Indukcijsko predgrijavanje prije zavarivanja za grijač za smanjenje naprezanja
Zašto koristiti indukcijsko predgrijavanje prije zavarivanja?
Indukcijsko predgrijavanje može usporiti brzinu hlađenja nakon zavarivanja. Korisno je izbjeći difuzni vodik u metalu zavara i izbjeći pukotine izazvane vodikom. U isto vrijeme, također smanjuje brtvljenje zavarivanjem i razinu otvrdnuća u zoni utjecaja topline, poboljšava se otpornost zavarenog spoja na pukotine.
Indukcijsko predgrijavanje može smanjiti stres pri zavarivanju. Temperaturna razlika (također poznata kao temperaturni gradijent) između zavarivača u području zavarivanja može se smanjiti ravnomjernim lokalnim ili cijelim indukcijskim predgrijavanjem. Na taj način, s jedne strane, smanjuje se naprezanje pri zavarivanju, as druge strane, smanjuje se brzina zavarivanja, što je korisno za izbjegavanje pukotina pri zavarivanju.
Indukcijsko predgrijavanje može smanjiti stupanj ograničenja zavarenih konstrukcija, posebno je očito smanjenje ograničenja kutnog spoja. S porastom temperature indukcijskog predgrijavanja smanjuje se pojavnost pukotina.
Temperatura indukcijskog predgrijanja i temperatura međusloja (Napomena: kada se na zavarivanju izvodi višeslojno i višeprolazno zavarivanje, najniža temperatura prednjeg zavarivanja naziva se temperatura međusloja kada se zavari naknadni zavar. Za materijale koji zahtijevaju indukcijsko zavarivanje predgrijavanjem , kada je potrebno višeslojno zavarivanje, temperatura međusloja treba biti jednaka ili malo viša od temperature indukcijskog predgrijanja. Ako je temperatura međusloja niža od temperature indukcijskog predgrijanja, treba ga ponovno indukcijski predgrijati.
Osim toga, ujednačenost temperature indukcijskog predgrijavanja u smjeru debljine čelične ploče i u području zavarivanja ima važan učinak na smanjenje naprezanja pri zavarivanju. Širina lokalnog indukcijskog predgrijanja treba se odrediti prema ograničenju zavarivača, općenito tri puta debljine stijenke oko zone zavara, a ne manje od 150-200 mm. Ako indukcijsko predgrijavanje nije ravnomjerno, ne samo da neće smanjiti naprezanje pri zavarivanju, već će ga povećati.
Kako pronaći odgovarajuće rješenje za indukcijsko predgrijavanje?
Prilikom odabira odgovarajuće opreme za indukcijsko predgrijavanje uglavnom razmotrite sljedeće aspekte:
Oblik i veličina grijanog obratka.: Veliki obradak, šipkasti materijal, čvrsti materijal, treba odabrati relativnu snagu, opremu za indukcijsko grijanje niske frekvencije; Ako je obradak mali, cijev, ploča, zupčanik itd., treba odabrati opremu za indukcijsko predgrijavanje niske relativne snage i visoke frekvencije.
Dubina i područje koje treba grijati: dubina dubokog grijanja, velika površina, cjelokupno grijanje, treba odabrati opremu za indukcijsko grijanje velike snage, niske frekvencije; Mala dubina grijanja, mala površina, lokalno grijanje, izbor relativno male snage, oprema za indukcijsko predgrijavanje visoke frekvencije.
Potrebna brzina grijanja: Ako je brzina grijanja velika, treba odabrati opremu za indukcijsko grijanje s relativno velikom snagom i relativno visokom frekvencijom.
Kontinuirano radno vrijeme opreme: Kontinuirano radno vrijeme je dugo, relativno odaberite opremu za indukcijsko predgrijavanje malo veće snage.
Udaljenost između indukcijske grijaće glave i indukcijskog stroja: duga veza, čak i korištenje vodeno hlađenog kabelskog priključka, trebala bi biti relativno velika snaga indukcijskog stroja za predgrijanje.
Indukcijsko grijanje: kako radi?
Indukcijski sustavi grijanja koristite beskontaktno grijanje. Oni induciraju toplinu elektromagnetski, umjesto da koriste grijaći element u kontaktu s dijelom za provođenje topline, kao što je otporno grijanje. Indukcijsko grijanje djeluje više poput mikrovalne pećnice — uređaj ostaje hladan dok se hrana kuha iznutra.
