ヒーターを取り除く応力の溶接の前の誘導の予熱

なぜ溶接前に誘導予熱を使用するのですか？誘導予熱は、溶接後の冷却速度を遅らせることができる。これは、溶接金属中の拡散水素を逃がし、水素に起因する亀裂を回避するのに有益である。同時に、溶接シールと熱影響部の硬化レベルを低下させ、溶接継手の耐割れ性を向上させます。
誘導予熱は溶接応力を軽減できる。局所的または全体的に均一な誘導予熱を行うことで、溶接エリア内の溶接機間の温度差（温度勾配とも呼ばれる）を低減することができる。このようにして、一方では溶接応力が低減され、他方では溶接ひずみ速度が低減され、溶接割れの回避に有益である。

誘導予熱は溶接構造物の拘束度を下げることができ、特にアングル継手の拘束度を下げることは明らかである。誘導予熱温度の上昇に伴い、亀裂発生率は減少する。
誘導予熱温度と層間温度（注：被溶接材に多層・多パス溶接を行う場合、後工程の溶接時に前工程の溶接部の最低温度を層間温度という。誘導予熱溶接が必要な材料で、多層溶接が必要な場合、層間温度は誘導予熱温度と同じか、それより少し高くする。層間温度が誘導予熱温度より低い場合は、再度誘導予熱する必要がある。
さらに、鋼板板厚方向および溶接部における誘導予熱温度の均一性は、溶接応力の低減に重要な効果を持つ。局部誘導予熱の幅は、溶接機の制約によって決めるべきで、一般的に溶接部周辺の肉厚の3倍、150-200mm以上である。誘導予熱が均一でない場合、溶接応力が減少しないばかりか、溶接応力を増加させる。

適切なIH予熱ソリューションを見つけるには？

適切な誘導予熱装置を選ぶ際には、主に以下の点を考慮する：

被加熱物の形状とサイズ：大きいワーク、棒材料、固体材料は、相対的な力、低頻度の誘導加熱装置を選ぶべきである; ワークが小さいなら、管、版、ギヤ、等、低い相対的な力および高周波の誘導予熱装置は選ぶべきである。
加熱する深さと面積：深い加熱深さ、大面積、全体的な加熱は、大電力、低周波誘導加熱装置を選択する必要があります;浅い加熱深さ、小面積、局所加熱、比較的小さい電力、高周波誘導予熱装置の選択。
要求される加熱速度：加熱速度が速い場合は、比較的大きな出力と比較的高い周波数を持つ誘導加熱装置を選択する必要があります。
連続作業時間：連続作業時間が長い、比較的やや大きい出力誘導予熱装置を選択する。
誘導加熱ヘッドと誘導機の間の距離：長い接続も、水冷ケーブル接続の使用は、比較的大きな電力誘導予熱機でなければなりません。

誘導加熱：その仕組み

誘導加熱システムは非接触加熱を採用している。抵抗加熱のように発熱体を部品に接触させて熱を伝導させるのではなく、電磁気的に熱を誘導する。誘導加熱は電子レンジのようなもので、器具は冷えたまま、食品は内部から加熱される。

工業的な例では誘導加熱高周波磁場の中に部品を置くことで、部品に熱が誘導される。磁場は部品内部に渦電流を発生させ、部品の分子を刺激して熱を発生させる。加熱は金属表面よりわずかに下で起こるため、熱が無駄になることはない。

誘導加熱が抵抗加熱と似ているのは、断面や部品を加熱するのに伝導が必要な点である。唯一の違いは、熱源とツールの温度です。誘導加熱は部品内部を加熱し、抵抗加熱は部品表面を加熱する。加熱の深さは周波数によって異なる。高周波（例：50 kHz）は表面近くを加熱し、低周波（例：60 Hz）は部品の奥深くまで浸透し、最大3 mmの深さまで加熱源を配置するため、厚い部品の加熱が可能です。誘導コイルが加熱されないのは、流れる電流に対して導体が大きいからである。つまり、ワークを加熱するためにコイルを加熱する必要がない。

誘導加熱システム部品

誘導加熱システムには、用途に応じて空冷式と液冷式があります。どちらのシステムにも共通する重要なコンポーネントは、部品内で熱を発生させるために使用される誘導コイルです。

空冷システム。一般的な空冷システムは、電源、誘導ブランケット、関連ケーブルで構成されています。誘導ブランケットは、絶縁体で囲まれた誘導コイルで構成され、高温で交換可能なケブラー製スリーブに縫い込まれています。

