در سخت کاری القایی با اتصال جریان الکتریکی فرکانس بالا به یک کویل پیچیده شده به دور قطعه کار وگرم شدن قطعه تا دمای آستنیته، و سپس خنک کاری سریع آن با یک مایع خنک کننده، یک لایه سخت ( به عمق دلخواه که با تغییر فرکانس قابل کنترل است) در سطح قطعه ایجاد می شود.
در بسیاری از قطعات مثل شفتها و لوله های بلند، به منظور بهبود دقت وتکرار پذیری مناسب و به حداقل رساندن اعوجاج و تابیدگی، این فرآیند، اتوماسیون شده و با چرخش قطعه بین دو مرغک و پاشش اتوماتیک مایع خنک کننده ( که بلا فاصله پس از گرمایش انجام می شود) همراه می شود. در این متد عملیات حرارتی، اصلی ترین بخش کار، سیستم حرارت دهی بوده و کارشناس عملیات حرارتی می بایست با مکانیزم گرمایش القایی آشنایی کامل داشته باشد.
گرمایش به روش القایی یک متد گرمایش الکتریکی است که در آن با اعمال میدان مغناطیسی متغیر روی قطعات دارای قابلیت القا شوندگی، حرارت لازم برای سخت کاری در داخل قطعه ایجاد می گردد. در این روش، القاء میدان مغناطیسی سبب ایجاد یک ولتاژ در داخل قطعه شده که خود متعاقبا با باعث بروز یک جریان الکتریکی در قطعه می گردد. سپس مقاومت قطعه در برابر عبور جریان الکتریکی سبب گرم شدن آن خواهد شد. میزان حرارت بستگی به مقاومت قطعه در برابر عبور جریان الکتریکی و ولتاژ اعمال شده دارد.
به دلیل اینکه همه فلزات دارای رسانایی الکتریکی هستند، حرارت دهی القایی، به خوبی برای تمامی فلزات قابل اجراست. به گونه ای که این روش برای عملیاتی از قبیل ذوب کردن، جوشکاری، بریزینگ، عملیات حرارتی، تنش زدایی و پیش گرم قبل از فورج قابل استفاده است. در این میان، سخت کاری سطحی فولادها سهم مهمی را به خود اختصاص داده است. گرم کردن القایی در بین روشهای مختلف گرم کردن، بیشترین بازدهی اقتصادی را دارد و همچنین سرعت گرم کردن در این روش بسیار بالا می باشد. دیگر مزیت های استفاده ازاین روش عبارتند از:
بخش های اصلی تجهیزات سخت کاری القایی(Induction hardening ) عبارتند از کویل اینداکشن، منبع تغذیه متناوب(AC) و خود قطعه کار. کویل که بسته به شکل قطعه و ناحیه مورد نظر جهت سختکاری می توانددارای اشکال مختلفی باشد، با اتصال به منبع تغذیه AC و اعمال جریان متناوب، سبب القاء این جریان به داخل قطعه و نهایتا گرم شدن آن می گردد. مقدار القاء صورت پذیرفته، بسته به تعداد دورهای کویل و جریان اعمال شده دارد.
اگر یک رسانای الکتریکی درون یک کویل با جریان متناوب قرار گیرد، براساس قانون فارادی در نتیجه القای مغناطیسی جریان (گردابی) ادی کارنت درون قطعه شکل می گیرد. در این شرایط کویل مانند سیم پیچ اولیه یک ترانسفورماتور و قطعه کار مثل سیم پیچ ثانویه عمل می کنند( در این جا قطعه کار یا سیم پیچ ثانویه یک اتصال کوتاه است و همچنین به دلیل گرمای بالای ایجاد شده درکویل، به جای سیم پیچ از یک لوله مسی دارای آبگرد استفاده شده است ) که در نتیجه منجر به گرم شدن قطعه کار می شود. جهت جریان القاء شده، خلاف جهت جریان کویل است.
جریان القا شده خود نیز میدانی خلاف جهت میدان تشکیل شده توسط کویل ایجاد می کند که در جهت مقابله با میدان القایی بوده و مانع ازنفوذ زیاد جریان به عمق قطعه می گردد. بنا براین جریان گردابی ( Eddy current ) ابجاد شده در این عملیات، سبب بالارفتن حرارت نواحی سطحی قطعه می شود. این پدیده به اثر پوسته ای معروف است.
مکانیزم اولیه بالا رفتن درجه حرارت در سطح، تشکیل جریانهای گردابی( Eddy current ) در قطعه است. مکانیزم ثانویه ایجاد حرارت، در قطعات فرو مغناطیس اتفاق می افتد. این مکانیزم به این گونه است که حرارت به دلیل اتلاف انرژی ناشی از تشکیل دامنه های مغناطیسی معکوس می باشد. که البته به دلیل ناچیز بودن تاثیر آن در مقایسه با مکانیزم اول، معمولا در محاسبات از آن صرف نظر می گردد.
سرعت گرمایش از سه عامل زیر تاثیر می پذیرد:
سرعت گرمایش در قطعات و شرایط مختلف تفاوت دارد. این موضوع به دلیل شکل و ابعاد قطعه، ضریب انتقال حرارت و در نظر گرفتن این واقعیت است که خواص متالورژیکی و فیزیکی قطعات با جنسها و ابعاد خاص در دماهای مختلف، فرق می کند.
در میان قسمتهای مختلف تجهیزات اینداکشن، منبع تغذیه از همه مهمتر است. این منبع بسته به توان نفوذ پذیری و قدرت، به سه دسته تقسیم بندی می شود:
فرکانس پایین در محدوده 50-60HZ و فرکانس متوسط در محدوده 150-10K HZ و فرکانس بالا در محدوده بالای 10K HZ قرار می گیرد. همچنین بسته به میزان نفوذ حرارتی مورد نیاز، فرکانس دستگاه انتخاب می گردد. برای عملیات حرارتی سطحی، محدوده فرکانس متوسط ( جهت عمق نفوذ بالای 3mm ) و فرکانس بالا ( برای عمق نفوذ زیر 3mm ) مناسب می باشد.
بنابراین همانطور که گفته شد، افزایش فرکانس به دلیل مقابله میدان های مغناطیسی معکوس با میدان مغناطیسی کویل، سبب کاهش عمق نفوذ حرارتی می گردد. همچنین توان دستگاه نیز با فرکانس ارتباط دارد.