U industrijskom primjeru indukcijsko grijanje, toplina se inducira u dijelu stavljanjem u visokofrekventno magnetsko polje. Magnetsko polje stvara vrtložne struje unutar dijela, pobuđujući molekule dijela i stvarajući toplinu. Budući da se zagrijavanje događa malo ispod metalne površine, toplina se ne gubi uzalud.
Sličnost indukcijskog grijanja s otpornim grijanjem je u tome što je kondukcija potrebna za zagrijavanje kroz dio ili dio. Jedina razlika je izvor topline i temperatura alata. Indukcijski proces zagrijava unutar dijela, a otporni proces zagrijava na površini dijela. Dubina zagrijavanja ovisi o frekvenciji. Visoka frekvencija (npr. 50 kHz) zagrijava blizu površine, dok niska frekvencija (npr. 60 Hz) prodire dublje u dio, postavljajući izvor topline do 3 mm duboko, što omogućuje zagrijavanje debljih dijelova. Indukcijski svitak se ne zagrijava jer je vodič velik za struju kojom prolazi. Drugim riječima, zavojnica se ne mora zagrijavati da bi zagrijala radni komad.
Komponente sustava indukcijskog grijanja
Sustavi indukcijskog grijanja mogu biti hlađeni zrakom ili tekućinom, ovisno o zahtjevima primjene. Ključna komponenta zajednička za oba sustava je indukcijski svitak koji se koristi za stvaranje topline unutar dijela.
Sustav zračnog hlađenja. Tipični zrakom hlađeni sustav sastoji se od izvora napajanja, indukcijske deke i pripadajućih kabela. Indukcijska deka sastoji se od indukcijske zavojnice okružene izolacijom i ušivene u visokotemperaturni, zamjenjivi kevlar rukav.
Ova vrsta indukcijskog sustava može uključivati regulator za nadzor i automatsku kontrolu temperature. Sustav koji nije opremljen regulatorom zahtijeva upotrebu indikatora temperature. Sustav također može uključivati daljinski prekidač za uključivanje i isključivanje. Zračno hlađeni sustavi mogu se koristiti za aplikacije do 400 stupnjeva F, označavajući ga kao sustav samo za predgrijavanje.
Sustav hlađen tekućinom. Budući da tekućina hladi učinkovitije od zraka, ova vrsta sustava indukcijskog grijanja prikladna je za primjene koje zahtijevaju više temperature, kao što je visokotemperaturno predgrijavanje i smanjenje naprezanja. Glavne razlike u odnosu na sustav sa zračnim hlađenjem su dodatak vodenog hladnjaka i upotreba fleksibilne tekućine hlađene cijevi u kojoj se nalazi indukcijski svitak. Sustavi hlađeni tekućinom također općenito koriste regulator temperature i ugrađeni snimač temperature, posebno važne komponente u aplikacijama za smanjenje naprezanja.
Tipični postupak za ublažavanje stresa zahtijeva korak do 600 do 800 stupnjeva F, nakon čega slijedi povećanje ili kontrolirani porast temperature do temperature namakanja od približno 1,250 stupnjeva. Nakon vremena zadržavanja, dio se kontrolirano hladi na između 600 i 800 stupnjeva. Snimač temperature prikuplja podatke o stvarnom profilu temperature dijela na temelju ulaza termoelementa, što je zahtjev za osiguranje kvalitete za aplikacije za smanjenje naprezanja. Vrsta posla i važeći kod određuju stvarni postupak.
Prednosti indukcijskog grijanja
Indukcijsko grijanje nudi brojne prednosti, uključujući dobru ujednačenost i kvalitetu topline, skraćeno vrijeme ciklusa i dugotrajne potrošne materijale. Indukcijsko grijanje također je sigurno, pouzdano, jednostavno za korištenje, energetski učinkovito i svestrano.
Ujednačenost i kvaliteta. Indukcijsko grijanje nije posebno osjetljivo na položaj ili razmak zavojnice. Općenito, svici trebaju biti ravnomjerno raspoređeni i centrirani na zavarenom spoju. Na tako opremljenim sustavima, temperaturni regulator može uspostaviti potrebnu snagu na analogan način, osiguravajući dovoljno snage za održavanje temperaturnog profila. Izvor napajanja osigurava snagu tijekom cijelog procesa.
Ciklus Vrijeme. Indukcijska metoda predgrijavanja i otpuštanja naprezanja omogućuje relativno brzo postizanje temperature. Na debljim primjenama, kao što su visokotlačni vodovi pare, indukcijsko grijanje može skratiti dva sata od vremena ciklusa. Moguće je smanjiti vrijeme ciklusa od kontrolne temperature do temperature namakanja.
