여 준다. 충분한 전력을 이용한다면 물론 가열시간의 증가에의해 가열 깊이가 증가될 수 있다.


  • (그림7) 금속 제품이 고주파 전류에 의해 가열될 때, 거의 모든 열이 표면에 위치한다.주파수가 높을수록 더욱더 표면가열 효과를 나타낸다.

  • 작은 철막대, 철선이 고주파에 의해 가열될 때, 직경과 최소의 최적 주파수의 관계는 더욱더 중요하다. 1400∼1500。F 단조가 요구될 때 다른 직경의 철선, 막대 봉에 있어서 최소, 최적의 주파수를 나타낸 그림8의 도표에서보인 것과 같이 직경이 작을수록 최소 주파수는 높아진다. 어쨌든, 그것보다 더 높은 주파수의 사용은 특히더 큰 크기에서 표면 가열을 요구할 때 실용적이 된다. 이론적인 계산치로 1/8in 직경 철선은 500,000c.p.s로 표면 가열할 수 있는데 허용치는 보통 표면 밑으로의 전도에 의해 급속한 열 흐름을 간과할 수있다. 보통은 거의 순간적으로 통과하는 작은 직경의 가열과 작은 크기의 표면 가열에서는 비실용적이다.
    그런 제품에 대한 주파수를 얻는 공식은
    F= 1.22×저항( -cm )/(반지름)2×107작은 직경의 비철선과 막대에서는 더 큰 주파수가 요구된다.
    모든 가열 코일에서 전류의 흐름과 수직으로 자기 방향은 변화되고 반대로 코일 안에서전류의 흐름에 따라 결정되는 방향으로 흐른다. 1대1 코일과 다수코일로 나타낸 그림9에 설명한 코일 주위에자기장은 급격한 온도 상승을 일으키는 코일 안에 있는 물질 내부의 에너지 손실이 일어난다.

  • 유도가열 코일. 유도 가열을 목적으로 하는전류 운반 전도체는 반드시 동으로 만들어진다. 동의 전도성은 매우 높은데, 적어도 90% 또는 그 이상이다. 좋은 전도체는 전위차가 있어도 전류의 연속적인 통로를 허용할 수 있어야 한다.
    주어진 전위차에서 전류 밀도가 크면 클수록 더욱 더 효과적인 전도체가 된다. 동의전도성은 20℃에서 제련된 동의 국제적 기준 저항에 의해 계산된다. 20℃에서 표준 저항이 된다. 저항또는 저항 크기 양쪽 모두 사용될 수 있다.
    보통 표준의 동관, 동판 등이 유도작용을 위한 좋은 가열 코일로서 만들어진다. 특별한주조형 모양의 코일을 만들 때 물질의 성질들은 주의 깊게 검사되어야 한다. 왜냐하면 합금을 포함한 동은그것의 전도성이 낮아질 것이고 코일의 가열 효과가 떨어질 수 있다. 그림10에 보여진 다양한 물질의 비교적인전도성에 대한 비열표를 보자. 열 생성 손실은 힘의 자기 방향에 연관된 물질 안에서 온도 상승을 일으키는내부 에너지 손실이 된다.


  • (그림8) 이 챠트는 작은 철봉과 철선 직경 사이의 이론적인 관계를 보여주고최소 가능 주파수는 희망하는 경화온도가 되었을 때 고려되어야 한다.

  • 자기적인물질은 이러한 것에 의해 그림11의 표에 보인 바와 같이 히스테리시스 손실과 와전류 손실로 분류할 수 있다. 원자구조 개념에 의하면, 히스테리시스 손실은 주어진 물체 안에서 인접한 분자 구조간의 마찰에 의해 생기는데, 이러한 분자 구조에서 자기장 주파수에 의한 그 구조들이 외부로 탈출을 시도하는 진동 현상이 일어날 때 생긴다. 이러한 손실들은 자기적 물질들의 특유 성질이다. 그리고 그것이 가능한 이유는 이러한 물질과 관련되어 자기장의변화와 같이 자기적 물질의 분자구조가 동일 주파수에서 그들 자신의 매우 작은 자석 진동 안에 있기 때문일것이다. 이처럼 어떤 가열 에너지가 발생하고 이 열은 히스테리시스 손실에 관한 것인데 직접적으로 진동과자기 장력을 일으키는 자기장의 주파수에 비례적이다.


