التسخين المسبق بالحث قبل اللحام لتخفيف الإجهاد

التسخين المسبق بالحث قبل اللحام لسخان تخفيف الإجهاد

لماذا استخدام التسخين المسبق بالحث قبل اللحام؟يمكن أن يؤدي التسخين المسبق بالحث إلى إبطاء معدل التبريد بعد اللحام. إنه مفيد للهروب من الهيدروجين المنتشر في معدن اللحام وتجنب التشققات الناتجة عن الهيدروجين. وفي الوقت نفسه، فإنه يقلل أيضًا من مستوى تصلب المنطقة المتأثرة بالحرارة ومقاومة تشقق الوصلة الملحومة.
يمكن أن يقلل التسخين المسبق بالحث من إجهاد اللحام. يمكن تقليل الفرق في درجة الحرارة (المعروف أيضًا باسم التدرج في درجة الحرارة) بين اللحام في منطقة اللحام عن طريق التسخين المسبق بالحث الموضعي أو الكامل بشكل موحد. وبهذه الطريقة، من ناحية، يتم تقليل إجهاد اللحام من ناحية، ومن ناحية أخرى، يتم تقليل معدل إجهاد اللحام، وهو أمر مفيد لتجنب تشققات اللحام.

يمكن أن يقلل التسخين المسبق بالحث من درجة تقييد الهياكل الملحومة، ومن الواضح بشكل خاص تقليل تقييد مفصل الزاوية. مع زيادة درجة حرارة التسخين المسبق بالحثّ، ينخفض حدوث التشقق.
درجة حرارة التسخين المسبق بالحث ودرجة الحرارة البينية (ملاحظة: عند إجراء اللحام متعدد الطبقات ومتعدد الممرات على اللحام، تسمى أدنى درجة حرارة للحام الأمامي درجة الحرارة البينية عند اللحام بعد اللحام. بالنسبة للمواد التي تتطلب اللحام بالتسخين المسبق بالحث المسبق للحام، عندما يكون اللحام متعدد الطبقات مطلوبًا، يجب أن تكون درجة الحرارة البينية مساوية لدرجة حرارة التسخين المسبق للحث أو أعلى قليلاً منها. إذا كانت درجة حرارة الطبقة البينية أقل من درجة حرارة التسخين المسبق بالحثّ، فيجب تسخينها بالحثّ مرة أخرى.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن توحيد درجة حرارة التسخين المسبق بالحث في اتجاه سمك الصفيحة الفولاذية وفي منطقة اللحام له تأثير مهم على تقليل إجهاد اللحام. يجب تحديد عرض التسخين المسبق بالحث الموضعي وفقًا لقيد اللحام، وعمومًا ثلاثة أضعاف سمك الجدار حول منطقة اللحام، ولا يقل عن 150-200 مم. إذا لم يكن التسخين المسبق بالحث غير منتظم، فلن يقلل من إجهاد اللحام فحسب، بل سيزيد من إجهاد اللحام.

كيف تجد الحل المناسب للتسخين المسبق بالحث الحثي؟

عند اختيار معدات التسخين المسبق بالحث الحثي المناسبة ضع في اعتبارك بشكل أساسي الجوانب التالية:

شكل قطعة العمل المسخنة وحجمها: يجب اختيار قطعة العمل الكبيرة، مادة القضبان، المواد الصلبة، الطاقة النسبية، معدات التسخين بالحث منخفضة التردد؛ إذا كانت قطعة العمل صغيرة، الأنابيب، اللوحة، التروس، وما إلى ذلك، يجب اختيار معدات التسخين المسبق بالحث ذات الطاقة النسبية المنخفضة والتردد العالي.
العمق والمساحة المراد تسخينها: عمق التسخين العميق، المساحة الكبيرة، التسخين الكلي، يجب أن تختار طاقة كبيرة، معدات التسخين بالحث الحثي منخفضة التردد؛ عمق التسخين الضحل، المساحة الصغيرة، التسخين المحلي، اختيار طاقة صغيرة نسبيًا، معدات التسخين المسبق بالحث الحثي عالية التردد.
سرعة التسخين المطلوبة: إذا كانت سرعة التسخين سريعة، فيجب اختيار معدات التسخين بالحث ذات الطاقة الكبيرة نسبيًا والتردد العالي نسبيًا.
وقت العمل المستمر للمعدات: وقت العمل المستمر طويل، اختر نسبيًا معدات التسخين المسبق بالحث الحثي ذات الطاقة الأكبر قليلاً.
المسافة بين رأس التسخين التعريفي وآلة الحث الحثي: يجب أن تكون الوصلة الطويلة، حتى استخدام وصلة كابل مبرد بالماء، آلة تسخين تحريضية تحريضية ذات طاقة كبيرة نسبيًا.

