Nagrzewnica indukcyjna do śrub pozwala odkręcać zapieczone połączenia bez palnika, szybko i precyzyjnie. Da się zbudować prostą wersję warsztatową z dostępnych podzespołów, bez projektowania od zera skomplikowanej elektroniki. Warto jednak znać ograniczenia takiej konstrukcji i świadomie dobrać parametry, bo od tego zależy skuteczność i bezpieczeństwo. Poniżej opisano realny, działający układ do nagrzewania śrub i niewielkich elementów metalowych. Po przejściu krok po kroku da się wykonać urządzenie, które faktycznie pomoże w garażu czy warsztacie.
Jak działa nagrzewnica indukcyjna w wersji „garażowej”
Nagrzewnica indukcyjna nagrzewa metal nie przez płomień, tylko przez pole elektromagnetyczne wysokiej częstotliwości. Prąd szybko zmieniający kierunek płynie przez cewkę, w której umieszcza się śrubę. W metalu powstają prądy wirowe, które zamieniają się w ciepło – nagrzewa się sam element, nie powietrze dookoła.
W warunkach amatorskich dobrze sprawdza się prosty układ oparty o tzw. mostek Royera (ZVS) zasilany z zasilacza 24–48 V o porządnym prądzie (20–40 A). Taki układ nie wymaga skomplikowanego sterowania, sam dobiera częstotliwość pracy do cewki i obciążenia. Wystarczy dobrać rozsądnie parametry cewki, zadbać o chłodzenie i sensowne okablowanie.
Na potrzeby odkręcania śrub nie ma potrzeby konkurować z fabrycznymi nagrzewnicami za kilka tysięcy. Wystarczy urządzenie, które nagrzeje śrubę M8–M16 do czerwoności w kilkanaście–kilkadziesiąt sekund, z wymiennymi cewkami dopasowanymi do typowych zastosowań.
Plan konstrukcji i jej ograniczenia
Domowa nagrzewnica indukcyjna do śrub będzie kompromisem między mocą, ceną a bezpieczeństwem. Zakres pracy takiego urządzenia:
- średnice śrub: od M6 do M20, zależnie od kształtu cewki,
- długość nagrzewanego odcinka: typowo 2–6 cm,
- czas nagrzewania: od kilkunastu sekund do ok. 1 minuty,
- praca przerywana – po kilku minutach grzania przerwa na ostudzenie.
Kluczowe ograniczenie to zasilanie. Zasilacz 24–36 V / 30–40 A z odzysku (np. z serwera, wózka widłowego, nagrzewnicy olejowej) pozwoli osiągnąć moc rzędu 700–1200 W. To w zupełności wystarczy do śrub, ale nie do masywnych kół pasowych czy grubych stalowych bloków – takie elementy wymagają znacznie większej mocy i bardziej zaawansowanego chłodzenia.
Dobrze jest założyć z góry, że to narzędzie do śrub i niewielkich elementów, a nie uniwersalny piec indukcyjny. Dzięki temu łatwiej dobrać rozsądne parametry i nie przepłacić.
Niezbędne elementy i narzędzia
Elektronika i zasilanie
Najwygodniej skorzystać z gotowej płytki ZVS 1–2 kW (mostek Royera) z dużymi radiatorami, dostępnej w wielu wersjach. Do tego dochodzą:
- Zasilacz 24–48 V, minimum 20 A, lepiej 30–40 A (np. zasilacz serwerowy, zasilacz LED dużej mocy, zasilacz z wózka),
- Przewody zasilające o przekroju min. 6 mm², krótkie, dobrze izolowane,
- Bezpiecznik po stronie niskiego napięcia – ok. 1,2–1,5× maksymalnego prądu roboczego,
- Włącznik główny na 230 V lub na stronę niskiego napięcia, o odpowiednim prądzie,
- Dwa lub więcej radiatory z wentylatorami 12 V do chłodzenia tranzystorów i ewentualnie dławika.
Większość gotowych modułów ZVS ma już podstawowe chłodzenie, ale przy pracy warsztatowej warto je wzmocnić – dodatkowy radiator pod spodem i stały nawiew znacznie wydłużają żywotność tranzystorów MOSFET.
Cewka i połączenia wysokoprądowe
Kluczowym elementem nagrzewnicy jest cewka robocza. Do jej wykonania przydadzą się:
- Rurka miedziana miękka, fi 6–8 mm (zewnętrznie), najlepiej w odcinkach po 0,5–1 m,
- Złączki do miedzi lub złączki skręcane wysokoprądowe (np. oczkowe z mosiądzu),
- Przewód silikonowy wysokotemperaturowy do połączenia cewki z modułem (jeśli odległość jest większa).
Rurka miedziana pozwala w przyszłości dorobić chłodzenie wodne (wystarczy mała pompka i zbiornik). Do śrub wystarczy zwykle cewka bez chłodzenia wodnego, ale rurka i tak ułatwia formowanie kształtu i znosi lepiej temperaturę niż przewód. Po kilku dłuższych cyklach grzania i tak trzeba robić przerwy, żeby cewka nie rozgrzała się do stanu żarzenia.
