Indukčný predohrev pred zváraním pre ohrievač odľahčujúci napätie
Prečo používať indukčný predohrev pred zváraním?
Indukčný predohrev môže spomaliť rýchlosť ochladzovania po zváraní. Je výhodné uniknúť difúznemu vodíku vo zvarovom kove a vyhnúť sa prasklinám spôsobeným vodíkom. Súčasne tiež znižuje úroveň vytvrdzovania zvarového tesnenia a tepelne ovplyvnenej zóny, zlepšuje sa odolnosť proti praskaniu zváraného spoja.
Indukčný predohrev môže znížiť napätie pri zváraní. Teplotný rozdiel (známy aj ako teplotný gradient) medzi zváračkami v oblasti zvárania možno znížiť rovnomerným lokálnym alebo celým indukčným predohrevom. Týmto spôsobom sa na jednej strane zníži napätie pri zváraní, na druhej strane sa zníži rýchlosť deformácie pri zváraní, čo je výhodné na zabránenie vzniku trhlín pri zváraní.
Indukčný predohrev môže znížiť stupeň obmedzenia zváraných konštrukcií, zvlášť zrejmé je zníženie obmedzenia uhlového spoja. S nárastom teploty indukčného predohrevu sa výskyt trhlín znižuje.
Teplota indukčného predohrevu a teplota medzivrstvy (Poznámka: keď sa na zvarečku vykonáva viacvrstvové a viacprechodové zváranie, najnižšia teplota predného zvaru sa nazýva teplota medzivrstvy, keď sa zvára dodatočný zvar. Pre materiály vyžadujúce zváranie indukčným predhrievaním , keď sa vyžaduje viacvrstvové zváranie, teplota medzivrstvy by mala byť rovnaká alebo mierne vyššia ako teplota indukčného predohrevu Ak je teplota medzivrstvy nižšia ako teplota indukčného predohrevu, mala by byť opäť indukčne predhriata.
Okrem toho rovnomernosť teploty indukčného predhrievania v smere hrúbky oceľového plechu a v oblasti zvaru má dôležitý vplyv na zníženie napätia pri zváraní. Šírka lokálneho indukčného predohrevu by sa mala určiť podľa obmedzenia zvárača, spravidla trojnásobok hrúbky steny okolo zóny zvaru a nie menej ako 150-200 mm. Ak indukčný predohrev nie je rovnomerný, nielenže nezníži napätie pri zváraní, ale zvýši napätie pri zváraní.
Ako nájsť vhodné riešenie indukčného predohrevu?
Pri výbere vhodného indukčného predhrievacieho zariadenia zvážte najmä tieto aspekty:
Tvar a veľkosť vyhrievaného obrobku: Veľký obrobok, tyčový materiál, pevný materiál, mal by sa zvoliť relatívny výkon, nízkofrekvenčné indukčné vykurovacie zariadenie; Ak je obrobok malý, rúrka, platňa, ozubené koleso atď., malo by sa zvoliť indukčné predhrievacie zariadenie s nízkym relatívnym výkonom a vysokou frekvenciou.
Hĺbka a plocha, ktorá sa má ohrievať: Hĺbka hĺbkového ohrevu, veľká plocha, celkové vykurovanie by si mali zvoliť vysokovýkonné nízkofrekvenčné indukčné vykurovacie zariadenie; Malá hĺbka ohrevu, malá plocha, lokálne vykurovanie, výber relatívne malého výkonu, vysokofrekvenčné indukčné predhrievacie zariadenie.
Požadovaná rýchlosť ohrevu: Ak je rýchlosť ohrevu vysoká, malo by sa zvoliť indukčné vykurovacie zariadenie s relatívne veľkým výkonom a relatívne vysokou frekvenciou.
Nepretržitý pracovný čas zariadenia: Nepretržitý pracovný čas je dlhý, relatívne vyberte o niečo väčší výkon indukčného predhrievacieho zariadenia.
Vzdialenosť medzi indukčnou ohrievacou hlavou a indukčným strojom: Dlhé pripojenie, dokonca aj použitie vodou chladeného káblového pripojenia, by malo byť relatívne veľkým výkonom indukčného predhrievacieho stroja.
Indukčný ohrev: Ako to funguje?
Indukčné vykurovacie systémy používajte bezkontaktné vykurovanie. Vyvolávajú teplo skôr elektromagneticky než pomocou vykurovacieho telesa v kontakte s časťou na vedenie tepla, ako to robí odporové zahrievanie. Indukčný ohrev funguje skôr ako mikrovlnná rúra – spotrebič zostáva chladný, kým sa jedlo varí zvnútra.
V priemyselnom príklade indukčný ohrev, teplo sa v časti indukuje umiestnením do vysokofrekvenčného magnetického poľa. Magnetické pole vytvára vo vnútri dielu vírivé prúdy, ktoré vzrušujú molekuly dielu a generujú teplo. Pretože zahrievanie prebieha mierne pod povrchom kovu, nedochádza k plytvaniu teplom.
