Preîncălzire prin inducție înainte de sudare pentru ameliorarea tensiunii Încălzitor
De ce să utilizați preîncălzirea prin inducție înainte de sudare?
Preîncălzirea prin inducție poate încetini rata de răcire după sudare. Este benefic pentru a scăpa de hidrogenul difuzat în metalul sudat și pentru a evita fisurile induse de hidrogen. În același timp, reduce, de asemenea, nivelul de întărire a garniturii de sudură și a zonei afectate de căldură, rezistența la fisuri a îmbinării sudate este îmbunătățită.
Preîncălzirea prin inducție poate reduce stresul la sudare. Diferența de temperatură (cunoscută și sub denumirea de gradient de temperatură) dintre sudori în zona de sudare poate fi redusă prin preîncălzirea prin inducție uniformă, locală sau totală. În acest fel, pe de o parte, stresul de sudare este redus, pe de altă parte, rata de deformare de sudare este redusă, ceea ce este benefic pentru evitarea fisurilor de sudare.
Preîncălzirea prin inducție poate reduce gradul de constrângere al structurilor sudate, este deosebit de evidentă reducerea constrângerii articulației unghiulare. Odată cu creșterea temperaturii de preîncălzire prin inducție, incidența fisurilor scade.
Temperatura de preîncălzire prin inducție și temperatura interstrat (Notă: atunci când sudarea multistrat și multipasaj este efectuată pe sudură, cea mai scăzută temperatură a sudurii frontale se numește temperatură interstrat atunci când este sudată post-sudura. Pentru materialele care necesită sudare cu preîncălzire prin inducție, atunci când este necesară sudarea multistrat, temperatura interstrat trebuie să fie egală sau ușor mai mare decât temperatura de preîncălzire prin inducție. Dacă temperatura interstratului este mai mică decât temperatura de preîncălzire prin inducție, acesta trebuie preîncălzit din nou prin inducție.
În plus, uniformitatea temperaturii de preîncălzire prin inducție în direcția grosimii plăcii de oțel și în zona de sudură are un efect important asupra reducerii tensiunii de sudare. Lățimea preîncălzirii locale prin inducție trebuie să fie determinată în funcție de constrângerile sudorului, în general de trei ori grosimea peretelui din jurul zonei de sudură și nu mai puțin de 150-200 mm. Dacă preîncălzirea prin inducție nu este uniformă, nu numai că nu va reduce tensiunea de sudare, dar va crește tensiunea de sudare.
Cum să găsiți soluția potrivită de preîncălzire prin inducție?
Atunci când alegeți echipamentul adecvat de preîncălzire prin inducție, luați în considerare în principal următoarele aspecte:
Forma și dimensiunea piesei de prelucrat încălzite.: Piesa de prelucrat de dimensiuni mari, material sub formă de bare, material solid, trebuie să fie selectată cu putere relativă, echipament de încălzire prin inducție cu frecvență redusă; Dacă piesa de prelucrat este mică, țeavă, placă, angrenaj etc., trebuie selectat echipamentul de preîncălzire prin inducție cu putere relativă redusă și frecvență ridicată.
Adâncimea și suprafața de încălzit: Adâncime adâncă de încălzire, suprafață mare, încălzire generală, ar trebui să alegeți o putere mare, echipamente de încălzire prin inducție de joasă frecvență; Adâncime mică de încălzire, suprafață mică, încălzire locală, selectarea unei puteri relativ mici, echipamente de preîncălzire prin inducție de înaltă frecvență.
Viteza de încălzire necesară: Dacă viteza de încălzire este rapidă, trebuie selectat echipamentul de încălzire prin inducție cu putere relativ mare și frecvență relativ mare.
Timpul de lucru continuu al echipamentului: Timpul de lucru continuu este lung, selectați relativ echipamente de preîncălzire prin inducție de putere puțin mai mare.
Distanța dintre capul de încălzire prin inducție și mașina de inducție: Conexiune lungă, chiar și utilizarea unei conexiuni prin cablu răcit cu apă, ar trebui să fie o mașină de preîncălzire prin inducție de putere relativ mare.
Încălzirea prin inducție: Cum funcționează?
Sisteme de încălzire prin inducție utilizează încălzirea fără contact. Acestea induc căldură în mod electromagnetic, mai degrabă decât să utilizeze un element de încălzire în contact cu o piesă pentru a conduce căldura, așa cum se întâmplă în cazul încălzirii prin rezistență. Încălzirea prin inducție acționează mai mult ca un cuptor cu microunde - aparatul rămâne rece, în timp ce alimentele se gătesc din interior.