Obudowa i narzędzia warsztatowe
Niezbędne będą też:
- Obudowa z metalu lub grubej sklejki – najlepiej z miejscem na wentylację i gniazda cewek,
- Śruby, dystanse, opaski zaciskowe do mocowania przewodów,
- Podstawowe narzędzia: wkrętarka, wiertarka, lutownica, zaciskarka do końcówek, pilnik,
- Multimetr do sprawdzenia połączeń i napięć.
Przy pracy z prądami kilkudziesięciu amperów trzeba unikać „drutologii”. Słabe połączenie grzeje się i jest potencjalnym źródłem awarii. Każde mocowanie przewodu należy wykonać na końcówkach oczkowych lub tulejkach, dokręconych mocno do zacisków.
Budowa obwodu zasilania i montaż modułu
Przygotowanie zasilacza i zabezpieczeń
Najpierw warto zająć się stroną zasilania, bo to ona decyduje o tym, czy układ ruszy stabilnie. Zasilacz 24–36 V dobrze jest zamocować na stałe w obudowie, z zapewnioną wentylacją. Przewód 230 V powinien mieć uziemienie, a obudowa metalowa musi być połączona z PE.
Za wyłącznikiem głównym na 230 V można dodać prosty bezpiecznik topikowy lub automat. Po stronie niskiego napięcia, tuż za wyjściem zasilacza, montuje się bezpiecznik samochodowy lub bezpiecznik ANL o prądzie zbliżonym do prądu maksymalnego modułu ZVS. Pozwoli to uniknąć zniszczenia zasilacza przy zwarciu na cewce.
Zasilacz łączy się z modułem ZVS możliwie najkrótszymi przewodami o przekroju 6–10 mm². Biegunowość ma znaczenie – większość modułów ma wyraźnie oznaczone plus i minus. Dobrym pomysłem jest zastosowanie złącz śrubowych lub gniazd bananowych dużej mocy, żeby w razie potrzeby odpiąć moduł bez rozkręcania połowy obudowy.
Montaż modułu ZVS i chłodzenia
Moduł ZVS montuje się na dystansach, tak by od spodu miał przynajmniej kilka milimetrów wolnej przestrzeni dla przepływu powietrza. Jeśli radiator jest niewielki, można podłożyć dodatkowy, większy radiator aluminiowy i przykręcić do niego płytkę przez dystanse.
Wentylator 80–120 mm umieszczony tak, aby dmuchał bezpośrednio na radiator, znacząco poprawia sytuację. Warto zasilić go z oddzielnego małego zasilacza 12 V lub z przetwornicy obniżającej napięcie z głównego zasilacza. Wentylator powinien pracować zawsze, gdy nagrzewnica jest włączona, niezależnie od tego, czy akurat grzeje śrubę.
Po zamocowaniu modułu dobrze jest przejrzeć wszystkie ścieżki i luty – przy tak dużych prądach każde pęknięcie lub „zimny lut” może w krótkim czasie doprowadzić do uszkodzenia tranzystora. Jeśli na płytce fabrycznej widać bardzo cienkie ścieżki zasilania, można je dodatkowo pogrubić cyną lub przylutować równolegle kawałek miedzianej taśmy.
Na tym etapie warto sprawdzić multimetrem, czy między plusem a minusem wejścia modułu ZVS nie ma zwarcia. Pusta płytka (bez podłączonej cewki) powinna pokazywać wysoką rezystancję.
Wykonanie i dobór cewki roboczej
Cewka robocza to miejsce, gdzie faktycznie powstaje ciepło w śrubie. Do śrub i nakrętek sprawdzają się trzy podstawowe kształty:
- prosta pętla z 2–3 zwojami do śrub w trudno dostępnych miejscach,
- „podkowa” – półokrągła pętla z możliwością wsunięcia elementu z boku.
Rurkę miedzianą wygina się powoli, najlepiej na odpowiednim trzpieniu (np. kawałek rury stalowej, drewniany kołek). Odstęp między zwojami warto zachować na poziomie 3–5 mm, żeby nie robić „zwartych” zwojów i nie zwiększać niepotrzebnie pojemności międzyzwojowej. Typowa liczba zwojów przy zasilaniu 24–36 V to 3–6, w zależności od średnicy.
Końce rurki należy zakończyć końcówkami, które pasują do wyjścia modułu ZVS – zwykle są to śruby M6 lub M8 w radiatorze. Połączenie musi być solidne mechanicznie i elektrycznie. Nie powinno być luzu, który przy drganiach doprowadzi do obluzowania i grzania się styku.
Dobrą praktyką jest wykonanie kilku wymiennych cewek z oczkami lub złączkami. Dzięki temu można szybko przejść z cewki małej (np. do śrub M6 w ciasnych miejscach) na większą spiralę do nagrzewania nakrętek czy tulei.