  • (그림9) 가열 코일에 에너지가 생길 때 보이는 것과 같이 코일 주위에 자기장이 형성되고, 그림은 단일 또는 다회전코일이다. 자속은 코일 바깥쪽 보다 안쪽이 더 크다.

  • 와전류손실은 물질 안에서 회전하는 작은 전류로 발생되는 저항 손실이다. 이러한 전류들은 물질의 다양한 점에서전위차에 의한 힘에 의해 흐름을 일으킨다.

  • 금속 비열 비례 컨덕턴스 퍼펙트 특성저항
    알루미늄 0.210 63 2.80
    황 동 0.090 27 7.00
    0.091 100 1.72
    0.108 17 10.00
    0.031 8 22.00
    니켈 0.118 22 7.10
    플래티움 0.031 17 10.20
    0.063 106 1.62
    0.148 14 10~15
    주석 0.057 15 11.90
    텅스텐 0.032 32 5.70

  • (그림10) 고주파 가열을 위한 유도체는 고전도성을 가진 동으로 만들어져야 한다. 금속이 가열될 수 있는 비율은비열에 따라 다르다.

  • 이 전위차는 제품의 자기장의 단면을 변화시키는 원인이 된다. 이 손실은전류 흐름 면적에 비례하고, 또한 직접적으로 물질의 전기 저항에 비례한다. 그러므로 그것은 주파수와 장력, 면적에 비례적이라고 말할 수 있다. 왜냐하면 전위차와 합성전류의 관계는 다양하기 때문이다. 비자기 물질에서, 와전류 손실은 단지 순간 손실이다. 그러므로 어떤 유도가열은 단지 전원만을 통하여 일어날 수 있다.


  • (그림11) 자성체 가열에 있어서 열발생 손실은 두 개의 계층으로 나누어지는데 히스테리시스 손실과 와전류 손실이다. 비자성체는 와전류 손실만이 존재한다.

  • 고주파전류에 의한 표면가열 철 제품에 있어서 대략 섭씨1450℃에서 자기적인 성질이 더 이상 존재하지 않는데그 임계치까지 올라가 물질의 투자성이 온도를 증가시킨다. 그 점에서 투자성은 일정하게 되고 제품 표면에흡수된 전력은 감소하게 된다.
    유도 가열된 탄소 철강의 에너지 변환에 대한 그래프가 그림12에 보여지고 있다. 이러한곡선은 15-kw발진기를 사용했을 때 1∼5lb부하의 차이를 나타낸다. 가열을 요구하는 에너지의 이러한부하들은 다소 온도 범위 전체를 통하여 비례적이다. 1450℃에서 곡선의 다양함은 가열 기능으로써 히스테리시스손실 종단점의 임계온도를 나타내고 그 점에서 가열비율은 더 느리다.


  • (그림12) 철제품이 유도적으로 가열될 때, 온도 상승은 임계점까지 일정하고 가열 온도 비율은 다소 감소한다.

  • 유도코일에 의한 표면 가열 효과가그림13에 설명되어 있다. 어두운 부분은 가장 자기 밀도가 높고, 따라서 가장 가열이 잘 되는 표면 층이다. 전류가 계속 흐른다면, 가열은 다음 이론적인 표면 밑층으로 가열된다. 왜냐하면 전류 밀도는 안쪽을 따라이동하고, 따라서 가열 층의 두께도 증가한다.


