Induktionsforvarmning før svejsning til stressaflastende varmelegeme

Hvorfor bruge induktionsforvarmning før svejsning?Induktionsforvarmning kan sænke afkølingshastigheden efter svejsning. Det er en fordel at undslippe den diffuse brint i svejsemetallet og undgå brint-inducerede revner. Samtidig reducerer det også svejseforseglingen og varmepåvirket zonehærdningsniveau, svejsefugens revnemodstand forbedres.
Induktionsforvarmning kan reducere svejsebelastningen. Temperaturforskellen (også kendt som temperaturgradient) mellem svejsere i svejseområdet kan reduceres ved ensartet lokal eller hel induktionsforvarmning. På den måde reduceres på den ene side svejsespændingen, på den anden side reduceres svejsebelastningsraten, hvilket er en fordel for at undgå svejserevner.

Induktionsforvarmning kan reducere den svejste strukturs begrænsningsgrad, det er især oplagt at reducere begrænsningen af vinkelsamlingen. Med stigningen af induktionsforvarmningstemperaturen falder revneforekomsten.
Induktionsforvarmningstemperatur og mellemlagstemperatur (Bemærk: når der udføres flerlags- og multipassvejsning på svejsningen, kaldes den laveste temperatur på frontsvejsningen mellemlagstemperatur, når eftersvejsningen svejses. For materialer, der kræver induktionsforvarmningssvejsning , når flerlagssvejsning er påkrævet, skal mellemlagstemperaturen være lig med eller lidt højere end induktionsforvarmningstemperaturen. Hvis mellemlagstemperaturen er lavere end induktionsforvarmningstemperaturen, skal den induktionsforvarmes igen.
Derudover har ensartetheden af induktionsforvarmningstemperaturen i retning af stålpladetykkelsen og i svejseområdet en vigtig effekt på at reducere svejsespændingen. Bredden af lokal induktionsforvarmning skal bestemmes i henhold til svejserens begrænsning, generelt tre gange vægtykkelsen omkring svejsezonen og ikke mindre end 150-200 mm. Hvis induktionsforvarmningen ikke er ensartet, vil den ikke kun reducere svejsespændingen, men vil øge svejsespændingen.

Hvordan finder man den passende induktionsforvarmningsopløsning?

Når du vælger det passende induktionsforvarmningsudstyr, skal du overveje hovedsageligt følgende aspekter:

Det opvarmede emnes form og størrelse.: Stort emne, stangmateriale, fast materiale, bør vælges relativ effekt, lavfrekvent induktionsopvarmningsudstyr; Hvis emnet er lille, rør, plade, gear osv., skal induktionsforvarmningsudstyret med lav relativ effekt og høj frekvens vælges.
Dybden og området, der skal opvarmes: Dyb varmedybde, stort område, samlet opvarmning, bør vælge stor effekt, lavfrekvent induktionsvarmeudstyr; Lav varmedybde, lille område, lokal opvarmning, valg af relativt lille strøm, højfrekvent induktionsforvarmningsudstyr.
Den påkrævede opvarmningshastighed: Hvis opvarmningshastigheden er høj, skal induktionsopvarmningsudstyret med relativt stor effekt og relativt høj frekvens vælges.
Udstyr kontinuerlig arbejdstid: Kontinuerlig arbejdstid er lang, relativt vælg lidt større kraftinduktionsforvarmningsudstyr.
Afstand mellem induktionsvarmehovedet og induktionsmaskinen: Lang tilslutning, selv brugen af en vandkølet kabelforbindelse, bør være en relativt stor effektinduktionsforvarmningsmaskine.

Induktionsopvarmning: Hvordan virker det?

Induktionsvarmesystemer brug berøringsfri varme. De inducerer varme elektromagnetisk i stedet for at bruge et varmeelement i kontakt med en del til at lede varme, ligesom modstandsopvarmning. Induktionsopvarmning virker mere som en mikrobølgeovn - apparatet forbliver køligt, mens maden tilberedes indefra.