التسخين بالحث الحثي: كيف تعمل؟

أنظمة التدفئة الحثية تستخدم التسخين بدون تلامس. فهي تستحث الحرارة كهرومغناطيسيًا بدلاً من استخدام عنصر تسخين ملامس لجزء ما لتوصيل الحرارة، كما يفعل التسخين بالمقاومة. يعمل التسخين بالحث مثل فرن الميكروويف - حيث يظل الجهاز باردًا بينما ينضج الطعام من الداخل.

في مثال صناعي لـ التسخين بالحث الحثييتم استحثاث الحرارة في الجزء عن طريق وضعه في مجال مغناطيسي عالي التردد. يخلق المجال المغناطيسي تيارات دوامة داخل الجزء، مما يثير جزيئات الجزء ويولد حرارة. ولأن التسخين يحدث تحت السطح المعدني بقليل، لا يتم إهدار أي حرارة.

يتمثل التشابه بين التسخين بالحث والتسخين بالمقاومة في أن التوصيل مطلوب للتسخين من خلال المقطع أو الجزء. والفرق الوحيد هو مصدر الحرارة ودرجات حرارة الأداة. تقوم عملية الحث بالتسخين داخل الجزء، بينما تقوم عملية المقاومة بالتسخين على سطح الجزء. يعتمد عمق التسخين على التردد. التردد العالي (على سبيل المثال، 50 كيلو هرتز) يسخن بالقرب من السطح، بينما التردد المنخفض (على سبيل المثال، 60 هرتز) يتغلغل بعمق أكبر داخل الجزء، مما يجعل مصدر التسخين يصل إلى عمق 3 مم، مما يسمح بتسخين الأجزاء الأكثر سمكًا. لا يسخن ملف الحث لأن الموصل كبير بالنسبة للتيار الذي يتم حمله. وبعبارة أخرى، لا يحتاج الملف إلى التسخين لتسخين قطعة العمل.

مكونات نظام التدفئة التعريفي

يمكن أن تكون أنظمة التسخين بالحث الحثي مبردة بالهواء أو بالسائل، اعتمادًا على متطلبات التطبيق. ومن المكونات الرئيسية المشتركة في كلا النظامين الملف الحثي المستخدم لتوليد الحرارة داخل الجزء.

نظام تبريد الهواء. يتكون نظام تبريد الهواء النموذجي من مصدر طاقة وبطانية حث وكابلات مرتبطة بها. تتكون بطانية الحث من ملف حثي محاط بعازل ومخيط في غلاف كيفلر عالي الحرارة وقابل للاستبدال.

يمكن أن يشتمل هذا النوع من أنظمة الحث على وحدة تحكم لمراقبة درجة الحرارة والتحكم فيها تلقائيًا. ويتطلب النظام غير المزود بجهاز تحكم استخدام مؤشر درجة الحرارة. ويمكن أن يشتمل النظام أيضًا على مفتاح تشغيل وإيقاف عن بُعد. يمكن استخدام أنظمة التبريد بالهواء للتطبيقات التي تصل درجة حرارتها إلى 400 درجة فهرنهايت، مما يجعله نظام تسخين مسبق فقط.

نظام التبريد بالسائل. نظرًا لأن السائل يبرد بكفاءة أكبر من الهواء، فإن هذا النوع من نظام التسخين بالحث مناسب للتطبيقات التي تتطلب درجات حرارة أعلى، مثل التسخين المسبق بدرجة حرارة عالية وتخفيف الضغط. وتتمثل الاختلافات الرئيسية عن نظام التبريد بالهواء في إضافة مبرد ماء واستخدام خرطوم مرن مبرد بالسائل يضم ملف الحث. تستخدم أنظمة التبريد بالسائل أيضًا بشكل عام وحدة تحكم في درجة الحرارة ومسجل درجة حرارة مدمج، وهي مكونات مهمة بشكل خاص في تطبيقات تخفيف الإجهاد.