Într-un exemplu industrial de încălzire prin inducție, căldura este indusă în piesă prin plasarea acesteia într-un câmp magnetic de înaltă frecvență. Câmpul magnetic creează curenți turbionari în interiorul piesei, excitând moleculele piesei și generând căldură. Deoarece încălzirea are loc ușor sub suprafața metalului, nu se risipește căldură.
Similaritatea încălzirii prin inducție cu încălzirea prin rezistență constă în faptul că este necesară conducția pentru a încălzi prin secțiune sau piesă. Singura diferență este sursa de căldură și temperaturile sculei. Procesul de inducție încălzește în interiorul piesei, iar procesul de rezistență încălzește pe suprafața piesei. Adâncimea încălzirii depinde de frecvență. Frecvența înaltă (de exemplu, 50 kHz) încălzește aproape de suprafață, în timp ce frecvența joasă (de exemplu, 60 Hz) pătrunde mai adânc în piesă, plasând sursa de încălzire până la 3 mm adâncime, ceea ce permite încălzirea pieselor mai groase. Bobina de inducție nu se încălzește deoarece conductorul este mare pentru curentul transportat. Cu alte cuvinte, bobina nu trebuie să se încălzească pentru a încălzi piesa de prelucrat.
Componentele sistemului de încălzire prin inducție
Sistemele de încălzire prin inducție pot fi răcite cu aer sau cu lichid, în funcție de cerințele aplicației. O componentă cheie comună ambelor sisteme este bobina de inducție utilizată pentru a genera căldură în interiorul piesei.
Sistem răcit cu aer. Un sistem tipic răcit cu aer constă dintr-o sursă de alimentare, o pătură de inducție și cabluri asociate. Pătura de inducție constă dintr-o bobină de inducție înconjurată de izolație și cusută într-un manșon de Kevlar înlocuibil la temperaturi ridicate.
Acest tip de sistem de inducție poate include un controler pentru monitorizarea și controlul automat al temperaturii. Un sistem care nu este echipat cu un controler necesită utilizarea unui indicator de temperatură. Sistemul ar putea include, de asemenea, un comutator de pornire și oprire de la distanță. Sistemele răcite cu aer pot fi utilizate pentru aplicații de până la 400 de grade F, desemnându-l ca fiind un sistem cu preîncălzire exclusivă.
Sistem răcit cu lichid. Deoarece lichidul se răcește mai eficient decât aerul, acest tip de sistem de încălzire prin inducție este potrivit pentru aplicații care necesită temperaturi mai ridicate, cum ar fi preîncălzirea la temperaturi ridicate și detensionarea. Principalele diferențe față de un sistem răcit cu aer sunt adăugarea unui răcitor de apă și utilizarea unui furtun flexibil, răcit cu lichid, care găzduiește bobina de inducție. Sistemele răcite cu lichid utilizează, de asemenea, în general, un regulator de temperatură și un înregistrator de temperatură încorporat, componente deosebit de importante în aplicațiile de relaxare.
Procedura tipică de atenuare a tensiunilor necesită o trecere la o temperatură cuprinsă între 600 și 800 de grade F, urmată de o rampă sau de o creștere controlată a temperaturii până la o temperatură de înmuiere de aproximativ 1 250 de grade. După un timp de menținere, piesa este răcită controlat la o temperatură cuprinsă între 600 și 800 de grade. Înregistratorul de temperatură colectează date privind profilul de temperatură real al piesei pe baza unei intrări de termocuplu, o cerință de asigurare a calității pentru aplicațiile de reducere a tensiunii. Tipul de lucrare și codul aplicabil determină procedura efectivă.
Beneficiile încălzirii prin inducție
Încălzirea prin inducție oferă numeroase beneficii, inclusiv o uniformitate și o calitate bună a căldurii, o durată redusă a ciclului și consumabile de lungă durată. De asemenea, încălzirea prin inducție este sigură, fiabilă, ușor de utilizat, eficientă energetic și versatilă.
Uniformitate și calitate. Încălzirea prin inducție nu este deosebit de sensibilă la amplasarea sau spațierea bobinelor. În general, bobinele ar trebui să fie distanțate uniform și centrate pe îmbinarea sudată. Pe sistemele astfel echipate, un controler de temperatură poate stabili necesarul de putere în mod analogic, furnizând suficientă putere pentru a menține profilul de temperatură. Sursa de alimentare furnizează energie pe parcursul întregului proces.