このタイプの誘導システムは、温度を監視し、自動的に制御するためのコントローラを含むことができる。コントローラーを装備していないシステムでは、温度インジケーターを使用する必要がある。システムには遠隔オン・オフスイッチを含めることもできる。空冷式システムは、予熱専用システムとして、華氏400度までの用途に使用できる。

液冷システム。液体は空気よりも効率的に冷却するため、このタイプの誘導加熱システムは、高温予熱や応力緩和など、より高い温度を必要とする用途に適しています。空冷式システムとの主な違いは、水冷装置の追加と、誘導コイルを収納するフレキシブルな液冷ホースの使用です。液冷システムはまた、一般的に温度コントローラーと内蔵温度レコーダーを使用しており、応力除去用途では特に重要なコンポーネントです。

典型的な応力除去手順では、華氏600度から800度まで昇温した後、ランプまたは制御された温度上昇を経て、約1250度のソーク温度まで昇温する必要がある。保持時間の後、部品は600～800度まで制御冷却されます。温度記録装置は、熱電対入力に基づく部品の実際の温度プロファイルのデータを収集し、応力緩和アプリケーションの品質保証要件となります。作業の種類と適用されるコードによって、実際の手順が決まります。

誘導加熱の利点

誘導加熱には、熱の均一性と品質の高さ、サイクルタイムの短縮、消耗品の長寿命化など、数多くの利点があります。誘導加熱はまた、安全で信頼性が高く、使いやすく、電力効率が高く、汎用性があります。

均一性と品質。誘導加熱は、コイルの配置や間隔に特に敏感ではない。一般的に、コイルは均等な間隔で、溶接継手の中央に配置する必要があります。このように装備されたシステムでは、温度コントローラーがアナログ方式で電力要件を設定し、温度プロファイルを維持するのに十分な電力を供給できる。電源は、全工程で電力を供給する。

サイクルタイム.誘導加熱による予熱と応力除去は、比較的短時間で温度を上げることができる。高圧蒸気ラインのような厚い用途では、誘導加熱によりサイクルタイムを2時間短縮できる。制御温度からソーク温度までのサイクルタイムを短縮することも可能です。

消耗品。 誘導加熱に使用される断熱材は、ワークへの取り付けが簡単で、何度も再利用できる。さらに、誘導コイルは頑丈で、壊れやすいワイヤーやセラミック材料を必要としません。また、誘導コイルやコネクターは高温で動作しないため、劣化の心配もありません。

使いやすさ。 誘導予熱とストレスリリーフの主な利点は、そのシンプルさである。絶縁体やケーブルの取り付けは簡単で、通常15分もかかりません。場合によっては、誘導装置の使い方を1日で教えられることもある。

電力効率。 インバーター電源の効率は92％で、エネルギー・コストが高騰する時代には重要な利点となる。さらに、誘導加熱プロセスの効率は80％以上である。電力入力に関しても、誘導加熱プロセスでは25kWの電力で40アンペアのラインしか必要としない。

安全だ。 誘導加熱による予熱と応力緩和は作業者に優しい。誘導加熱は高温の発熱体やコネクターを必要としません。断熱ブランケットに関連する空気中の微粒子はほとんどなく、断熱材自体も、作業員が吸い込む可能性のある断熱材が粉塵に分解する原因となる1,800度以上の高温にさらされることはありません。

信頼性。 応力除去の生産性を左右する最も重要な要因の1つは、中断のないサイクルです。ほとんどの場合、サイクルの中断は熱処理を再実行する必要があることを意味し、熱サイクルが完了するまでに1日かかることがある場合には重要なことです。誘導加熱システムのコンポーネントは、サイクル中断の可能性を低くします。誘導加熱の配線はシンプルで、故障の可能性が低くなります。また、部品への入熱を制御するためのコンタクターも使用しません。

汎用性がある。 を使用する。誘導加熱システムは、パイプの予熱と応力除去に使用され、ユーザーはこのプロセスをウェルドレット、エルボ、バルブ、その他の部品に適用してきました。複雑な形状にも対応できる誘導加熱の魅力のひとつは、加熱プロセス中にコイルを調整し、独自の部品やヒートシンクに対応できることです。オペレーターは、プロセスを開始し、加熱プロセスの効果をリアルタイムで判断し、コイル位置を変更して結果を変更することができます。誘導ケーブルは、サイクル終了時の空冷を待たずに移動させることができます。