Potrošni materijal. Izolacija koja se koristi u indukcijskom grijanju lako se pričvršćuje na izratke i može se više puta koristiti. Osim toga, indukcijske zavojnice su robusne i ne zahtijevaju lomljive žice ili keramičke materijale. Također, budući da indukcijski svici i konektori ne rade na visokim temperaturama, nisu podložni degradaciji.
Jednostavnost korištenja. Glavna prednost indukcijskog predgrijavanja i smanjenja naprezanja je njegova jednostavnost. Izolacija i kabeli jednostavni su za postavljanje, obično traje manje od 15 minuta. U nekim slučajevima, kako se koristiti indukcijskom opremom može se naučiti u jednom danu.
Energetska učinkovitost. Inverterski izvor napajanja ima 92 posto učinkovitosti, što je ključna prednost u eri skokovitih troškova energije. Dodatno, proces indukcijskog grijanja učinkovit je više od 80 posto. Što se tiče ulazne snage, proces indukcije zahtijeva samo liniju od 40 ampera za 25 kW snage.
Sigurnost. Predgrijavanje i smanjenje naprezanja kroz indukcijsku metodu pogodno je za radnike. Indukcijsko grijanje ne zahtijeva vruće grijaće elemente i priključke. Vrlo malo čestica u zraku povezuje se s izolacijskim pokrivačima, a sama izolacija nije izložena temperaturama višim od 1,800 stupnjeva, što može uzrokovati raspadanje izolacije u prašinu koju radnici mogu udisati.
Pouzdanost. Jedan od najvažnijih čimbenika koji utječu na produktivnost u oslobađanju od stresa je neprekinuti ciklus. U većini slučajeva prekid ciklusa znači da će toplinska obrada morati biti ponovno pokrenuta, što je značajno kada termalni ciklus može potrajati jedan dan. Komponente sustava indukcijskog grijanja čine prekide ciklusa malo vjerojatnim. Kabliranje za indukciju je jednostavno, zbog čega je manja vjerojatnost kvara. Također, ne koriste se kontaktori za kontrolu unosa topline u dio.
Svestranost. Pored korištenja indukcijski sustavi grijanja za predgrijavanje i smanjenje naprezanja u cijevima, korisnici su prilagodili postupak za zavarivanje, koljena, ventile i druge dijelove. Jedan od aspekata indukcijskog grijanja koji ga čini privlačnim za složene oblike je mogućnost prilagodbe zavojnica tijekom procesa grijanja kako bi se prilagodili jedinstvenim dijelovima i hladnjakima. Operater može pokrenuti proces, odrediti učinke procesa grijanja u stvarnom vremenu i modificirati položaj zavojnice kako bi promijenio rezultat. Indukcijski se kabeli mogu pomicati bez čekanja na hlađenje zrakom na kraju ciklusa.
Indukcijsko grijanje prije zavarivanja
Ova se tehnologija dokazala na nizu projekata, uključujući naftovode i plinovode, izgradnju teške opreme te održavanje i popravak rudarske opreme.
Naftovod. Operacija održavanja naftovoda u Sjevernoj Americi trebala je zagrijati cijev prije zavarivanja prstena za popravak prstena ili spojeva na 48-inčni cjevovod. obujam. Iako su radnici mogli obaviti mnoge popravke bez zaustavljanja protoka ulja ili ispuštanja iz cijevi, prisutnost same sirove nafte ometala je učinkovitost zavarivanja jer je ulje koje je teklo apsorbiralo toplinu. Propanske baklje zahtijevale su stalni prekid zavarivanja kako bi se održala toplina, a otporno grijanje - iako je osiguravalo kontinuiranu toplinu - često nije moglo zadovoljiti potrebne temperature zavarivanja.
Radnici su koristili dva sustava od 25 kW s paralelnim slojevima za postizanje temperature predgrijanja od 125 stupnjeva na popravcima zaokruženog rukavca. Kao rezultat toga, smanjili su vrijeme ciklusa s osam do 12 sati na četiri sata po obodnom zavarivanju.