Pierwsze uruchomienie i bezpieczne użycie
Test na „sucho” i pierwsze nagrzewanie
Przed pierwszym nagrzewaniem śruby należy uruchomić nagrzewnicę z podłączoną cewką, ale bez elementu metalowego w środku. Po włączeniu zasilania można usłyszeć ciche piszczenie lub brzęczenie – to znak, że układ oscyluje. Cewka nie powinna się wtedy znacząco nagrzewać w krótkim czasie.
Następnie do cewki wkłada się stalowy pręt lub śrubę i obserwuje, co się dzieje w ciągu pierwszych 10–20 sekund. Metal powinien zacząć się nagrzewać, najpierw w miejscach położonych bliżej zwojów. Cewka pozostanie stosunkowo chłodna, choć z czasem też się zagrzeje od promieniowania cieplnego.
Jeśli przy pierwszym teście moduł zaczyna „jęczeć”, wiatrak wyraźnie zwalnia, a zasilacz przechodzi w tryb zabezpieczenia, oznacza to zbyt duże obciążenie – trzeba zmniejszyć liczbę zwojów, użyć wyższego napięcia lub zaakceptować mniejszą moc. Dobranie optymalnej cewki zwykle wymaga 2–3 prób.
Praca przy odkręcaniu śrub
Podczas realnej pracy wygodniej jest założyć na ręce rękawice robocze i używać okularów ochronnych – nagrzane elementy mogą strzelić rdzą lub kroplą oleju. Śrubę lub nakrętkę umieszcza się możliwie centralnie w cewce, starając się, by odległość od zwojów była mniej więcej równa z każdej strony.
Czas nagrzewania dobiera się do konkretnej sytuacji. Zwykle wystarcza 15–40 sekund intensywnego grzania. Po nagrzaniu elementu odczekuje się chwilę i dopiero wtedy próbuje się go odkręcić – często najlepiej działa kilka krótkich cykli nagrzewania i próby ruszenia śruby pomiędzy nimi.
Nie ma sensu doprowadzać śruby do jasnoczerwonego żaru za każdym razem. Czasem lekkie rozszerzenie gwintu, połączone z penetrantem, daje lepszy efekt niż ekstremalne temperatury. Przy elementach przykręconych do aluminium trzeba szczególnie uważać, żeby nie przegrzać otaczającego materiału.
Bezpieczeństwo i typowe problemy
Podstawowe ryzyko przy nagrzewnicy indukcyjnej to wysoka temperatura i wysokie prądy w obwodzie niskonapięciowym. Cewki, śruby i pobliskie elementy metalowe mogą osiągać kilkaset stopni – każdy dotyk bezpośrednio po nagrzewaniu powinien być traktowany jak dotknięcie świeżo wyjętego z piekarnika kawałka stali.
Nie wolno pracować przy łatwopalnych cieczach, rozpuszczalnikach, w pobliżu zbiorników paliwa bez zabezpieczenia. Mimo braku płomienia nagrzewnica jest realnym źródłem zapłonu, szczególnie gdy w pobliżu znajdują się opary benzyny lub oleju napędowego. W zamkniętych przestrzeniach dobrze jest zadbać o wentylację.
Po stronie elektrycznej podstawą jest poprawne uziemienie obudowy i solidne zaciski na przewodach. Luźne połączenia grzeją się, topią izolację i w skrajnym przypadku mogą doprowadzić do pożaru wewnątrz obudowy. Po kilku pierwszych sesjach pracy warto odkręcić pokrywę i sprawdzić, czy w żadnym miejscu nie ma śladów przegrzania izolacji lub odbarwień na miedzi.
Typowe problemy przy takich samodzielnych konstrukcjach to:
- zbyt duży prąd – zasilacz się wyłącza lub „klęka”,
- przegrzewanie tranzystorów na module ZVS,
- pękanie cewki (szczególnie z drutu w teflonie) od wielokrotnego wyginania,
- nieskuteczne nagrzewanie z powodu za dużej odległości między śrubą a zwojami.
Większość z tych kłopotów da się rozwiązać korektą liczby zwojów, średnicy cewki oraz lepszym chłodzeniem. Jeżeli moduł ulega awarii, zwykle palą się tranzystory MOSFET – przy częstym użytkowaniu warto mieć w szufladzie zastępczy komplet o identycznych parametrach, bo wymiana samych tranzystorów bywa tańsza niż zakup nowego modułu.
Po dopracowaniu konstrukcji i kilku realnych naprawach w warsztacie nagrzewnica indukcyjna szybko staje się jednym z najchętniej używanych narzędzi przy walce z zapieczonymi śrubami. Konstrukcja wymaga odrobiny rozwagi i dbałości o szczegóły, ale odwdzięcza się sprawnym działaniem i dużą oszczędnością czasu przy każdej kolejnej naprawie.