Bilgisayar Modellemesi ile Üst Düzey İndüksiyonlu Isıtma Tasarımı
Sayısal bilgisayar modellemesi, indüksiyonlu ısıtma sistemlerinin başarılı bir şekilde tasarlanmasında önemli bir faktördür. İndüksiyonlu ısıtma, elektromanyetizma, ısı transferi ve birçok faktörü içeren metalurjik olayların karmaşık bir birleşimidir. Isı transferi ve elektromanyetizma doğrusal olmayan ve birbiriyle yakından ilişkili süreçlerdir; zira ısıtılan metallerin fiziksel özellikleri hem sıcaklığa hem de manyetik alan yoğunluğuna büyük ölçüde bağlıdır. Metalurjik olaylar da sıcaklık, ısıtma yoğunluğu, soğutma şiddeti, kimyasal bileşim, önceki mikroyapı ve diğer faktörlerin doğrusal olmayan bir fonksiyonudur. Bilgisayar modellemesi, birbiriyle ilişkili ve doğrusal olmayan farklı faktörlerin iş parçasının geçiş ve nihai termal koşullarını nasıl etkileyebileceğini ve sürecin etkinliğini artırmak ve istenen sıcaklık profillerini garanti altına almak için indüksiyonla ısıtma sisteminin tasarımında nelerin gerçekleştirilmesi gerektiğini öngörme olanağı sağlar; bu da teknik açıdan öncü fikirlerin optimize edilmesine yardımcı olur.
Piston yarımlarının Spinduction™ Kaynağı’nın bilgisayar modellemesi örneğini ele alalım. Bu kaynak işlemi, sürtünme kaynağını ve indüksiyonlu basınç kaynağını birleştirir [1]. İşlemin bir avantajı, çok düşük dönme hızlarında – sürtünme kaynağı için minimum dövme hızının oldukça altında – tutarlı bir şekilde kusursuz kaynaklar üretmesidir; bu işlemde flaş çıkıntısı minimum düzeyde veya hiç yoktur.
İndüksiyonlu ön ısıtma, kaynak enerji girdisinin %95’inden fazlasını sağladığı için bu teknolojinin kritik bir parçasıdır. İndüksiyon, gerekli ısı girdisini hızlı ve verimli bir şekilde sağlar. Gerekli sıcaklık homojenliğini sağlayabilme yeteneği, işlemin başarılı bir şekilde gerçekleşmesi için zorunludur. Parça ısıtıldıktan hemen sonra, indüktör saniyenin kesirinde geri çekilir ve iki piston yarısı hızla birbirine bastırılır.
Yukarıdaki şekilde, 30 kHz frekansında pistonun üst ve alt yarılarının indüksiyonla ön ısıtılması sırasında oluşan sonlu elemanlar ağı (sağda) ve sıcaklık profillerindeki değişim (solda) gösterilmektedir. Toplam ısıtma süresi 6 saniyedir. Yeni bir indüktör tasarımı sayesinde geri çekilme süresi 1 saniyenin altına indirilebilmiştir.
Aşağıdaki şekil, modellenmiş indüksiyonlu ön ısıtma sisteminin sağ yarısındaki sıcaklık değişiminin büyütülmüş bir görüntüsünü göstermektedir.
Kaynakça
1. V. Rudnev, D. Loveless, C. Ribeiro, J. Boomis, “Bilgisayar modellemesi ile üstün bir indüksiyonla ısıtma tasarımının ortaya çıkarılması”, Industrial Heating, Ağustos 2009, s. 43-47.
2. V. Rudnev ve diğerleri, Handbook of Induction Heating, Marcel Dekker, NY, 2003, 800 s.
3. V. Rudnev, Sıcak İşleme ve Kaplamadan Önce İndüksiyon Isıtmasının Simülasyonu, ASM El Kitabı, Cilt 22B: Metal İşlem Simülasyonu, editörler D.U. Furrer ve S.L. Semiatin, ASM International, 2010, s. 475-500.