يتطلب الإجراء النموذجي لتخفيف الإجهاد خطوة إلى 600 إلى 800 درجة فهرنهايت، يليها ارتفاع منحدر أو ارتفاع درجة الحرارة المتحكم بها إلى درجة حرارة نقع تبلغ 1250 درجة تقريبًا. بعد فترة انتظار، يتم التحكم في تبريد الجزء إلى ما بين 600 و800 درجة. يقوم مسجل درجة الحرارة بجمع البيانات عن ملف درجة الحرارة الفعلية للجزء بناءً على مدخلات المزدوجة الحرارية، وهو أحد متطلبات ضمان الجودة لتطبيقات تخفيف الإجهاد. يحدد نوع العمل والرمز المطبق الإجراء الفعلي.

فوائد التدفئة الحثية

يوفر التسخين بالحث الحثي العديد من الفوائد، بما في ذلك التوحيد الجيد للحرارة وجودتها، وتقليل زمن الدورة، والمواد الاستهلاكية طويلة الأمد. كما أن التسخين بالحث آمن وموثوق وسهل الاستخدام وموفر للطاقة ومتعدد الاستخدامات.

التوحيد والجودة. التسخين بالحث ليس حساسًا بشكل خاص لوضع الملف أو التباعد. وبوجه عام، يجب أن تكون الملفات متباعدة بشكل متساوٍ ومتمركزة على وصلة اللحام. في الأنظمة المجهزة على هذا النحو، يمكن لوحدة التحكم في درجة الحرارة تحديد متطلبات الطاقة بطريقة تناظرية، مما يوفر طاقة كافية للحفاظ على شكل درجة الحرارة. يوفر مصدر الطاقة الطاقة أثناء العملية بأكملها.

وقت الدورة. وتوفر طريقة الحث للتسخين المسبق وتخفيف الضغط وقتًا سريعًا نسبيًا للوصول إلى درجة الحرارة. في التطبيقات الأكثر سمكًا، مثل خطوط البخار عالية الضغط، يمكن للتسخين بالحث أن يقلل ساعتين من وقت الدورة. ومن الممكن تقليل وقت الدورة من درجة حرارة التحكم إلى درجة حرارة النقع.

المواد الاستهلاكية. من السهل تثبيت العازل المستخدم في التسخين بالحث على قطع العمل ويمكن إعادة استخدامه عدة مرات. بالإضافة إلى ذلك، فإن ملفات الحث قوية ولا تحتاج إلى أسلاك أو مواد خزفية هشة. وأيضًا، نظرًا لأن ملفات الحث والموصلات لا تعمل في درجات حرارة عالية، فإنها لا تتعرض للتلف.

سهولة الاستخدام. تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية للتسخين المسبق بالحث وتخفيف الضغط في بساطته. فالعزل والكابلات سهلة التركيب، وعادة ما يستغرق تركيبها أقل من 15 دقيقة. وفي بعض الحالات، يمكن تعليم كيفية استخدام معدات الحث في يوم واحد.

كفاءة الطاقة. ويتميز مصدر الطاقة العاكس بكفاءة بنسبة 92 في المائة، وهي ميزة بالغة الأهمية في عصر الارتفاع الكبير في تكاليف الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، تزيد كفاءة عملية التسخين بالحث عن 80 في المائة. وفيما يتعلق بمدخلات الطاقة، فإن عملية الحث لا تتطلب سوى خط 40 أمبير للحصول على 25 كيلوواط من الطاقة.

السلامة. يعد التسخين المسبق وتخفيف الضغط من خلال طريقة الحث الحثي صديقًا للعمال. لا يتطلب التسخين بالحث عناصر وموصلات تسخين ساخنة. ويرتبط القليل جدًا من الجسيمات المحمولة في الهواء ببطانيات العزل، ولا يتعرض العازل نفسه لدرجات حرارة أعلى من 1800 درجة، مما قد يتسبب في تحلل العزل إلى غبار قد يستنشقه العمال.