  • (그림13) 이론적으로 고주파 가열은 제품의 표면층에서 발생한다. 가열주기 지속이 길어질수록 가열 침투 깊이가 커진다.

  • 어쨌든 바깥 표면 온도는 안쪽에 비례해서 증가하지는 않는다. 표면이 먼저 가열되었다 하더라도에 과열이 일어나지않도록 알맞은 온도에서 중단하기 위한 목적이다. 유사한 제품에 불꽃 가열을 할 때, 온도 상승은 가열시간동안 더욱 일정하고, 거기에는 표면이 과열되는 경향이 있다. 이러한 비교는 단지 유도 가열의 잇점을 강조한것인데, (전력 흡수는 임계점 위에서 감소하고, 보통은 과열이 제거되고, 가열 조절이 존재하지 않는 다른방법들과 표면 과열이 더 많이 일어나는 것에 비교한 것이다.) 그 다음, 또 다른 것은 고주파 가열에 있어, 가열 전류 발생은 과열이 쉽게 통제될 수 있도록 임의대로 멈출 수 있다.
    부분적인 표면 가열이 고주파 유도 전류에 의해 급속히 가열될 수 있는 만큼 생산의새로운 방법과 생산 디자인의 기본적인 변화가 그림14에 보이는 대표적 예들처럼 열처리가 가능하게 있다.


  • (그림14) 고주파 유도 경화의 몇 가지 잇점을 대표적인 철제품 그룹으로 묘사하고 있다. 단지 부분적인 표면만을처리할 수 있어서 스케일과 외형이 감소되고 제거된다.

  • 이런 모든 방법들은 열처리로가져오는 변형 제거의 정상적 처리로부터의 수정된 점을 포함하고 있다. 그림A에서는 세 부분 표면이 다른정도로 단조를 요구하는 것이다. 보통은 그런 제품을 생산하기 어려울 것인데, 고주파에 의해 상대적으로 쉽게극복될 수 있다. 각 표면이 각각의 회전과 같이 분리되어 가열된다. 편심기와 그림은 최대의 단조를 요구한다. 왜냐하면 그것은 플런저로 작동되고, 따라서, 62 Rockwell C로 단조된다. 기어톱니는 효율에 비해서그 정도 단조는 필요치 않고, 56∼58 Rockwell C 정도면 된다. 클러치 톱니는 반면, 밀착되어있어서 50∼52 Rockwell C 정도 단조된다.
    경화에 있어서 다양함을 요구하는 많은 다른 기계 제품들은 유도 방법으로 쉽게 생산될수 있다. 돌출기어가 전체적으로 기계가 되어 있는 긴 샤프트(shaft)를 그림B에서 볼 수 있는데, 톱니부분만이 경화되어 있다. 다시 말해서 다음에는 정상적 처리는 가열하는데 전체 제품에 영향을 받을 수 있다. 그것은 어떤 변형을 가져오고 일직선의 작동을 필요로 하고, 크기의 형성와 청결을 요구한다. 유도가열에 있어서어째든, 제조비용에 있어서 얼마정도의 절약성을 가지고 기어톱니 이외의 나머지 부분의 유연성에 영향없이 톱니부분만의 경화를 요구한다. C에서 샤프트(shaft)가 열처리되어 있고 보여진 것과 같이 기계가 되어 있지만지시된 것처럼 두 개의 경화된 베어링을 요구하고 짧은 판의 각 부분 중 한쪽은 핀 베어링이 작동한다. 여기서다시 보통의 처리 과정은 샤프트 전체의 끝부분이 가열될 것이다. 그리고 물에 식혀야 한다. 대부분이 변형되고일직선으로 작동이 어려운 결과를 가져온다.
    유도 가열 방법에 의하면 샤프트의 인접한 부분이 야금술적으로 영향을 주는 것 없이목 부분만이 독립적으로 경화될 수 있다. 계속해서 기어들은 그림D에 보여진 예와 같이 톱니 최대 직경에위치하는 방법으로 경화되고, 슬리브, 부싱, 홀의 마찰면 등에 끼워지게 된다.
    이것은 중심이 일치하게 하지만, 거기에는 불일치하는 기회도 있을 수 있다. 이것은 집중성이 보장된다. 그러나거기에는 불일치 되는 경우도 있을 수 있다. 고주파 가열로서 톱니가 잘리기 전에 기어 블랭크로 부싱을 누르는것이 가능하다. 그 다음 집중성이 보장되도록 부싱으로부터 톱니를 자른다. 마지막 과정은 톱니의 유도 경화이다. 이러한 형태의 기어는 보통 크기의 형태도 없이 실제적으로 어떤 변형도 없이 수행된다.

