Les sociétés du groupe Inductotherm utilisent l'induction électromagnétique pour des applications de fusion, de chauffage et de soudage dans de nombreux secteurs industriels. Mais qu'est-ce que l'induction exactement ? Et en quoi diffère-t-elle des autres méthodes de chauffage ?
Pour l'ingénieur lambda, l'induction est une méthode de chauffage fascinante. Voir un morceau de métal placé dans une bobine devenir rouge vif en quelques secondes peut surprendre ceux qui ne sont pas familiers avec le chauffage par induction. Les équipements de chauffage par induction nécessitent des connaissances en physique, en électromagnétisme, en électronique de puissance et en contrôle des procédés, mais les concepts de base qui sous-tendent ce procédé sont simples à comprendre.
Les bases
Découverte par Michael Faraday, l'induction repose sur une bobine constituée d'un matériau conducteur (par exemple, du cuivre). Lorsque le courant circule dans la bobine, un champ magnétique se crée à l'intérieur et autour de celle-ci. La capacité de ce champ magnétique à produire un travail dépend de la conception de la bobine ainsi que de l'intensité du courant qui la traverse.
La direction du champ magnétique dépend de la direction du courant
flux ; ainsi, un courant alternatif traversant la bobine entraînera une variation de la direction du champ magnétique à la même fréquence que celle du courant alternatif. Un courant alternatif de 60 Hz provoquera 60 changements de direction du champ magnétique par seconde. Un courant alternatif de 400 kHz provoquera 400 000 changements de direction du champ magnétique par seconde.
Lorsqu'un matériau conducteur, une pièce à usiner, est placé dans un champ magnétiquevariable(par exemple, un champ généré par un courant alternatif), une tension est induite dans la pièce à usiner (loi de Faraday). La tension induite entraîne un flux d'électrons : le courant ! Le courant traversant la pièce à traiter circulera dans le sens opposé à celui du courant dans la bobine. Cela signifie que l'on peut contrôler la fréquence du courant dans la pièce à traiter en contrôlant la fréquence du courant dans la bobine.
Lorsqu'un courant traverse un milieu, il se heurte à une certaine résistance au mouvement des électrons. Cette résistance se traduit par un dégagement de chaleur (effet Joule). Les matériaux qui opposent une plus grande résistance au flux d'électrons dégagent davantage de chaleur lorsqu'ils sont traversés par un courant, mais il est tout à fait possible de chauffer des matériaux hautement conducteurs (comme le cuivre, par exemple) à l'aide d'un courant induit. Ce phénomène est essentiel au chauffage par induction.
De quoi a-t-on besoin pour le chauffage par induction ?
Tout cela nous montre que deux éléments fondamentaux sont nécessaires pour que le chauffage par induction se produise : un champ magnétique variable etun matériau conducteur d'électricité placé dans ce champ magnétique.
En quoi le chauffage par induction se distingue-t-il des autres méthodes de chauffage ?
Il existe plusieurs méthodes pour chauffer un objet sans recourir à l'induction. Parmi les pratiques industrielles les plus courantes, on peut citer les fours à gaz, les fours électriques et les bains de sel. Ces méthodes reposent toutes sur le transfert de chaleur vers le produit à partir de la source de chaleur (brûleur, élément chauffant, sel liquide) par convection et rayonnement. Une fois la surface du produit chauffée, la chaleur se propage à l'intérieur de celui-ci par conduction thermique.
Les produits chauffés par induction ne reposent pas sur la convection ni sur le rayonnement pour acheminer la chaleur jusqu'à leur surface. Au contraire, la chaleur est générée à la surface du produit par le passage d'un courant. La chaleur provenant de la surface du produit est ensuite transférée à travers celui-ci par conduction thermique. La profondeur à laquelle la chaleur est générée directement par le courant induit dépend d'un paramètre appelé «profondeur de référence électrique ».
Le profondeur de référence électrique cela dépend en grande partie de la fréquence de
le courant alternatif traversant la pièce à usiner. Un courant de fréquence plus élevée entraînera une profondeur de pénétration moindre profondeur de référence électrique et un courant de fréquence plus basse entraînera une pénétration plus profonde profondeur de référence électrique. Cette profondeur dépend également des propriétés électriques et magnétiques de la pièce à usiner. Voir l'image : profondeur de référence électrique pour les hautes fréquences (à gauche) et les basses fréquences (à droite)
Les sociétés du groupe Inductotherm tirent parti de ces phénomènes physiques et électriques pour proposer des solutions de chauffage sur mesure adaptées à des produits et applications spécifiques. Le contrôle minutieux de la puissance, de la fréquence et de la géométrie des bobines permet aux sociétés du groupe Inductotherm de concevoir des équipements offrant un haut niveau de maîtrise des processus et de fiabilité, quelle que soit l'application.