Podobnosť indukčného ohrevu s odporovým ohrevom spočíva v tom, že na ohrev cez sekciu alebo časť je potrebná vodivosť. Jediným rozdielom je zdroj tepla a teploty nástroja. Indukčný proces sa zahrieva vo vnútri dielu a odporový proces sa zahrieva na povrchu dielu. Hĺbka ohrevu závisí od frekvencie. Vysokofrekvenčné (napr. 50 kHz) ohrieva blízko povrchu, zatiaľ čo nízkofrekvenčné (napr. 60 Hz) preniká hlbšie do dielca, pričom zdroj ohrevu umiestňuje až do hĺbky 3 mm, čo umožňuje ohrev hrubších dielov. Indukčná cievka sa nezohrieva, pretože vodič je veľký na prenášaný prúd. Inými slovami, cievka sa nemusí zohrievať, aby zohriala obrobok.
Komponenty indukčného vykurovacieho systému
Indukčné vykurovacie systémy môžu byť chladené vzduchom alebo kvapalinou v závislosti od požiadaviek aplikácie. Kľúčovým komponentom spoločným pre oba systémy je indukčná cievka používaná na generovanie tepla v rámci dielu.
Vzduchom chladený systém. Typický vzduchom chladený systém pozostáva zo zdroja energie, indukčnej prikrývky a súvisiacich káblov. Indukčná prikrývka pozostáva z indukčnej cievky obklopenej izoláciou a všitej do vysokoteplotnej vymeniteľnej kevlarovej manžety.
Tento typ indukčného systému môže obsahovať ovládač na monitorovanie a automatické riadenie teploty. Systém, ktorý nie je vybavený regulátorom, vyžaduje použitie indikátora teploty. Systém môže obsahovať aj diaľkový vypínač. Vzduchom chladené systémy je možné použiť pre aplikácie až do 400 stupňov F, čo znamená, že ide o systém len s predhrievaním.
Kvapalinou chladený systém. Pretože kvapalina chladí efektívnejšie ako vzduch, tento typ indukčného vykurovacieho systému je vhodný pre aplikácie vyžadujúce vyššie teploty, ako je vysokoteplotný predohrev a uvoľnenie napätia. Hlavné rozdiely oproti vzduchom chladenému systému sú pridanie vodného chladiča a použitie flexibilnej, kvapalinou chladenej hadice, v ktorej je umiestnená indukčná cievka. Kvapalinou chladené systémy tiež vo všeobecnosti používajú regulátor teploty a vstavaný záznamník teploty, čo sú obzvlášť dôležité komponenty v aplikáciách na zmiernenie stresu.
Typický postup na uvoľnenie napätia vyžaduje krok na 600 až 800 stupňov F, po ktorom nasleduje stúpanie alebo riadené zvýšenie teploty na teplotu namočenia približne 1,250 600 stupňov. Po dobe zdržania sa diel kontrolne ochladí na 800 až XNUMX stupňov. Teplotný záznamník zhromažďuje údaje o aktuálnom teplotnom profile dielu na základe vstupu termočlánku, čo je požiadavka na zabezpečenie kvality pre aplikácie na zmiernenie napätia. Typ práce a príslušný kód určujú skutočný postup.
Výhody indukčného ohrevu
Indukčný ohrev ponúka množstvo výhod, vrátane dobrej rovnomernosti a kvality tepla, skráteného času cyklu a dlhotrvajúceho spotrebného materiálu. Indukčný ohrev je tiež bezpečný, spoľahlivý, ľahko použiteľný, energeticky efektívny a všestranný.
Jednotnosť a kvalita. Indukčný ohrev nie je zvlášť citlivý na umiestnenie cievok alebo ich rozstup. Vo všeobecnosti by mali byť cievky rozmiestnené rovnomerne a vycentrované na zvarovom spoji. Na takto vybavených systémoch môže regulátor teploty stanoviť požiadavku na výkon analógovým spôsobom, pričom poskytuje dostatok výkonu na udržanie teplotného profilu. Zdroj energie poskytuje energiu počas celého procesu.
Čas cyklu. Indukčná metóda predohrevu a uvoľnenia napätia poskytuje relatívne rýchly čas na dosiahnutie teploty. Pri hrubších aplikáciách, ako sú vysokotlakové parné vedenia, môže indukčný ohrev skrátiť dve hodiny od času cyklu. Je možné skrátiť čas cyklu z kontrolnej teploty na teplotu namáčania.
Spotrebný materiál. Izoláciu používanú pri indukčnom ohreve je možné ľahko pripevniť na obrobky a možno ju mnohokrát opakovane použiť. Indukčné cievky sú navyše robustné a nevyžadujú krehký drôt alebo keramické materiály. Tiež, pretože indukčné cievky a konektory nepracujú pri vysokých teplotách, nepodliehajú degradácii.