I et industrielt eksempel på induktionsopvarmning, induceres varme i delen ved at placere den i et højfrekvent magnetfelt. Det magnetiske felt skaber hvirvelstrømme inde i delen, spændende delens molekyler og generere varme. Fordi opvarmning sker lidt under metaloverfladen, går der ingen varme til spilde.

Induktionsopvarmning lighed med modstandsopvarmning er, at der kræves ledning for at varme gennem sektionen eller delen. Den eneste forskel er varmekilden og værktøjets temperaturer. Induktionsprocessen opvarmes inden i delen, og modstandsprocessen opvarmes på overfladen af delen. Opvarmningsdybden afhænger af frekvensen. Højfrekvent (f.eks. 50 kHz) varmer tæt på overfladen, mens lavfrekvent (f.eks. 60 Hz) trænger dybere ind i delen og placerer varmekilden op til 3 mm dyb, hvilket tillader opvarmning af tykkere dele. Induktionsspolen varmes ikke op, fordi lederen er stor for den strøm, der føres. Med andre ord behøver spolen ikke at varme op for at opvarme emnet.

Komponenter til induktionsvarmesystem

Induktionsvarmesystemer kan være luft- eller væskekølede, afhængigt af anvendelseskrav. En nøglekomponent, der er fælles for begge systemer, er induktionsspolen, der bruges til at generere varme i delen.

Luftkølet system. Et typisk luftkølet system består af en strømkilde, induktionstæppe og tilhørende kabler. Induktionstæppet består af en induktionsspole omgivet af isolering og syet ind i en højtemperatur, udskiftelig Kevlar-sleeve.

Denne type induktionssystem kan omfatte en controller til at overvåge og automatisk styre temperaturen. Et system, der ikke er udstyret med en controller, kræver brug af en temperaturindikator. Systemet kunne også omfatte en fjernbetjent tænd-sluk-knap. Luftkølede systemer kan bruges til applikationer op til 400 grader F, hvilket betegner det som et kun forvarmningssystem.

Væskekølet system. Fordi væske afkøler mere effektivt end luft, er denne type induktionsvarmesystem velegnet til applikationer, der kræver højere temperaturer, såsom højtemperaturforvarmning og stressaflastning. De væsentligste forskelle fra et luftkølet system er tilføjelsen af en vandkøler og brugen af en fleksibel, væskekølet slange, der huser induktionsspolen. Væskekølede systemer bruger også generelt en temperaturregulator og indbygget temperaturregistrering, især vigtige komponenter i stressaflastende applikationer.

Den typiske stressaflastende procedure kræver et trin til 600 til 800 grader F, efterfulgt af en rampe eller kontrolleret temperaturstigning til en iblødsætningstemperatur på cirka 1,250 grader. Efter en holdetid styrekøles delen til mellem 600 og 800 grader. Temperaturoptageren indsamler data om delens faktiske temperaturprofil baseret på et termoelement-input, et kvalitetssikringskrav til stressaflastende applikationer. Typen af arbejde og den gældende kode bestemmer selve proceduren.

Fordele ved induktionsopvarmning

Induktionsopvarmning tilbyder adskillige fordele, herunder god varmeensartethed og kvalitet, reduceret cyklustid og langtidsholdbare forbrugsstoffer. Induktionsopvarmning er også sikker, pålidelig, nem at bruge, strømeffektiv og alsidig.

Ensartethed og kvalitet. Induktionsopvarmning er ikke særlig følsom over for spoleplacering eller afstand. Generelt bør spolerne være jævnt fordelt og centreret på svejsesamlingen. På systemer, der er udstyret således, kan en temperaturregulator etablere strømbehovet på en analog måde, hvilket giver lige nok strøm til at opretholde temperaturprofilen. Strømkilden giver strøm under hele processen.

Cyklustid. Induktionsmetoden til forvarmning og afspænding giver relativt hurtig tid til temperatur. Ved tykkere applikationer, såsom højtryksdampledninger, kan induktionsopvarmning skære to timer fra cyklustiden. Det er muligt at reducere cyklustiden fra kontroltemperaturen til iblødsætningstemperaturen.

