التصليد بالحث

في أنظمة الحقنة الواحدة، يُثبّت العنصر بشكل ثابت أو يُدار داخل الملف، وتُسخّن المنطقة المراد معالجتها بالكامل في وقت واحد لفترة زمنية محددة مسبقًا، ثم تُخضع إما لعملية تبريد سريع بالغمر أو التبريد السريع بالقطرات. غالبًا ما تُستخدم الحقنة الواحدة في الحالات التي لا تُحقق فيها أي طريقة أخرى النتيجة المرجوة، على سبيل المثال، لتصليد الأسطح المستوية للمطارق، أو تصليد حواف الأدوات ذات الأشكال المعقدة، أو إنتاج التروس الصغيرة. ^{[ 6 ]}

في حالة تقوية الأعمدة، تتمثل إحدى مزايا منهجية الحقنة الواحدة في تقليل وقت الإنتاج مقارنةً بطرق التقوية التدريجية العرضية. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ إمكانية استخدام الملفات التي تُولّد تدفقًا طوليًا للتيار في المكون، بدلًا من التدفق القطري، ميزةً إضافيةً في بعض الأشكال الهندسية المعقدة.

تتضمن طريقة التسخين أحادي الطلقة عيوبًا. فقد يكون تصميم الملف عملية معقدة للغاية. وغالبًا ما يتطلب الأمر استخدام مواد تحميل من الفريت أو مواد صفائحية للتأثير على تركيز المجال المغناطيسي في مناطق محددة، وبالتالي تحسين نمط التسخين الناتج. ومن عيوبها الأخرى الحاجة إلى طاقة أكبر بكثير نظرًا لزيادة مساحة السطح المراد تسخينها مقارنةً بطريقة التسخين المستعرض. ^{[ 7 ]}

في أنظمة التصليد العرضي، تُمرر قطعة العمل تدريجيًا عبر ملف الحث ، ثم يُستخدم رذاذ أو حلقة تبريد. يُستخدم التصليد العرضي على نطاق واسع في إنتاج مكونات الأعمدة، مثل أعمدة المحاور، ودبابيس جرافات الحفارات، ومكونات التوجيه، وأعمدة الأدوات الكهربائية، وأعمدة الدوران. تُغذى القطعة عبر ملف حث حلقي الشكل، يتكون عادةً من لفة واحدة. يتحدد عرض اللفة بسرعة الحركة، والطاقة المتاحة، وتردد المولد. ينتج عن ذلك نطاق حراري متحرك، وعند تبريده، تتكون طبقة سطحية متصلبة. يمكن أن تكون حلقة التبريد جزءًا لا يتجزأ من القطعة، أو ترتيبًا متتاليًا، أو مزيجًا من الاثنين، حسب متطلبات التطبيق. من خلال تغيير السرعة والطاقة، يُمكن إنشاء عمود متصلب على طوله بالكامل، أو في مناطق محددة فقط، وكذلك تصليد الأعمدة ذات الأقطار المتدرجة أو المسننة. من المعتاد عند تصليد الأعمدة الدائرية تدوير القطعة أثناء العملية لضمان إزالة أي اختلافات ناتجة عن عدم تمركز الملف والقطعة.

تُستخدم طرق التشكيل العرضي أيضًا في إنتاج مكونات الحواف، مثل سكاكين الورق، وسكاكين الجلود، وشفرات جزازات العشب، وشفرات مناشير القطع. تستخدم هذه التطبيقات عادةً ملفًا حلزونيًا أو ملفًا عرضيًا للتدفق الكهربائي يوضع فوق حافة المكون. يُمرر المكون عبر الملف، ثم يُخضع لعملية تبريد بالرش تتكون من فوهات أو كتل مثقوبة.

تُستخدم طرق عديدة لتوفير الحركة التدريجية عبر الملف، وتُستخدم أنظمة رأسية وأفقية. وتعتمد هذه الأنظمة عادةً على مُشفِّر رقمي ووحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة للتحكم في الموضع، والتبديل، والمراقبة، والضبط. وفي جميع الأحوال، يجب التحكم بدقة في سرعة الحركة والحفاظ على ثباتها، إذ يؤثر أي تغيير في السرعة على عمق الصلابة وقيمتها.

تختلف مصادر الطاقة المستخدمة في التصليد بالحث من حيث الطاقة من بضعة كيلوواط إلى مئات الكيلوواط اعتمادًا على حجم المكون المراد تسخينه وطريقة الإنتاج المستخدمة، أي التصليد بضربة واحدة أو التصليد العرضي أو التصليد المغمور.

لاختيار مصدر الطاقة المناسب، من الضروري أولاً حساب مساحة سطح المكون المراد تسخينه. بعد تحديد هذه المساحة، يمكن استخدام طرق متنوعة لحساب كثافة الطاقة المطلوبة، ووقت التسخين، وتردد تشغيل المولد. تقليديًا، كان يتم ذلك باستخدام سلسلة من الرسوم البيانية، وحسابات تجريبية معقدة ، والخبرة العملية. أما التقنيات الحديثة فتستخدم عادةً تحليل العناصر المحدودة وتقنيات التصنيع بمساعدة الحاسوب ، ولكن كما هو الحال مع جميع هذه الطرق، لا تزال المعرفة العملية الشاملة بعملية التسخين بالحث ضرورية.

في تطبيقات التسخين الفردي، يجب حساب المساحة الإجمالية المراد تسخينها. أما في حالة التصليد العرضي، فيُضرب محيط المكون في عرض وجه الملف. يجب توخي الحذر عند اختيار عرض وجه الملف لضمان سهولة تصنيعه عمليًا، وأن يتحمل الطاقة المطلوبة للتطبيق.

تتوفر أنظمة التسخين الحثي للتصليد بترددات تشغيل متنوعة، تتراوح عادةً من 1  كيلوهرتز إلى 400  كيلوهرتز. تتوفر ترددات أعلى وأقل، ولكنها تُستخدم عادةً في تطبيقات متخصصة. العلاقة بين تردد التشغيل وعمق اختراق التيار، وبالتالي عمق الصلابة، عكسية؛ أي كلما انخفض التردد زاد عمق التصليد.

الجدول أعلاه توضيحي فقط، ويمكن الحصول على نتائج جيدة خارج هذه النطاقات من خلال موازنة كثافة الطاقة والتردد واعتبارات عملية أخرى، بما في ذلك التكلفة التي قد تؤثر على الاختيار النهائي، ووقت التسخين، وعرض الملف. بالإضافة إلى كثافة الطاقة والتردد، يؤثر وقت تسخين المادة على عمق انتقال الحرارة بالتوصيل. يمكن التأثير على وقت التسخين في الملف من خلال سرعة الحركة وعرض الملف، ولكن هذا سيؤثر أيضًا على إجمالي متطلبات الطاقة أو إنتاجية الجهاز.

يتضح من الجدول أعلاه أن اختيار المعدات المناسبة لأي تطبيق قد يكون معقدًا للغاية، إذ يمكن استخدام أكثر من توليفة من الطاقة والتردد والسرعة لتحقيق نتيجة معينة. مع ذلك، عمليًا، تكون العديد من الخيارات واضحة فورًا بناءً على الخبرة السابقة والاعتبارات العملية.