스트레스 완화 히터를 위한 용접 전 유도 예열
용접 전 유도 예열을 사용하는 이유는 무엇입니까?
유도 예열은 용접 후 냉각 속도를 늦출 수 있습니다. 용접 금속에 확산된 수소를 배출하고 수소로 인한 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 동시에 용접 밀봉 및 열 영향 영역 경화 수준을 낮추고 용접 조인트 균열 저항성이 향상됩니다.
유도 예열은 용접 응력을 줄일 수 있습니다. 용접 영역에서 용접기 사이의 온도 차이(온도 구배라고도 함)는 균일하게 국부 또는 전체 유도 예열을 통해 줄일 수 있습니다. 이러한 방식으로 한편으로는 용접 응력이 감소하고 다른 한편으로는 용접 변형률이 감소하여 용접 균열을 방지하는 데 도움이됩니다.
유도 예열은 용접 구조의 구속 정도를 줄일 수 있으며, 특히 앵글 조인트의 구속을 줄이는 것이 분명합니다. 유도 예열 온도가 증가하면 균열 발생률이 감소합니다.
유도 예열 온도 및 층간 온도(참고: 용접물에 다층 및 다중 패스 용접이 수행되는 경우, 후용접이 용접될 때 전면 용접의 최저 온도를 층간 온도라고 합니다. 유도 예열 용접이 필요한 재료의 경우, 다층 용접이 필요한 경우 층간 온도는 유도 예열 온도와 같거나 약간 높아야 합니다. 층간 온도가 유도 예열 온도보다 낮으면 다시 유도 예열을 해야 합니다.
또한 강판 두께 방향과 용접 영역에서 유도 예열 온도의 균일 성은 용접 응력을 줄이는 데 중요한 영향을 미칩니다. 국부 유도 예열의 폭은 용접기의 제약 조건에 따라 결정되어야하며 일반적으로 용접 영역 주변 벽 두께의 3 배, 150-200mm 이상이어야합니다. 유도 예열이 균일하지 않으면 용접 응력이 감소하지 않을뿐만 아니라 용접 응력이 증가합니다.
적합한 인덕션 예열 솔루션을 찾는 방법은?
적절한 인덕션 예열 장비를 선택할 때는 주로 다음 측면을 고려하세요:
가열 된 공작물의 모양과 크기 ..: 큰 공작물, 바 재료, 고체 재료는 상대 전력, 저주파 유도 가열 장비를 선택해야합니다. 공작물이 작고 파이프, 플레이트, 기어 등인 경우 낮은 상대 전력과 고주파를 가진 유도 예열 장비를 선택해야합니다.
가열할 깊이와 면적: 깊은 가열 깊이, 넓은 면적, 전체 가열, 큰 전력, 저주파 유도 가열 장비를 선택해야합니다. 얕은 가열 깊이, 작은 면적, 국부 가열, 상대적으로 작은 전력, 고주파 유도 예열 장비의 선택.
필요한 가열 속도: 가열 속도가 빠른 경우 상대적으로 큰 전력과 상대적으로 높은 주파수를 가진 유도가열 장비를 선택해야 합니다.
장비 연속 작업 시간: 연속 작업 시간이 길고, 상대적으로 약간 더 큰 전력 유도 예열 장비를 선택합니다.
인덕션 가열 헤드와 인덕션 기계 사이의 거리: 긴 연결, 수냉식 케이블 연결을 사용하더라도 비교적 큰 전력의 유도 예열 기계여야 합니다.
인덕션 가열: 어떻게 작동하나요?
인덕션 히팅 시스템 비접촉식 가열을 사용합니다. 저항 가열처럼 발열체를 부품에 접촉시켜 열을 전도하는 방식이 아니라 전자기적으로 열을 유도하는 방식입니다. 인덕션 히팅은 전자레인지처럼 작동하며, 음식이 내부에서 조리되는 동안 기기는 차가운 상태를 유지합니다.
다음과 같은 산업 사례에서 유도 가열고주파 자기장에 부품을 놓으면 부품에 열이 유도됩니다. 자기장은 부품 내부에 와전류를 생성하여 부품의 분자를 여기시키고 열을 발생시킵니다. 금속 표면 약간 아래에서 열이 발생하기 때문에 열이 낭비되지 않습니다.