Durata ciclului. Metoda de preîncălzire și detensionare prin inducție asigură un timp relativ rapid până la atingerea temperaturii. În cazul aplicațiilor mai groase, cum ar fi liniile de abur de înaltă presiune, încălzirea prin inducție poate reduce cu două ore durata ciclului. Este posibil să se reducă durata ciclului de la temperatura de control la temperatura de imersie.
Consumabile. Izolația utilizată în încălzirea prin inducție este ușor de atașat la piesele de prelucrat și poate fi reutilizată de mai multe ori. În plus, bobinele de inducție sunt robuste și nu necesită sârmă fragilă sau materiale ceramice. De asemenea, deoarece bobinele de inducție și conectorii nu funcționează la temperaturi ridicate, aceștia nu sunt supuși degradării.
Ușurința de utilizare. Un avantaj major al preîncălzirii prin inducție și al eliberării de stres este simplitatea sa. Izolația și cablurile sunt simplu de instalat, de obicei durează mai puțin de 15 minute. În unele cazuri, modul de utilizare a echipamentului de inducție poate fi învățat într-o singură zi.
Eficiență energetică. Sursa de alimentare cu invertor este eficientă în proporție de 92%, un avantaj esențial într-o eră în care costurile energiei cresc vertiginos. În plus, procesul de încălzire prin inducție este eficient în proporție de peste 80 %. În ceea ce privește puterea absorbită, procesul de inducție necesită doar o linie de 40 de amperi pentru 25 kW de putere.
Siguranță. Preîncălzirea și reducerea tensiunii prin metoda inducției este favorabilă lucrătorilor. Încălzirea prin inducție nu necesită elemente de încălzire și conectori fierbinți. Foarte puține particule în suspensie în aer sunt asociate cu păturile de izolație, iar izolația în sine nu este expusă la temperaturi mai mari de 1 800 de grade, care pot provoca descompunerea izolației în praf pe care lucrătorii îl pot inhala.
Fiabilitate. Unul dintre cei mai importanți factori care influențează productivitatea în procesul de detensionare este un ciclu neîntrerupt. În majoritatea cazurilor, întreruperea ciclului înseamnă că tratamentul termic va trebui reluat, ceea ce este semnificativ atunci când un ciclu termic poate dura o zi pentru a fi finalizat. Componentele sistemului de încălzire prin inducție fac ca întreruperile de ciclu să fie puțin probabile. Cablarea pentru inducție este simplă, ceea ce reduce probabilitatea de defectare. De asemenea, nu sunt utilizate contactoare pentru a controla aportul de căldură la piesă.
Versatilitate. În plus față de utilizarea sisteme de încălzire prin inducție pentru preîncălzirea și atenuarea tensiunilor țevilor, utilizatorii au adaptat procesul pentru suduri, coturi, supape și alte piese. Unul dintre aspectele încălzirii prin inducție care o face atractivă pentru formele complexe este capacitatea de a regla bobinele în timpul procesului de încălzire pentru a se adapta pieselor și radiatoarelor unice. Operatorul poate porni procesul, poate determina efectele procesului de încălzire în timp real și poate modifica poziția bobinei pentru a schimba rezultatul. Cablurile de inducție pot fi mutate fără a aștepta răcirea cu aer la sfârșitul ciclului.
Încălzirea prin inducție înainte de aplicațiile de sudare
Această tehnologie și-a dovedit eficiența într-o serie de proiecte, inclusiv conducte de petrol și gaze, construcția de echipamente grele, precum și întreținerea și repararea echipamentelor miniere.
Conducta de petrol. O operațiune de întreținere a unei conducte petroliere din America de Nord trebuia să încălzească țeava înainte de a suda manșoane de reparare a încercuirii sau fitinguri la circumferința de 48 de inci a conductei. Deși lucrătorii puteau efectua multe reparații fără a fi nevoiți să oprească fluxul de petrol sau să îl evacueze din conductă, prezența țițeiului în sine împiedica eficiența sudării deoarece petrolul care curgea absorbea căldura. Torțele cu propan necesitau întreruperea constantă a sudării pentru a menține căldura, iar încălzirea prin rezistență - deși furniza căldură continuă - deseori nu putea atinge temperaturile de sudură necesare.
Muncitorii au folosit două sisteme de 25 kW cu pături paralele pentru a obține o temperatură de preîncălzire de 125 de grade la reparațiile manșonului de încercuire. Ca rezultat, au redus timpul de ciclu de la opt până la 12 ore la patru ore pentru fiecare sudură de centură.