Forbrugsvarer. Isoleringen, der bruges til induktionsvarme, er nem at fastgøre til emner og kan genbruges mange gange. Derudover er induktionsspoler robuste og kræver ikke skrøbelige ledninger eller keramiske materialer. Fordi induktionsspolerne og konnektorerne ikke fungerer ved høje temperaturer, er de ikke udsat for nedbrydning.

Brugervenlighed. En stor fordel ved induktionsforvarmning og afspænding er dens enkelhed. Isolering og kabler er enkle at installere og tager normalt mindre end 15 minutter. I nogle tilfælde kan, hvordan man bruger induktionsudstyret, læres på én dag.

Strømeffektivitet. Inverterens strømkilde er 92 procent effektiv, en kritisk fordel i en æra med skyhøje energiomkostninger. Derudover er induktionsopvarmningsprocessen mere end 80 procent effektiv. Med hensyn til effekttilførsel kræver induktionsprocessen kun en 40-amp linje til 25 kW strøm.

Sikkerhed. Forvarmning og afstressning gennem induktionsmetoden er arbejdsvenlig. Induktionsopvarmning kræver ikke varme varmeelementer og stik. Meget lidt luftbårne partikler er forbundet med isoleringstæpperne, og selve isoleringen udsættes ikke for temperaturer højere end 1,800 grader, hvilket kan få isoleringen til at nedbrydes til støv, som arbejderne kan indånde.

Pålidelighed. En af de vigtigste faktorer, der påvirker produktiviteten til at lindre stress, er en uafbrudt cyklus. I de fleste tilfælde betyder cyklusafbrydelse, at varmebehandlingen skal køres igen, hvilket er vigtigt, når en termisk cyklus kan tage en dag at fuldføre. Komponenterne til induktionsvarmesystemet gør cyklusafbrydelser usandsynlige. Kablet til induktion er enkelt, hvilket gør det mindre sandsynligt, at det fejler. Der bruges heller ingen kontaktorer til at styre varmetilførslen til delen.

Alsidighed. Ud over at bruge induktionsvarmeanlæg For at forvarme og aflaste rør har brugerne tilpasset processen til svejsejern, albuer, ventiler og andre dele. Et af aspekterne ved induktionsopvarmning, der gør det attraktivt for komplekse former, er evnen til at justere spolerne under opvarmningsprocessen for at rumme unikke dele og køleplader. Operatøren kan starte processen, bestemme virkningerne af opvarmningsprocessen i realtid og ændre spolens position for at ændre resultatet. Induktionskablerne kan flyttes uden at vente på luftkøling ved slutningen af cyklussen.

Induktionsopvarmning før svejseapplikationer

Denne teknologi har bevist sig selv på en række projekter, herunder olie- og gasrørledninger, konstruktion af tungt udstyr og vedligeholdelse og reparation af mineudstyr.

Olie rørledning. En nordamerikansk olierørledningsvedligeholdelsesoperation var nødvendig for at opvarme røret før svejsning af omkreds reparationsmuffer eller fittings til rørledningens 48-tommer. omkreds. Mens arbejdere kunne lave mange reparationer uden at skulle stoppe oliestrømmen eller dræne den fra røret, hæmmede tilstedeværelsen af selve råolie svejseeffektiviteten, fordi den flydende olie absorberede varmen. Propanbrændere krævede konstant afbrydelse af svejsningen for at opretholde varmen, og modstandsopvarmning - mens de leverede kontinuerlig varme - kunne ofte ikke opfylde de nødvendige svejsetemperaturer.

Arbejderne brugte to 25 kW-systemer med parallelle tæpper for at opnå en forvarmningstemperatur på 125 grader ved reparationer af omkransningshylstre. Som et resultat reducerede de cyklustiden fra otte til 12 timer til fire timer pr. omkredssvejsning.