유도 가열과 저항 가열의 유사점은 단면 또는 부품을 가열하기 위해 전도가 필요하다는 점입니다. 유일한 차이점은 열원과 도구의 온도입니다. 인덕션 공정은 부품 내부에서 가열하고 저항 공정은 부품 표면에서 가열합니다. 가열 깊이는 주파수에 따라 다릅니다. 고주파(예: 50kHz)는 표면 가까이에서 가열하는 반면 저주파(예: 60Hz)는 부품 깊숙이 침투하여 최대 3mm 깊이까지 열원을 배치하므로 두꺼운 부품을 가열할 수 있습니다. 인덕션 코일은 도체가 전류 전달에 비해 크기 때문에 가열되지 않습니다. 즉, 공작물을 가열하기 위해 코일을 가열할 필요가 없습니다.
인덕션 히팅 시스템 구성 요소
유도 가열 시스템은 애플리케이션 요구 사항에 따라 공랭식 또는 수냉식일 수 있습니다. 두 시스템의 공통된 핵심 구성 요소는 부품 내에서 열을 발생시키는 데 사용되는 인덕션 코일입니다.
공랭식 시스템. 일반적인 공랭식 시스템은 전원, 인덕션 블랭킷 및 관련 케이블로 구성됩니다. 인덕션 블랭킷은 단열재로 둘러싸인 인덕션 코일과 고온의 교체 가능한 케블라 슬리브로 구성됩니다.
이러한 유형의 인덕션 시스템에는 온도를 모니터링하고 자동으로 제어하는 컨트롤러가 포함될 수 있습니다. 컨트롤러가 장착되지 않은 시스템에는 온도 표시기를 사용해야 합니다. 시스템에는 원격 온오프 스위치도 포함될 수 있습니다. 공랭식 시스템은 최대 400도까지 사용할 수 있으며, 예열 전용 시스템으로 지정할 수 있습니다.
액체 냉각 시스템. 액체는 공기보다 더 효율적으로 냉각되기 때문에 이러한 유형의 유도 가열 시스템은 고온 예열 및 스트레스 해소와 같이 고온이 필요한 용도에 적합합니다. 공랭식 시스템과의 주요 차이점은 워터 쿨러를 추가하고 유도 코일을 수용하는 유연한 액체 냉각 호스를 사용한다는 점입니다. 또한 수냉식 시스템은 일반적으로 온도 컨트롤러와 내장 온도 레코더를 사용하며, 특히 스트레스 완화 애플리케이션에서 중요한 구성 요소입니다.
일반적인 응력 완화 절차는 600~800도까지 단계적으로 상승한 후 약 1,250도의 담금 온도까지 램프 또는 제어된 온도 상승을 거쳐야 합니다. 홀드 시간이 지나면 부품은 600~800도 사이로 제어 냉각됩니다. 온도 레코더는 열전대 입력을 기반으로 부품의 실제 온도 프로파일에 대한 데이터를 수집하며, 이는 스트레스 완화 애플리케이션의 품질 보증 요건입니다. 작업 유형과 해당 코드에 따라 실제 절차가 결정됩니다.
인덕션 히팅의 장점
인덕션 가열은 우수한 열 균일성과 품질, 사이클 시간 단축, 오래 지속되는 소모품 등 다양한 이점을 제공합니다. 또한 인덕션 가열은 안전하고 신뢰할 수 있으며 사용하기 쉽고 전력 효율이 높으며 다용도로 사용할 수 있습니다.
균일성 및 품질. 인덕션 가열은 코일 배치나 간격에 특별히 민감하지 않습니다. 일반적으로 코일은 균일한 간격으로 용접 조인트의 중앙에 배치해야 합니다. 이렇게 장착된 시스템에서는 온도 컨트롤러가 아날로그 방식으로 전력 요구 사항을 설정하여 온도 프로파일을 유지하기에 충분한 전력을 공급할 수 있습니다. 전원은 전체 프로세스 동안 전력을 공급합니다.
주기 시간. 예열 및 응력 완화 유도 방식은 상대적으로 빠른 온도 도달 시간을 제공합니다. 고압 증기 라인과 같이 두꺼운 응용 분야에서는 유도 가열을 통해 사이클 시간을 2시간 단축할 수 있습니다. 제어 온도에서 담금 온도까지 사이클 시간을 단축할 수 있습니다.