Preîncălzirea pentru repararea unui racord STOPPLE (o joncțiune în T cu supapă) a fost și mai dificilă din cauza grosimii mai mari a peretelui racordului. Cu toate acestea, cu încălzirea prin inducție, compania a utilizat patru sisteme de 25 kW cu o configurație paralelă a păturii. Au folosit două sisteme pe fiecare parte a T-ului. Un sistem a fost folosit pe conducta principală pentru a preîncălzi uleiul, iar al doilea a fost folosit pentru a preîncălzi T-ul la îmbinarea sudată circumferențială. Temperatura de preîncălzire a fost de 125 de grade. Acest lucru a redus timpul de sudare de la 12 până la 18 ore la șapte ore pentru fiecare sudură de centură.
Conducte de gaze naturale. Un proiect de construcție a unei conducte de gaze naturale a presupus construirea unei conducte cu diametrul de 36 inci și grosimea de 0,633 inci din Alberta, Canada, până la Chicago. Pe o porțiune a acestei conducte, antreprenorul de sudură a utilizat două surse de putere de 25 kW montate pe un tractor, păturile de inducție fiind atașate la brațe pentru viteză și confort. Sursele de putere au preîncălzit ambele părți ale îmbinării conductei. Viteza și controlul fiabil al temperaturii au fost esențiale pentru acest proces. Pe măsură ce conținutul de aliaj crește în materiale pentru a reduce greutatea și timpul de sudare, precum și pentru a crește durata de viață a pieselor, controlul temperaturilor de preîncălzire devine mai important. Această aplicație de încălzire prin inducție a necesitat mai puțin de trei minute pentru a obține temperatura de preîncălzire de 250 de grade.
Echipamente grele. Un producător de echipamente grele suda adesea dinți adaptatori pe marginile cupei încărcătoarelor sale. Ansamblul sudat a fost mutat înainte și înapoi la un cuptor mare, ceea ce a necesitat ca operatorul de sudură să aștepte în timp ce piesa era reîncălzită în mod repetat. Producătorul a ales să încerce încălzirea prin inducție pentru preîncălzirea ansamblului, pentru a preveni deplasarea produsului.
Materialul avea o grosime de 5 cm și o temperatură de preîncălzire ridicată din cauza conținutului de aliaj. Au fost dezvoltate pături de inducție personalizate pentru a îndeplini cerințele aplicației. Proiectarea izolației și a bobinei a oferit avantajul suplimentar de a proteja operatorul de căldura radiantă a piesei. În general, operațiunile au fost considerabil mai eficiente, reducând timpul de sudare și menținând temperatura pe tot parcursul procesului de sudare.
Echipament minier. O mină s-a confruntat cu probleme de fisurare la rece și cu ineficiența preîncălzirii folosind încălzitoare cu propan în operațiunile sale de reparare a echipamentelor miniere. Operatorii de sudură trebuiau să îndepărteze frecvent o pătură izolatoare convențională de pe piesa groasă pentru a aplica căldură și a menține piesa la temperatura corectă.
Pătura de preîncălzire prin inducție menține temperatura marginii găleții în timpul atașării dinților.
Mina a ales să încerce încălzirea prin inducție folosind pături plate, răcite cu aer, pentru a preîncălzi piesele înainte de sudare. Procesul de inducție a aplicat rapid căldura la piesă. De asemenea, a putut fi utilizat continuu în timpul procesului de sudare. Timpul de reparare a sudurii a fost redus cu 50 la sută. În plus, sursa de alimentare a fost echipată cu un controler de temperatură pentru a menține piesa la temperatura țintă. Acest lucru a eliminat aproape complet reprelucrarea cauzată de fisurarea la rece.
Centrala electrică. Un constructor de centrale electrice construia o centrală electrică pe gaz natural în California. Constructorii de cazane și instalatorii de țevi s-au confruntat cu întârzieri în construcție din cauza metodelor de preîncălzire și de atenuare a tensiunilor pe care le foloseau la conductele de abur ale centralei. Compania a introdus tehnologia de încălzire prin inducție în încercarea de a crește eficiența, în special pentru lucrările la conductele de abur medii și mari, deoarece aceste piese necesită cel mai mult timp de tratare termică pe șantier.
Simplitatea de a înfășura păturile de inducție în jurul unor forme complexe, cum ar fi la această centrală electrică pe gaz natural, poate reduce timpul de tratare termică.
La un weldolet tipic de 16 inci cu o grosime a peretelui de 2 inci, încălzirea prin inducție a permis reducerea cu două ore a timpului de atingere a temperaturii (600 de grade) și cu încă o oră a temperaturii de înmuiere (între 600 și 1.350 de grade) pentru reducerea tensiunii.
