Inductievoorverwarming vóór het lassen voor spanningsvermindering

Inductie Voorverwarmen Vóór het Lassen Voor Spanningsverminderend Verwarming

Waarom inductievoorverwarming gebruiken vóór het lassen?Inductievoorverwarming kan de koelsnelheid na het lassen vertragen. Het is gunstig om de verspreide waterstof in het lasmetaal te laten ontsnappen en waterstofgeïnduceerde scheuren te voorkomen. Tegelijkertijd vermindert het ook de lasnaad en het verhardingsniveau van de warmte-beïnvloede zone, waardoor de weerstand tegen scheuren in de lasnaad wordt verbeterd.
Inductievoorverwarming kan de lasspanning verminderen. Het temperatuurverschil (ook wel temperatuurgradiënt genoemd) tussen lassers in het lasgebied kan worden verkleind door gelijkmatig lokaal of geheel inductievoorverwarmen. Op deze manier wordt enerzijds de lasspanning verminderd en anderzijds de lasspanning, wat gunstig is voor het voorkomen van lasscheuren.

Inductie voorverwarming kan de mate van beperking van de gelaste structuren verminderen, het is vooral duidelijk om de beperking van de hoekverbinding te verminderen. Met het toenemen van de inductievoorverwarmingstemperatuur neemt de scheurincidentie af.
Inductie voorverwarmingstemperatuur en tussenlaagtemperatuur (Opmerking: wanneer er meerlaags en meerlaags gelast wordt op het lasstuk, wordt de laagste temperatuur van de voorlas de tussenlaagtemperatuur genoemd wanneer de nalas wordt gelast. Voor materialen die inductie voorverwarmd lassen vereisen, wanneer meerlagig lassen vereist is, moet de tussenlaagtemperatuur gelijk zijn aan of iets hoger zijn dan de inductie voorverwarmingstemperatuur. Als de temperatuur van de tussenlaag lager is dan de inductievoorverwarmingstemperatuur, moet deze opnieuw inductievoorverwarmd worden.
Bovendien heeft de uniformiteit van de inductievoorverwarmingstemperatuur in de richting van de dikte van de staalplaat en in het lasgebied een belangrijk effect op het verminderen van lasspanning. De breedte van lokale inductievoorverwarming moet worden bepaald volgens de beperkingen van de lasser, over het algemeen drie keer de wanddikte rond de laszone, en niet minder dan 150-200 mm. Als de inductie voorverwarming niet uniform is, zal niet alleen de lasspanning niet verminderen, maar zal de lasspanning toenemen.

Hoe vind ik de juiste inductievoorverwarmingsoplossing?

Houd bij het kiezen van de juiste inductievoorverwarmingsapparatuur vooral rekening met de volgende aspecten:

De vorm en grootte van het verwarmde werkstuk...: Groot werkstuk, staafmateriaal, massief materiaal, moet worden geselecteerd relatief vermogen, lage frequentie inductie verwarming apparatuur; Als het werkstuk klein is, pijp, plaat, tandwiel, enz., moet de inductie voorverwarming apparatuur met laag relatief vermogen en hoge frequentie worden geselecteerd.
De diepte en het te verwarmen gebied: Diepe verwarmingsdiepte, groot gebied, algemene verwarming, moet kiezen groot vermogen, lage frequentie inductie verwarmingsapparatuur; Ondiepe verwarmingsdiepte, klein gebied, lokale verwarming, selectie van relatief klein vermogen, hoge frequentie inductie voorverwarming apparatuur.
De vereiste verwarmingssnelheid: Als de verwarmingssnelheid snel is, moet inductieverwarming met een relatief groot vermogen en relatief hoge frequentie worden gekozen.
Apparatuur continue werktijd: Continue werktijd is lang, relatief selecteer iets groter vermogen inductie voorverwarming apparatuur.
Afstand tussen de inductieverwarmingskop en de inductiemachine: Lange verbinding, zelfs het gebruik van een watergekoelde kabelverbinding, moet een relatief groot vermogen inductie voorverwarmingsmachine zijn.

Inductieverwarming: Hoe werkt het?

Inductieverwarmingssystemen gebruiken contactloze verwarming. Ze wekken elektromagnetische warmte op in plaats van een verwarmingselement in contact met een onderdeel om warmte te geleiden, zoals bij weerstandsverwarming. Inductieverwarming werkt meer als een magnetron - het apparaat blijft koel terwijl het voedsel van binnenuit gaar wordt.