소모품. 인덕션 가열에 사용되는 단열재는 공작물에 쉽게 부착할 수 있으며 여러 번 재사용할 수 있습니다. 또한 인덕션 코일은 견고하며 깨지기 쉬운 와이어나 세라믹 소재가 필요하지 않습니다. 또한 인덕션 코일과 커넥터는 고온에서 작동하지 않기 때문에 성능이 저하되지 않습니다.
사용 편의성. 인덕션 예열 및 스트레스 해소의 가장 큰 장점은 간편함입니다. 단열재와 케이블을 설치하는 데 보통 15분도 채 걸리지 않을 정도로 설치가 간단합니다. 경우에 따라서는 인덕션 장비 사용법을 하루 만에 배울 수 있습니다.
전력 효율성. 인버터 전원의 효율이 92%에 달해 에너지 비용이 치솟는 시대에 매우 중요한 이점입니다. 또한 유도 가열 프로세스는 80% 이상 효율적입니다. 전원 입력과 관련하여 인덕션 공정은 25kW의 전력에 40암페어 라인만 필요합니다.
안전. 인덕션 방식을 통한 예열 및 스트레스 해소는 작업자 친화적입니다. 인덕션 가열에는 뜨거운 발열체와 커넥터가 필요하지 않습니다. 단열 블랭킷과 관련된 공기 중 미립자가 거의 없으며 단열재 자체가 1,800도 이상의 온도에 노출되지 않아 단열재가 분해되어 작업자가 흡입할 수 있는 먼지가 발생할 수 있습니다.
신뢰성. 스트레스 해소에서 생산성에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나는 중단 없는 사이클입니다. 대부분의 경우 사이클 중단은 열처리를 다시 실행해야 함을 의미하며, 열처리 사이클을 완료하는 데 하루가 걸릴 수 있는 경우 이는 중요한 문제입니다. 인덕션 가열 시스템 구성 요소는 사이클 중단 가능성을 낮춥니다. 인덕션용 케이블은 간단하여 고장 가능성이 적습니다. 또한 부품에 대한 열 입력을 제어하기 위해 접촉기를 사용하지 않습니다.
다용도성. 다음을 사용하는 것 외에도 유도 가열 시스템 파이프를 예열하고 응력을 완화하기 위해 사용자들은 용접구, 엘보우, 밸브 및 기타 부품에 이 공정을 적용했습니다. 복잡한 형상에 매력적인 유도 가열의 측면 중 하나는 가열 공정 중에 코일을 조정하여 고유한 부품과 방열판을 수용할 수 있다는 점입니다. 작업자는 공정을 시작하고, 가열 공정의 효과를 실시간으로 확인하고, 코일 위치를 수정하여 결과를 변경할 수 있습니다. 인덕션 케이블은 사이클이 끝날 때 공기 냉각을 기다릴 필요 없이 이동할 수 있습니다.
용접 응용 분야 전 유도 가열
이 기술은 석유 및 가스 파이프라인, 중장비 건설, 광산 장비의 유지보수 및 수리 등 여러 프로젝트에서 그 우수성이 입증되었습니다.
송유관. 북미의 한 송유관 유지보수 작업에서는 파이프라인의 48인치 둘레에 인클로저 수리 슬리브 또는 피팅을 용접하기 전에 파이프를 가열해야 했습니다. 작업자는 파이프에서 기름의 흐름을 멈추거나 배수할 필요 없이 많은 수리를 할 수 있었지만, 흐르는 기름이 열을 흡수하기 때문에 용접 효율이 떨어졌습니다. 프로판 토치는 열을 유지하기 위해 용접을 계속 중단해야 했고, 저항 가열은 지속적인 열을 제공하지만 필요한 용접 온도를 충족시키지 못하는 경우가 많았습니다.
작업자들은 병렬 블랭킷이 있는 두 대의 25kW 시스템을 사용하여 외피 슬리브 수리 시 예열 온도를 125도로 맞췄습니다. 그 결과 둘레 용접당 사이클 시간을 8~12시간에서 4시간으로 단축했습니다.