Predgrijavanje za popravak STOPPLE fitinga (T spoj s ventilom) bilo je još izazovnije zbog veće debljine stijenke fitinga. S indukcijskim grijanjem, međutim, tvrtka je koristila četiri sustava od 25 kW s paralelnim postavljanjem pokrivača. Koristili su dva sustava sa svake strane T. Jedan sustav je korišten na glavnoj liniji za predgrijavanje ulja, a drugi je korišten za predgrijavanje T na obodnom zavarenom spoju. Temperatura predgrijavanja bila je 125 stupnjeva. Ovo je smanjilo vrijeme zavarivanja s 12 do 18 sati na sedam sati po obodnom zavarivanju.
Prirodni plinovod. Projekt izgradnje plinovoda za prirodni plin podrazumijevao je izgradnju cjevovoda promjera 36 inča i debljine 0.633 inča od Alberte u Kanadi do Chicaga. Na jednom dijelu ovog cjevovoda, izvođač radova za zavarivanje koristio je dva izvora energije od 25 kW montirana na traktor s indukcijskim pokrivačima pričvršćenim na nosače radi brzine i praktičnosti. Izvori energije prethodno su zagrijali obje strane spoja cijevi. Kritični za ovaj proces bili su brzina i pouzdana kontrola temperature. Kako se sadržaj legure u materijalima povećava kako bi se smanjila težina i vrijeme zavarivanja, te kako bi se produžio životni vijek dijelova, kontrola temperature predgrijavanja postaje kritičnija. Za ovu primjenu indukcijskog grijanja bilo je potrebno manje od tri minute da se postigne temperatura predgrijanja od 250 stupnjeva.
Teška oprema. Proizvođači teške opreme često su zavarivali zupce adaptera na rubove žlice utovarivača. Zavareni sklop pomican je naprijed-natrag u veliku peć, zbog čega je operater za zavarivanje morao čekati dok se dio više puta zagrijavao. Proizvođač je odlučio isprobati indukcijsko grijanje kako bi predgrijao sklop kako bi spriječio pomicanje proizvoda.
Materijal je bio debljine 4 inča s visokom potrebnom temperaturom predgrijavanja zbog sadržaja legure. Prilagođene indukcijske deke razvijene su kako bi zadovoljile zahtjeve primjene. Dizajn izolacije i zavojnice pružio je dodatnu prednost zaštite operatera od topline zračenja dijela. Općenito, postupci su bili znatno učinkovitiji, smanjujući vrijeme zavarivanja i održavajući temperaturu tijekom cijelog procesa zavarivanja.
Rudarska oprema. Rudnik je imao problema s hladnim pucanjem i neučinkovitošću predgrijavanja korištenjem propanskih grijača u operacijama popravka rudarske opreme. Operateri za zavarivanje morali su često uklanjati konvencionalni izolacijski pokrivač s debelog dijela kako bi primijenili toplinu i održali dio na ispravnoj temperaturi.
Deka za indukcijsko predgrijavanje održava temperaturu ruba kante tijekom pričvršćivanja zuba.
Rudnik je odlučio isprobati indukcijsko grijanje pomoću ravnih, zrakom hlađenih pokrivača za prethodno zagrijavanje dijelova prije zavarivanja. Indukcijski proces brzo je donio toplinu na dio. Također se može koristiti kontinuirano tijekom procesa zavarivanja. Vrijeme popravka zavara smanjeno je za 50 posto. Uz to, izvor napajanja je opremljen regulatorom temperature kako bi se dio održavao na ciljnoj temperaturi. Ovo je gotovo eliminiralo preradu uzrokovanu hladnim pucanjem.
Elektrana. Graditelj elektrane gradio je elektranu na prirodni plin u Kaliforniji. Proizvođači kotlova i monteri cjevovoda suočavali su se s kašnjenjima u izgradnji zbog predgrijavanja i metoda smanjenja naprezanja koje su primjenjivali na parovodima tvornice. Tvrtka je uvela tehnologiju indukcijskog grijanja u pokušaju povećanja učinkovitosti, posebno za rad na srednjim do velikim parnim cjevovodima, budući da ti dijelovi zahtijevaju najviše vremena za toplinsku obradu potrebnog na gradilištu.
Jednostavnost omatanja indukcijskih deka oko složenih oblika, kao što je ova elektrana na prirodni plin, može smanjiti vrijeme toplinske obrade.
Na tipičnom 16-in. weldolet s 2-in. debljine stijenke, indukcijsko grijanje uspjelo je skratiti dva sata od vremena do temperature (600 stupnjeva) i još jedan sat za postizanje temperature namakanja (600 stupnjeva do 1,350 stupnjeva) za smanjenje stresa.