In een industrieel voorbeeld van inductieverwarmingwarmte wordt opgewekt in het onderdeel door het in een hoogfrequent magnetisch veld te plaatsen. Het magnetische veld creëert wervelstromen in het onderdeel, waardoor de moleculen van het onderdeel worden geprikkeld en warmte wordt opgewekt. Omdat de verwarming net onder het metaaloppervlak plaatsvindt, wordt er geen warmte verspild.

Inductieverwarming lijkt op weerstandsverhitting omdat er geleiding nodig is om de doorsnede of het onderdeel te verwarmen. Het enige verschil is de warmtebron en de temperaturen van het gereedschap. Het inductieproces verwarmt binnenin het onderdeel en het weerstandsproces verwarmt aan het oppervlak van het onderdeel. De mate van verwarming hangt af van de frequentie. Hoogfrequent (bijv. 50 kHz) verwarmt dicht bij het oppervlak, terwijl laagfrequent (bijv. 60 Hz) dieper in het onderdeel doordringt en de verwarmingsbron tot 3 mm diep plaatst, waardoor dikkere onderdelen verwarmd kunnen worden. De inductiespoel wordt niet warm omdat de geleider groot is voor de stroom die wordt geleid. Met andere woorden, de spoel hoeft niet op te warmen om het werkstuk te verwarmen.

Onderdelen inductieverwarmingssysteem

Inductieverwarmingssystemen kunnen lucht- of vloeistofgekoeld zijn, afhankelijk van de vereisten van de toepassing. Een belangrijk onderdeel dat beide systemen gemeen hebben, is de inductiespoel die gebruikt wordt om warmte op te wekken binnen het onderdeel.

Luchtgekoeld systeem. Een typisch luchtgekoeld systeem bestaat uit een stroombron, een inductiedeken en bijbehorende kabels. De inductiedeken bestaat uit een inductiespoel omgeven door isolatie en genaaid in een vervangbare Kevlar huls voor hoge temperaturen.

Dit type inductiesysteem kan een regelaar bevatten om de temperatuur te controleren en automatisch te regelen. Bij een systeem zonder regelaar moet een temperatuurindicator worden gebruikt. Het systeem kan ook een aan/uit-schakelaar op afstand bevatten. Luchtgekoelde systemen kunnen worden gebruikt voor toepassingen tot 400 graden F, waarbij het wordt aangeduid als een systeem dat alleen voorverwarmt.

Vloeistofgekoeld systeem. Omdat vloeistof efficiënter koelt dan lucht, is dit type inductieverwarmingssysteem geschikt voor toepassingen die hogere temperaturen vereisen, zoals voorverwarming bij hoge temperaturen en spanningsontlasting. De belangrijkste verschillen met een luchtgekoeld systeem zijn de toevoeging van een waterkoeler en het gebruik van een flexibele, vloeistofgekoelde slang waarin de inductiespoel is geplaatst. Vloeistofgekoelde systemen maken ook meestal gebruik van een temperatuurregelaar en een ingebouwde temperatuurregistratie, bijzonder belangrijke componenten in toepassingen voor spanningsontlasting.

De typische spanningsverlichtingsprocedure vereist een stap naar 600 tot 800 graden F, gevolgd door een helling of gecontroleerde temperatuurstijging tot een inweektemperatuur van ongeveer 1250 graden. Na een wachttijd wordt het onderdeel gecontroleerd afgekoeld tot tussen 600 en 800 graden. De temperatuurregistrator verzamelt gegevens over het werkelijke temperatuurprofiel van het onderdeel op basis van een thermokoppel, een vereiste voor kwaliteitsborging bij spanningsverlagende toepassingen. Het type werk en de toepasselijke code bepalen de werkelijke procedure.

Voordelen van inductieverwarming

Inductieverwarming biedt talloze voordelen, zoals een goede warmte-uniformiteit en -kwaliteit, een kortere cyclustijd en duurzame verbruiksartikelen. Inductieverwarming is ook veilig, betrouwbaar, gebruiksvriendelijk, energiezuinig en veelzijdig.

Uniformiteit en kwaliteit. Inductieverwarming is niet bijzonder gevoelig voor de plaatsing of afstand van de spoelen. In het algemeen moeten de spoelen gelijkmatig verdeeld zijn en gecentreerd zijn op de lasnaad. Op systemen die hiermee zijn uitgerust, kan een temperatuurregelaar het benodigde vermogen analoog vaststellen en net genoeg vermogen leveren om het temperatuurprofiel te handhaven. De stroombron levert stroom tijdens het hele proces.