스토플 피팅(밸브가 있는 T 접합부) 수리를 위한 예열은 피팅의 두꺼운 벽 두께 때문에 훨씬 더 까다로웠습니다. 그러나 유도 가열을 통해 이 회사는 병렬 블랭킷 설정으로 25kW 시스템 4대를 사용했습니다. 한 시스템은 메인 라인에서 오일을 예열하는 데 사용되었고, 두 번째 시스템은 원주 용접 조인트에서 T를 예열하는 데 사용되었습니다. 예열 온도는 125도였습니다. 그 결과 용접 시간이 둘레 용접당 12~18시간에서 7시간으로 단축되었습니다.
천연 가스 파이프라인. 천연가스 파이프라인 건설 프로젝트에는 캐나다 앨버타에서 시카고까지 직경 36인치, 두께 0.633인치의 파이프라인을 건설하는 작업이 포함되었습니다. 이 파이프라인의 한 구간에서 용접 계약업체는 속도와 편의를 위해 인덕션 블랭킷을 붐에 부착한 트랙터에 두 개의 25kW 전원을 사용했습니다. 이 전원은 파이프 조인트의 양쪽을 예열했습니다. 이 공정에서 가장 중요한 것은 속도와 안정적인 온도 제어였습니다. 무게와 용접 시간을 줄이고 부품 수명을 늘리기 위해 재료에 합금 함량이 증가함에 따라 예열 온도 제어가 더욱 중요해졌습니다. 이 유도 가열 애플리케이션에서는 250도 예열 온도에 도달하는 데 3분도 채 걸리지 않았습니다.
중장비. 한 중장비 제조업체는 어댑터 톱니를 로더 버킷 가장자리에 용접하는 경우가 많았습니다. 압접 용접된 어셈블리는 대형 용광로로 앞뒤로 옮겨졌기 때문에 용접 작업자는 부품이 재가열되는 동안 반복적으로 기다려야 했습니다. 이 제조업체는 제품의 움직임을 방지하기 위해 유도 가열을 통해 어셈블리를 예열하기로 결정했습니다.
이 소재는 합금 함량으로 인해 필요한 예열 온도가 높고 두께가 4인치였습니다. 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 맞춤형 인덕션 블랭킷이 개발되었습니다. 단열재와 코일 설계는 작업자를 부품의 복사열로부터 보호하는 추가적인 이점을 제공했습니다. 전반적으로 작업 효율이 훨씬 더 높아져 용접 시간이 단축되고 용접 공정 내내 온도가 유지되었습니다.
채굴 장비. 한 광산은 광산 장비 수리 작업에서 프로판 히터를 사용하여 냉간 균열 문제와 예열 비효율을 경험하고 있었습니다. 용접 작업자는 열을 가하고 부품을 올바른 온도로 유지하기 위해 두꺼운 부품에서 기존 단열 블랭킷을 자주 제거해야 했습니다.
인덕션 예열 블랭킷은 치아를 부착하는 동안 버킷 가장자리의 온도를 유지합니다.
이 광산은 용접 전에 부품을 예열하기 위해 평평한 공냉식 블랭킷을 사용하여 유도 가열을 시도하기로 결정했습니다. 인덕션 공정은 부품에 빠르게 열을 가했습니다. 또한 용접 공정 중에 연속적으로 사용할 수 있었습니다. 용접 수리 시간이 50% 단축되었습니다. 또한 전원에는 온도 컨트롤러가 장착되어 있어 부품을 목표 온도로 유지할 수 있었습니다. 그 결과 냉간 균열로 인한 재작업이 거의 사라졌습니다.
발전소. 한 발전소 건설업체가 캘리포니아에 천연가스 발전 시설을 건설하고 있었습니다. 보일러 제조업체와 배관 시공업체는 발전소의 증기 라인에 예열 및 응력 완화 방법을 사용하면서 공사가 지연되는 문제를 겪고 있었습니다. 이 회사는 특히 작업 현장에서 가장 많은 열처리 시간이 소요되는 중대형 증기 라인 작업의 효율성을 높이기 위해 유도 가열 기술을 도입했습니다.
이 천연가스 발전소처럼 복잡한 형상을 인덕션 블랭킷으로 감싸는 것만으로도 열처리 시간을 줄일 수 있습니다.
벽 두께가 2인치인 일반적인 16인치 웰들렛의 경우, 유도 가열을 통해 온도 도달 시간(600도)을 2시간 단축하고 응력 완화를 위한 담금 온도(600도~1,350도)에 도달하는 데 1시간을 더 단축할 수 있었습니다.