  • 코일의형태. 고주파 유도 가열을위한 가열 코일은 작업의 성질에 따라 다양한 크기와 형태로 만들어 질 수 있다. 코일의 디자인을 다양화시키는데에는 발진기의 형태에 따라 제한될 것이다. 그림15에 일반적으로 많이 사용되는 형태들이 나열되어 있다. 가장 흔한 형태가 A형인데 감겨져 있거나 그림B에서보인 것처럼 제품의 모양에 따라 외형 대칭적인 것에 따라 동관이 어떤 형태로 제작된다. 그림C와 같은 고정형태의 유도 코일들은 폭넓게 사용되고 실제적으로 제한된 부분의 가열을 요구하는 가열 제품에 적합하다. 그림D는 연속된 디자인인데 한번에 몇 개의 제품을 가열시키는 것이 가능하다. 그림E는 보인 것처럼 평평한조각으로 만들어지는데 가열 작업이 다양하게 사용된다.


  • (그림15) 고주파 유도 가열 코일은 매우 다양한 스타일과 모양으로 만들어질 수 있다. 가장 일반적인 것이동관으로 만들어진 다회전 코일과 편평한 바, 스트립, 관으로 만들어진 일회전 코일이다.

  • 코일이사용되는 어떤 것에도 냉각이 필요하다. 다수로 감긴 코일은 모일 그 자체로 냉각수가 흐르고 반면 단일 회전코일은 물의 통로를 제공하는 적합한 내부 통로가 있거나 외부에 덧붙여진 냉각관이 있다.
    대칭적인 가열 코일은 불규칙적인 표면을 가진 제품에 사용될 수 있다. 덧붙여 물론그것은 외부 표면 또는 외형이 불규칙한 것은 아니며 모양은 뚜렷한 형태이다.


  • (그림16) 직경의 1/10을 초과하지 않는 외혀의 편차를 가진 불규칙 표면은 원통형 코일로 가열딜 수 있다. 매우불규칙적인 표면에 있어서는 가열 코일은 가열되는 표면의 윤곽을 따라 일치되어야 한다.

  • 고주파 전류는 코일 안에 있는 제품의 바깥표면을 따라가는 경향이 있기 때문에 그림16의 왼쪽에 있는 원형 코일 안에 불규칙 표면을 가진 제품은 코일연결부의 진동의 결과로 그것의 외형이 불규칙하더라도 제품 외면 주위를 매우 단일하게 가열할 것이다.
    만약 어떤 제품 외형이 오른쪽 그림과 같이 매우 뚜렷하다면, 가열 코일은 묘사된 것처럼 제품의 대략적 형태를가진 가열 코일을 권장하고 싶다.
    이 원리는 육각형 너트를 가열하는 대표적인 것으로 그림17에서 보이고 있다. 오른쪽에보이는 작은 너트에서는 표면 진동이 뚜렷하지 않고 대칭적인 코일이 유리하게 사용될 수도 있다.


  • (그림17) 크고 작은 육각형 너트를 위한 대표적인 가열 코일. 너트의 모양을 따라 형성된 코일은 일정한 가열을 보장하기 위해 크기가 더 큰 것이 요구된다.