الموثوقية. أحد أهم العوامل التي تؤثر على الإنتاجية في تخفيف الإجهاد هو عدم انقطاع الدورة. في معظم الحالات، يعني انقطاع الدورة أنه يجب إعادة المعالجة الحرارية، وهو أمر مهم عندما تستغرق الدورة الحرارية يومًا كاملاً. مكونات نظام التسخين بالحث تجعل انقطاع الدورة غير محتمل. الكابلات الخاصة بالحث بسيطة، مما يجعلها أقل عرضة للفشل. كما لا يتم استخدام أي ملامسات للتحكم في مدخلات الحرارة إلى الجزء.

تعدد الاستخدامات. بالإضافة إلى استخدام أنظمة التدفئة بالحث الحثي للتسخين المسبق وتخفيف الضغط على الأنابيب، قام المستخدمون بتكييف العملية مع اللحامات والأكواع والصمامات والأجزاء الأخرى. ويتمثل أحد جوانب التسخين بالحث الذي يجعلها جذابة للأشكال المعقدة في القدرة على ضبط الملفات أثناء عملية التسخين لاستيعاب الأجزاء الفريدة والمشتتات الحرارية. يمكن للمشغل بدء العملية وتحديد تأثيرات عملية التسخين في الوقت الفعلي وتعديل موضع الملف لتغيير النتيجة. يمكن تحريك كابلات الحث دون انتظار تبريد الهواء في نهاية الدورة.

التسخين بالحث الحثي قبل تطبيقات اللحام

وقد أثبتت هذه التقنية نفسها في عدد من المشاريع، بما في ذلك خطوط أنابيب النفط والغاز، وبناء المعدات الثقيلة، وصيانة وإصلاح معدات التعدين.

خط أنابيب النفط. احتاجت إحدى عمليات صيانة خطوط أنابيب النفط في أمريكا الشمالية إلى تسخين الأنابيب قبل لحام أكمام أو تجهيزات إصلاحات التطويق في محيط خط الأنابيب البالغ 48 بوصة. وفي حين كان بإمكان العمال إجراء العديد من الإصلاحات دون الحاجة إلى إيقاف تدفق النفط أو تصريفه من الأنبوب، إلا أن وجود النفط الخام نفسه أعاق كفاءة اللحام لأن النفط المتدفق يمتص الحرارة. كانت مشاعل البروبان تتطلب انقطاعًا مستمرًا للحام للحفاظ على الحرارة، وغالبًا ما كانت مشاعل البروبان تتطلب انقطاعًا مستمرًا للحام للحفاظ على الحرارة، كما أن التسخين بالمقاومة - رغم توفيره حرارة مستمرة - لم يكن بإمكانه في كثير من الأحيان تلبية درجات حرارة اللحام المطلوبة.

استخدم العمال نظامين بقدرة 25 كيلوواط مع بطانيات متوازية للحصول على درجة حرارة تسخين مسبق تبلغ 125 درجة على إصلاحات الأكمام الدائرية. ونتيجة لذلك، خفضوا زمن الدورة من ثماني ساعات إلى 12 ساعة إلى أربع ساعات لكل لحام طوق.

كان التسخين المسبق للتركيبة STOPPLE (وصلة على شكل حرف T مع صمام) أكثر صعوبة بسبب زيادة سماكة جدار التجهيزات. ومع ذلك، استخدمت الشركة مع التسخين بالحث أربعة أنظمة بقدرة 25 كيلو وات مع إعداد بطانية متوازية. واستخدمت الشركة نظامين على كل جانب من جوانب T. واستخدمت نظامًا واحدًا على الخط الرئيسي للتسخين المسبق للزيت، واستخدمت الثاني للتسخين المسبق ل T عند وصلة اللحام المحيطية. كانت درجة حرارة التسخين المسبق 125 درجة. أدى ذلك إلى تقليل وقت اللحام من 12 إلى 18 ساعة إلى سبع ساعات لكل لحام محيطي.