溶接前の誘導加熱

この技術は、石油・ガスパイプライン、重機建設、鉱山機械の保守・修理など、数多くのプロジェクトで実証されている。

石油パイプライン 北米の石油パイプラインの保守作業では、パイプラインの48インチの胴回りに環状補修スリーブや継手を溶接する前に、パイプを加熱する必要があった。作業員は、石油の流れを止めたり、パイプから石油を抜き取ったりすることなく、多くの修理を行うことができたが、原油そのものが存在するため、流れている石油が熱を吸収してしまい、溶接の効率を妨げていた。プロパン・トーチは熱を維持するために溶接を常に中断する必要があり、抵抗加熱は継続的に熱を供給するものの、必要な溶接温度を満たせないことが多かった。

作業員たちは、平行ブランケットを備えた2台の25 kWシステムを使用し、包囲スリーブ補修の予熱温度を125度にした。その結果、1回の胴回り溶接にかかるサイクルタイムを8～12時間から4時間に短縮することができた。

STOPPLE継手（バルブ付きT字継手）修理の予熱は、継手の肉厚が大きいため、さらに困難でした。しかし、誘導加熱では、並列ブランケットセットアップで4台の25kWシステムを使用しました。1台はメインラインでオイルを予熱するために使用し、もう1台は円周溶接継手のTを予熱するために使用しました。予熱温度は125度であった。これにより、1回の胴回り溶接にかかる時間は12～18時間から7時間に短縮された。

天然ガスパイプライン ある天然ガスパイプライン建設プロジェクトでは、カナダのアルバータ州からシカゴまで、直径36インチ、厚さ0.633インチのパイプラインを建設しました。このパイプラインのある区間では、溶接請負業者がトラクターに取り付けた2台の25kW電源を使用し、誘導ブランケットをブームに取り付けて速度と利便性を確保しました。電源はパイプ継手の両側を予熱しました。このプロセスで重要だったのは、スピードと信頼性の高い温度制御でした。軽量化と溶接時間の短縮、部品寿命の延長のために合金含有量が増加するにつれて、予熱温度の制御がより重要になります。この誘導加熱アプリケーションでは、250度の予熱温度を得るのに3分もかかりませんでした。

重機。 ある重機メーカーは、ローダーのバケットエッジにアダプターの歯を溶接することがよくあった。タック溶接されたアセンブリは、大型の炉を行ったり来たりしていたため、溶接オペレーターは部品が再加熱される間、何度も待つ必要があった。このメーカーは、製品の移動を防ぐために、アセンブリの予熱に誘導加熱を試してみることにしました。

材料は厚さ4インチで、合金含有のため予熱温度が高い。アプリケーションの要件を満たすために、カスタマイズされた誘導ブランケットが開発されました。断熱材とコイルの設計により、作業者を部品の輻射熱から遮蔽するという利点も加わった。全体として、作業効率が大幅に向上し、溶接時間が短縮され、溶接プロセス全体を通して温度が維持された。

鉱山機械。 ある鉱山では、鉱山機械の修理作業において、プロパンヒーターを使用した低温割れの問題と予熱効率の悪さに悩まされていた。溶接作業者は、熱を加えて部品を適切な温度に保つために、従来の断熱ブランケットを厚い部品から頻繁に取り外さなければなりませんでした。

誘導予熱ブランケットは、歯付けの間、バケットエッジの温度を維持する。
この鉱山では、溶接前に平らな空冷ブランケットを使用して部品を予熱する誘導加熱を試すことにした。誘導加熱は部品に素早く熱を加える。また、溶接工程中も連続して使用することができた。溶接の修理時間は50％短縮された。さらに、電源には部品を目標温度に保つ温度コントローラーが装備されていた。これにより、低温割れによる再加工がほとんどなくなった。

発電所。 ある発電所建設業者がカリフォルニア州で天然ガス発電施設を建設していた。ボイラー工と配管工は、プラントの蒸気ラインに採用していた予熱と応力除去の方法が原因で、建設に遅れが生じていた。同社は、特に中型から大型の蒸気配管の作業効率を高めるため、誘導加熱技術を導入しました。

この天然ガス発電所のように、複雑な形状にインダクション・ブランケットを巻き付けるだけで、熱処理時間を短縮できる。
肉厚2インチの典型的な16インチ・ウェルドレットでは、誘導加熱により、温度到達時間（600度）を2時間短縮し、応力除去のためのソーク温度（600度から1,350度）に達するまでにさらに1時間短縮することができました。