Forvarmning til en STOPPLE-fitting (en T-forbindelse med ventil) reparation var endnu mere udfordrende på grund af fittingens større vægtykkelse. Med induktionsopvarmning brugte virksomheden dog fire 25 kW-systemer med en parallelt tæppeopsætning. De brugte to systemer på hver side af T'et. Det ene system blev brugt på hovedledningen til at forvarme olien, og det andet blev brugt til at forvarme T'et ved den periferiske svejsesamling. Forvarmningstemperaturen var 125 grader. Dette reducerede svejsetiden fra 12 til 18 timer til syv timer pr. omkredssvejsning.

Naturgasrørledning. Et naturgasrørledningskonstruktionsprojekt indebar bygning af en 36-tommer-diameter, 0.633-in.-tyk rørledning fra Alberta, Canada, til Chicago. På en strækning af denne rørledning brugte svejseentreprenøren to 25 kW strømkilder monteret på en traktor med induktionstæpperne fastgjort til bomme for hastighed og bekvemmelighed. Strømkilderne forvarmede begge sider af rørsamlingen. Kritisk for denne proces var hastighed og pålidelig temperaturkontrol. Efterhånden som legeringsindholdet stiger i materialerne for at reducere vægten og svejsetiden og for at øge delens levetid, bliver styring af forvarmningstemperaturer mere kritisk. Denne induktionsopvarmningsapplikation tog mindre end tre minutter at opnå 250 graders forvarmningstemperatur.

Tungt udstyr. En producent af tungt udstyr svejste ofte adaptertænder på sine læsserskovlkanter. Den stiftsvejsede enhed var blevet flyttet frem og tilbage til en stor ovn, hvilket krævede, at svejseoperatøren ventede, mens delen blev genopvarmet gentagne gange. Producenten valgte at prøve induktionsopvarmning for at forvarme samlingen for at forhindre bevægelse af produktet.

Materialet var 4 tommer tykt med en høj påkrævet forvarmningstemperatur på grund af legeringsindhold. Skræddersyede induktionstæpper blev udviklet til at opfylde applikationskravene. Isoleringen og spoledesignet gav den ekstra fordel ved at beskytte operatøren mod delens strålevarme. Samlet set var operationerne betydeligt mere effektive, hvilket reducerede svejsetiden og holdt temperaturen under hele svejseprocessen.

Udstyr til minedrift. En mine havde oplevet problemer med koldsprækkelse og ineffektivitet ved forvarmning ved brug af propanvarmere til reparation af mineudstyr. Svejseoperatører måtte ofte fjerne et konventionelt isolerende tæppe fra den tykke del for at påføre varme og holde delen ved den korrekte temperatur.

Induktionsforvarmningstæppet holder temperaturen på spandkanten under påsætning af tænder.
Minen valgte at prøve induktionsopvarmning ved hjælp af flade, luftkølede tæpper til at forvarme delene før svejsning. Induktionsprocessen tilførte varme til delen hurtigt. Det kan også bruges kontinuerligt under svejseprocessen. Svejsereparationstiden blev reduceret med 50 procent. Derudover var strømkilden udstyret med en temperaturregulator for at holde delen på måltemperaturen. Dette eliminerede næsten omarbejdning forårsaget af kold revner.

Kraftværk. En kraftværksbygger var ved at bygge et naturgaskraftværk i Californien. Kedelmagere og rørmontører havde oplevet byggeforsinkelser på grund af de forvarmnings- og afspændingsmetoder, de brugte på anlæggets dampledninger. Virksomheden bragte induktionsvarmeteknologi i et forsøg på at øge effektiviteten, især til arbejde på mellemstore til store dampledninger, da disse stykker tager den mest varmebehandlingstid, der kræves på en arbejdsplads.

Enkelheden ved at pakke induktionstæpperne rundt om komplekse former, som på dette naturgaskraftværk, kan reducere varmebehandlingstiden.
På en typisk 16-tommer. weldolet med en 2-in. vægtykkelse, induktionsopvarmning var i stand til at barbere to timer fra tid-til-temperatur (600 grader) og endnu en time for at nå iblødsætningstemperatur (600 grader til 1,350 grader) for at lindre stress.