Cyclustijd. De inductiemethode van voorverwarmen en spanningsontlasten zorgt voor een relatief snelle time-to-temperature. Bij dikkere toepassingen, zoals hogedrukstoomleidingen, kan inductieverwarming de cyclustijd met twee uur verkorten. Het is mogelijk om de cyclustijd te verkorten van de controletemperatuur tot de inweektemperatuur.

Verbruiksartikelen. De isolatie die bij inductieverwarming wordt gebruikt, is eenvoudig op werkstukken aan te brengen en kan vele malen opnieuw worden gebruikt. Bovendien zijn inductiespoelen robuust en zijn er geen breekbare draden of keramische materialen nodig. Omdat de inductiespoelen en connectoren niet bij hoge temperaturen werken, zijn ze ook niet onderhevig aan degradatie.

Gebruiksgemak. Een groot voordeel van inductievoorverwarming en spanningsontlasting is de eenvoud. Isolatie en kabels zijn eenvoudig te installeren en duren meestal minder dan 15 minuten. In sommige gevallen kan in één dag geleerd worden hoe de inductieapparatuur gebruikt moet worden.

Energie-efficiëntie. De inverterende stroombron is 92 procent efficiënt, een cruciaal voordeel in een tijdperk van torenhoge energiekosten. Bovendien is het inductieverwarmingsproces meer dan 80 procent efficiënt. Wat betreft het opgenomen vermogen heeft het inductieproces slechts een 40-amp leiding nodig voor 25 kW vermogen.

Veiligheid. Voorverwarmen en spanningsvrij maken door middel van inductie is arbeidsvriendelijk. Bij inductieverwarming zijn geen hete verwarmingselementen en verbindingsstukken nodig. Er komen zeer weinig deeltjes in de lucht terecht bij de isolatiedekens en de isolatie zelf wordt niet blootgesteld aan temperaturen hoger dan 1.800 graden, waardoor isolatie kan afbreken tot stof dat werknemers kunnen inademen.

Betrouwbaarheid. Een van de belangrijkste factoren die van invloed zijn op de productiviteit bij het spanningsvrij maken, is een ononderbroken cyclus. In de meeste gevallen betekent een onderbreking van de cyclus dat de warmtebehandeling overgedaan moet worden, wat belangrijk is als het een dag kan duren voordat een thermische cyclus voltooid is. De onderdelen van het inductieverwarmingssysteem maken cyclusonderbrekingen onwaarschijnlijk. De bekabeling voor inductie is eenvoudig, waardoor de kans op storingen kleiner is. Er worden ook geen contactors gebruikt om de warmte-invoer naar het onderdeel te regelen.

Veelzijdigheid. Naast het gebruik van inductieverwarmingssystemen voor het voorverwarmen en spanningsvrij maken van pijpen, hebben gebruikers het proces aangepast voor lasnaden, ellebogen, kleppen en andere onderdelen. Een van de aspecten van inductieverwarming die het aantrekkelijk maakt voor complexe vormen is de mogelijkheid om de spoelen tijdens het verwarmingsproces aan te passen aan unieke onderdelen en koellichamen. De operator kan het proces starten, de effecten van het verwarmingsproces in realtime bepalen en de spoelpositie aanpassen om het resultaat te veranderen. De inductiekabels kunnen worden verplaatst zonder te wachten op luchtkoeling aan het einde van de cyclus.

Inductieverwarming voor lastoepassingen

Deze technologie heeft zichzelf bewezen bij een aantal projecten, waaronder olie- en gaspijpleidingen, constructie van zware apparatuur en onderhoud en reparatie van mijnbouwapparatuur.

Oliepijpleiding. Bij het onderhoud van een Noord-Amerikaanse oliepijpleiding moest de pijp worden verwarmd voordat reparatiehulzen of fittingen aan de 48-in. omtrek van de pijpleiding werden gelast. Hoewel de arbeiders veel reparaties konden uitvoeren zonder de oliestroom te hoeven stoppen of af te tappen, belemmerde de aanwezigheid van de ruwe olie zelf de lasefficiëntie omdat de stromende olie de warmte absorbeerde. Propaantoortsen moesten het lassen constant onderbreken om de warmte vast te houden en weerstandsverwarming - die wel continu warmte leverde - kon vaak niet aan de vereiste lastemperaturen voldoen.

De arbeiders gebruikten twee 25-kW-systemen met parallelle dekens om een voorverwarmingstemperatuur van 125 graden te bereiken bij reparaties aan omhulsels. Hierdoor werd de cyclustijd teruggebracht van acht tot twaalf uur tot vier uur per omtreklas.