Fusion par induction
Dans de nombreux procédés, la fusion constitue la première étape de la fabrication d'un produit utile ; la fusion par induction est rapide et efficace. En modifiant la géométrie de la bobine d'induction, les fours de fusion par induction peuvent accueillir des charges dont la taille varie du volume d'une tasse à café à plusieurs centaines de tonnes de métal en fusion. De plus, en ajustant la fréquence et la puissance, les sociétés du groupe Inductotherm peuvent traiter pratiquement tous les métaux et matériaux, notamment, mais sans s'y limiter : le fer, l'acier et 
les alliages d'acier inoxydable, le cuivre et les alliages à base de cuivre, l'aluminium et le silicium. Les équipements à induction sont conçus sur mesure pour chaque application afin de garantir une efficacité optimale.
L'agitation inductive constitue l'un des principaux avantages inhérents à la fusion par induction. Dans un four à induction, la charge métallique est fondue ou chauffée par le courant généré par un champ électromagnétique. Lorsque le métal est en fusion, ce champ provoque également le mouvement du bain. C'est ce qu'on appelle l'agitation inductive. Ce mouvement constant mélange naturellement le bain, ce qui permet d'obtenir un mélange plus homogène et facilite l'alliage. L'intensité de l'agitation est déterminée par la taille du four, la puissance appliquée au métal, la fréquence du champ électromagnétique ainsi que le type et la quantité de métal présents dans le four. L'intensité de l'agitation inductive dans un four donné peut être ajustée pour des applications spécifiques si nécessaire.
Fusion sous vide par induction
Le chauffage par induction s'effectuant à l'aide d'un champ magnétique, la pièce à traiter (ou charge) peut être physiquement isolée de la bobine d'induction par un matériau réfractaire ou tout autre milieu non conducteur. Le champ magnétique traversera ce matériau pour induire une tension dans la charge qu’il renferme. Cela signifie que la charge ou la pièce à traiter peut être chauffée sous vide ou dans une atmosphère soigneusement contrôlée. Cela permet le traitement de métaux réactifs (Ti, Al), d’alliages spéciaux, de silicium, de graphite et d’autres matériaux conducteurs sensibles.
Chauffage par induction
Contrairement à certaines méthodes de combustion, le chauffage par induction peut être contrôlé avec précision, quelle que soit la taille du lot. La variation du courant, de la tension et de la fréquence au niveau d’une bobine d’induction permet d’obtenir un chauffage sur mesure, idéal pour des applications de précision telles que la cémentation, la trempe et le revenu, le recuit et d’autres formes de traitement thermique. Un haut niveau de précision est essentiel pour les applications critiques telles que l’automobile, l’aérospatiale, la fibre optique, la trempe de fils métalliques et le revenu des fils à ressort. Le chauffage par induction est particulièrement adapté aux applications métallurgiques spécialisées impliquant le titane, les métaux précieux et les composites avancés. Le contrôle précis du chauffage offert par l'induction est inégalé. De plus, en utilisant les mêmes principes de chauffage que les applications de chauffage sous vide en creuset, le chauffage par induction peut être réalisé sous atmosphère pour des applications en continu. Par exemple, le recuit brillant de tubes et de tuyaux en acier inoxydable.
Soudage par induction à haute fréquence
Lorsque l'induction est réalisée à l'aide d'un courant à haute fréquence (HF), il est même possible de réaliser des soudures. Dans cette application, la très faible profondeur profondeurs de référence électriques ce qui peut être réalisé à l'aide d'un courant HF. Dans ce cas, une bande métallique est formée en continu, puis passe à travers un ensemble 
de rouleaux conçus avec précision, dont le seul but est de presser les bords de la bande profilée l’un contre l’autre et de réaliser la soudure. Juste avant que la bande profilée n’atteigne l’ensemble de rouleaux, elle passe à travers une bobine d’induction. Dans ce cas, le courant circule le long du « V » géométrique formé par les bords de la bande, plutôt que simplement autour de la périphérie du canal profilé. À mesure que le courant circule le long des bords de la bande, ceux-ci s’échauffent jusqu’à atteindre une température de soudage appropriée (inférieure à la température de fusion du matériau). Lorsque les bords sont pressés l’un contre l’autre, tous les débris, oxydes et autres impuretés sont expulsés, ce qui permet d’obtenir une soudure par forgeage à l’état solide.
L'avenir
À l'heure où les matériaux de haute technologie et les énergies alternatives prennent de l'importance, et face à la nécessité de soutenir les pays en développement, les capacités uniques de l'induction offrent aux ingénieurs et aux concepteurs de demain une méthode de chauffage rapide, efficace et précise.