  • 왼쪽에 보다 더 큰너트에서는 연결부에 더 많은 진동이 있을 수 있다. 대칭적인 코일이 사용된다면 플래트에서(같은 층)보다너트의 코너 부위에서 더 큰 가열이 발생하는 경우가 있다. 보여진 것처럼 육각형 가열 코일을 사용한다면, 너트의 바깥 표면 전체 가열 분배가 더 확실한 보장을 할 것이다. 가열 조건에서 제품의 외형관계에 대한 코일의 높이에 따라서도 다양해질 것이다. 넓은 코일 내의 중앙에 있는 제품은 같은 조건에서좁은 코일보다 더욱 단일한 가열이 기대된다. 이것은 좁은 코일은 단일한 연결이 폭넓은 코일이 더욱더 필수적요소가 된다. 제품의 모양 때문에 또는 제품 외형에 맞는 코일 제작이 불가능한 원인에 의해 그런 진동이존재하는 곳에서 한쪽 부분의 가열 조건을 상쇄되는 것에 의해 그 제품은 회전하게 될 것이다.
    가열 금속에 사용되는 고주파 전류에 의해 생기는 자기장은 비전기적인 물질이나 비금속물체를 통과할 것이다. 예를 들어 그림18에 보이는 것과 같이 편편한 유리 판 밑에 가열코일이 놓여진다면, 직접 코일 위에 있는 것처럼 코일에 밀접한 일부분은 유리판이 거기에 없는 것처럼 쉽게 가열될 것이다.


  • (그림18) 금속 제품의 가열에 사용되는 고주파 전류의 형태는 유전 물질을 통과하거나 실질적으로 그림에서 보여지는 것과같이 유리판, 유리관과 같은 비금속 성질 모두를 통과한다.

  • 때때로절연 물질은 코일과 제품 사이에 정확한 공간을 제공하는 잇점으로 사용된다. 그림A에 보인 것처럼 더 얇은가열 제품을 가열할 경우이다. 이 경우 팬케이크 형태의 코일은 유리판 밑에 놓이고 가열될 제품은 제일 위에놓인다. 가열 코일이 에너지가 될 때, 클러치 톱니는 원하는 온도까지 즉시 가열될 것이다. 이때 타이머에의해 작동이 조절된다. 그림B에서 유리관이 가열 코일에 둘러싸여 같은 조건에서 가열을 요구하는 제품이 관안에있는 경우도 가열되는 경우이다.
    비전기적인 것들은 유도 가열 분야에 관계하여 폭넓게 사용되고 있다. 가끔은 코일 그자체가 덮여 있거나 세라믹 또는 포르세린 원료를 함유한 시멘트 그리고 가열제품이 코일에 직접 닿지 않도록하기 위한 절연물이 감싸고 있는 경우가 있다.
    단일 턴 또는 다수 턴 디자인이 될 것인가 하는 가열 코일을 선택하는 기준은 발진기가사용되는 형태에 기초해서 또는, 가열될 제품 성분에 의해 결정된다. 보통은 제품의 모양에 의해 그리고 가열되는부분의 형태에 따라 가장 적당한 형태의 디자인이 될 것이다. 가장 기초적인 고려 사항이 다음과 같이 나열되어있다.
    ○ 단일 턴 코일은 가열 부분이 좁거나 제한적일 때 알맞다.
    ○ 단일 턴 코일은 제품 직경을 초과하지 않는 경우 실용적이다.
    ○ 다수 턴 코일은 가열 부분이 넓은 곳에서 알맞다.
    ○ 코일의 길이가 제품 직경보다 8배가 초과될 때 단일하게 가열되는 것이 어렵다.
    ○ 긴 부분의 가열은 짧은 코일로 점차적인 공급에 의해 가열되어야 한다.
    ○ 다수 턴 코일에 있어서, 일정한 가열을 원하는 부분에서는 가장 적게 감긴 것 사이와의 공간을 유지해야한다.

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