خط أنابيب الغاز الطبيعي. استلزم مشروع بناء خط أنابيب غاز طبيعي بناء خط أنابيب بقطر 36 بوصة وسمك 0.633 بوصة من ألبرتا بكندا إلى شيكاغو. على أحد امتدادات خط الأنابيب هذا، استخدم مقاول اللحام مصدري طاقة بقدرة 25 كيلو وات مثبتين على جرار مع بطانيات الحث المثبتة على أذرع الحث للسرعة والراحة. قامت مصادر الطاقة بالتسخين المسبق لكلا جانبي وصلة الأنبوب. كانت السرعة والتحكم الموثوق في درجة الحرارة أمرًا حاسمًا في هذه العملية. مع زيادة محتوى السبائك في المواد لتقليل الوزن ووقت اللحام ولزيادة عمر الجزء، يصبح التحكم في درجات حرارة التسخين المسبق أكثر أهمية. تطلب تطبيق التسخين بالحث الحثي هذا أقل من ثلاث دقائق للحصول على درجة حرارة التسخين المسبق 250 درجة.

معدات ثقيلة. قامت إحدى الشركات المصنعة للمعدات الثقيلة في كثير من الأحيان بلحام أسنان المحول على حواف دلو الجرافة. كان يتم نقل المجموعة الملحومة بالمسامير ذهابًا وإيابًا إلى فرن كبير، مما يتطلب من مشغل اللحام الانتظار أثناء إعادة تسخين الجزء بشكل متكرر. اختارت الشركة المصنِّعة تجربة التسخين بالحث لتسخين التجميع مسبقًا لمنع حركة المنتج.

كانت المادة بسماكة 4 بوصات مع درجة حرارة عالية مطلوبة للتسخين المسبق بسبب محتوى السبيكة. تم تطوير بطانيات الحث المخصصة لتلبية متطلبات التطبيق. قدم تصميم العزل والملف فائدة إضافية تتمثل في حماية المشغل من الحرارة المشعة للجزء. وبشكل عام، كانت العمليات أكثر كفاءة إلى حد كبير، مما قلل من وقت اللحام وحافظ على درجة الحرارة طوال عملية اللحام.

معدات التعدين. كان أحد المناجم يعاني من مشاكل التشقق البارد وعدم كفاءة التسخين المسبق باستخدام سخانات البروبان في عمليات إصلاح معدات التعدين. كان على مشغلي اللحام إزالة بطانية عازلة تقليدية من الجزء السميك بشكل متكرر لتطبيق الحرارة والحفاظ على الجزء في درجة الحرارة الصحيحة.

تحافظ بطانية التسخين المسبق بالحث على درجة حرارة حافة الجرافة أثناء تركيب الأسنان.
اختار المنجم تجربة التسخين بالحث باستخدام بطانيات مسطحة مبردة بالهواء لتسخين الأجزاء قبل اللحام. طبقت عملية الحث الحرارة على الجزء بسرعة. كما يمكن استخدامها بشكل مستمر أثناء عملية اللحام. تم تقليل وقت إصلاح اللحام بنسبة 50 في المائة. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز مصدر الطاقة بجهاز تحكم في درجة الحرارة للحفاظ على الجزء في درجة الحرارة المستهدفة. وهذا قضى تقريبًا على إعادة العمل الناجم عن التشقق البارد.

محطة توليد الكهرباء. كانت إحدى شركات بناء محطات الطاقة تقوم ببناء منشأة لتوليد الطاقة بالغاز الطبيعي في كاليفورنيا. كان صانعو الغلايات والأنابيب يعانون من تأخيرات في البناء بسبب طرق التسخين المسبق وتخفيف الضغط التي كانوا يستخدمونها على خطوط البخار في المحطة. أحضرت الشركة تقنية التسخين بالحث في محاولة لزيادة الكفاءة، خاصة للعمل على خطوط البخار المتوسطة والكبيرة، حيث تستغرق هذه القطع معظم وقت المعالجة الحرارية المطلوبة في موقع العمل.

يمكن أن تؤدي بساطة لف البطانيات الحثية حول الأشكال المعقدة، كما هو الحال في محطة توليد الطاقة بالغاز الطبيعي هذه، إلى تقليل وقت المعالجة الحرارية.
في اللحام النموذجي الذي يبلغ قطره 16 بوصة مع سمك جدار يبلغ 2 بوصة، تمكنت التسخين بالحث من اختصار ساعتين من الوقت اللازم للوصول إلى درجة الحرارة (600 درجة) وساعة أخرى للوصول إلى درجة حرارة النقع (600 درجة إلى 1,350 درجة) لتخفيف الضغط.