Het voorverwarmen voor een STOPPLE fitting (een T-verbinding met klep) reparatie was nog uitdagender vanwege de grotere wanddikte van de fitting. Met inductieverwarming gebruikte het bedrijf echter vier 25 kW systemen met een parallelle dekenopstelling. Ze gebruikten twee systemen aan elke kant van de T. Eén systeem werd gebruikt op de hoofdleiding om de olie voor te verwarmen en het tweede werd gebruikt om de T voor te verwarmen bij de omtreklasnaad. De voorverwarmingstemperatuur was 125 graden. Dit verkortte de lastijd van 12 tot 18 uur tot zeven uur per omtreklas.

Aardgaspijpleiding. Een aardgaspijpleidingbouwproject omvatte de aanleg van een pijpleiding met een diameter van 36 inch en een dikte van 0,633 inch van Alberta, Canada, naar Chicago. Op één stuk van deze pijpleiding gebruikte de lasaannemer twee 25 kW stroombronnen gemonteerd op een tractor met de inductiedekens bevestigd op zwenkarmen voor snelheid en gemak. De stroombronnen verwarmden beide zijden van de pijpverbinding voor. Snelheid en betrouwbare temperatuurregeling waren cruciaal voor dit proces. Naarmate het legeringsgehalte van materialen toeneemt om het gewicht en de lastijd te verminderen en de levensduur van onderdelen te verlengen, wordt het regelen van de voorverwarmingstemperaturen kritischer. Deze inductietoepassing had minder dan drie minuten nodig om de voorverwarmtemperatuur van 250 graden te bereiken.

Zwaar materieel. Een fabrikant van zwaar materieel laste vaak adaptertanden op de randen van zijn laadbak. De hechtgelaste assemblage werd heen en weer verplaatst naar een grote oven, waardoor de lasser moest wachten terwijl het onderdeel herhaaldelijk opnieuw werd verhit. De fabrikant koos voor inductieverwarming om de assemblage voor te verwarmen en beweging van het product te voorkomen.

Het materiaal was 4 inch dik met een hoge vereiste voorverwarmingstemperatuur vanwege het gehalte aan legeringen. Er werden aangepaste inductiedekens ontwikkeld om aan de toepassingseisen te voldoen. De isolatie en het spoelontwerp boden het extra voordeel dat de operator werd afgeschermd van de stralingswarmte van het onderdeel. In het algemeen verliepen de werkzaamheden aanzienlijk efficiënter, waardoor de lastijd korter werd en de temperatuur tijdens het gehele lasproces gehandhaafd bleef.

Mijnbouwapparatuur. Een mijn had problemen met koudscheuren en inefficiënt voorverwarmen met propaanverwarmers bij de reparatie van mijnbouwapparatuur. Lassers moesten regelmatig een conventionele isolatiedeken van het dikke onderdeel verwijderen om warmte toe te passen en het onderdeel op de juiste temperatuur te houden.

De inductievoorverwarmdeken houdt de rand van de bak op temperatuur tijdens het aanbrengen van de tanden.
De mijn koos ervoor om inductieverwarming te proberen met behulp van platte, luchtgekoelde dekens om de onderdelen voor te verwarmen voor het lassen. Het inductieproces bracht snel warmte over op het onderdeel. Het kon ook continu worden gebruikt tijdens het lasproces. De reparatietijd voor het lassen werd met 50 procent verkort. Bovendien was de stroombron uitgerust met een temperatuurregelaar om het onderdeel op de gewenste temperatuur te houden. Hierdoor werd nabewerking als gevolg van koudscheuren bijna geëlimineerd.

Energiecentrale. Een energiecentralebouwer was bezig met de bouw van een aardgascentrale in Californië. Boilermakers en pijpfitters hadden te maken met vertragingen in de bouw door de methoden van voorverwarming en spanningsvermindering die ze toepasten op de stoomleidingen van de centrale. Het bedrijf schakelde inductieverwarmingstechnologie in in een poging om de efficiëntie te verhogen, met name voor werk aan middelgrote tot grote stoomleidingen, aangezien deze stukken de meeste tijd vergen voor warmtebehandeling op de bouwplaats.

De eenvoud van het wikkelen van de inductiedekens rond complexe vormen, zoals in deze aardgascentrale, kan de warmtebehandelingstijd verkorten.
Op een typische weldolet van 16 inch met een wanddikte van 2 inch kon met inductieverwarming twee uur worden bespaard op de tijd tot de temperatuur (600 graden) en nog eens een uur om de inweektemperatuur te bereiken (600 graden tot 1350 graden) voor spanningsontlasting.