Jednoduchosť použitia. Hlavnou výhodou indukčného predohrevu a odbúrania stresu je jeho jednoduchosť. Inštalácia izolácie a káblov je jednoduchá, zvyčajne trvá menej ako 15 minút. V niektorých prípadoch sa dá naučiť, ako používať indukčné zariadenie za jeden deň.
Energetická účinnosť. Invertorový zdroj energie je účinný na 92 percent, čo je zásadná výhoda v ére raketovo rastúcich nákladov na energiu. Okrem toho je proces indukčného ohrevu viac ako 80 percent účinný. Čo sa týka príkonu, indukčný proces vyžaduje len 40-ampérovú linku na výkon 25 kW.
Safety. Predhrievanie a odbúravanie stresu prostredníctvom indukčnej metódy je pre pracovníkov príjemné. Indukčný ohrev nevyžaduje horúce vykurovacie telesá a konektory. S izolačnými prikrývkami je spojené veľmi málo častíc vo vzduchu a samotná izolácia nie je vystavená teplotám vyšším ako 1,800 stupňov, čo môže spôsobiť rozpad izolácie na prach, ktorý môžu pracovníci vdýchnuť.
Spoľahlivosť. Jedným z najdôležitejších faktorov ovplyvňujúcich produktivitu pri zmierňovaní stresu je neprerušovaný cyklus. Vo väčšine prípadov prerušenie cyklu znamená, že tepelnú úpravu bude potrebné zopakovať, čo je dôležité, keď dokončenie tepelného cyklu môže trvať deň. Komponenty indukčného vykurovacieho systému spôsobujú, že prerušenie cyklu je nepravdepodobné. Kabeláž pre indukciu je jednoduchá, takže je menej pravdepodobné, že zlyhá. Taktiež sa nepoužívajú žiadne stykače na ovládanie prívodu tepla do dielu.
Univerzálnosť. Okrem použitia indukčné vykurovacie systémy na predhriatie a odľahčenie potrubia používatelia prispôsobili proces pre weldolety, kolená, ventily a iné časti. Jedným z aspektov indukčného ohrevu, ktorý ho robí atraktívnym pre zložité tvary, je schopnosť prispôsobiť cievky počas procesu ohrevu tak, aby vyhovovali jedinečným častiam a chladičom. Operátor môže spustiť proces, určiť účinky procesu ohrevu v reálnom čase a upraviť polohu cievky, aby zmenil výsledok. Indukčné káble je možné presúvať bez čakania na ochladenie vzduchom na konci cyklu.
Indukčný ohrev pred zváraním
Táto technológia sa osvedčila na mnohých projektoch, vrátane ropovodov a plynovodov, konštrukcie ťažkých zariadení a údržby a opráv banských zariadení.
Ropovod. Operácia údržby severoamerického ropovodu potrebná na zahriatie potrubia pred privarením objímok alebo armatúr na opravu 48-palcového potrubia. obvod. Zatiaľ čo pracovníci mohli vykonať veľa opráv bez toho, aby museli zastaviť tok oleja alebo ho vypustiť z potrubia, prítomnosť samotnej ropy brzdila účinnosť zvárania, pretože tečúci olej absorboval teplo. Propánové horáky vyžadovali neustále prerušovanie zvárania, aby sa udržalo teplo, a odporové zahrievanie – pri poskytovaní nepretržitého tepla – často nedokázalo splniť požadované teploty zvaru.
Pracovníci použili dva 25-kW systémy s paralelnými prikrývkami na dosiahnutie teploty predhrievania 125 stupňov pri opravách objímok. V dôsledku toho skrátili čas cyklu z ôsmich na 12 hodín na štyri hodiny na obvodový zvar.
Predohrev na opravu armatúry STOPPLE (T-spojka s ventilom) bol ešte náročnejší z dôvodu väčšej hrúbky steny armatúry. Pri indukčnom ohreve však spoločnosť použila štyri 25 kW systémy s paralelným nastavením prikrývky. Použili dva systémy na každej strane T. Jeden systém sa používal na hlavnom potrubí na predhrievanie oleja a druhý na predhrievanie T na obvodovom zvarovom spoji. Teplota predhriatia bola 125 stupňov. Tým sa skrátil čas zvárania z 12 na 18 hodín na sedem hodín na obvodový zvar.
Potrubie zemného plynu. Projekt výstavby plynovodu na zemný plyn zahŕňal výstavbu plynovodu s priemerom 36 palcov a hrúbkou 0.633 palca z Alberty v Kanade do Chicaga. Na jednom úseku tohto potrubia zváračský dodávateľ použil dva 25 kW zdroje namontované na traktore s indukčnými prikrývkami pripevnenými k ramenám kvôli rýchlosti a pohodliu. Zdroje energie predhrievali obe strany potrubného spoja. Rozhodujúce pre tento proces bola rýchlosť a spoľahlivá kontrola teploty. Keď sa obsah zliatin v materiáloch zvyšuje, aby sa znížila hmotnosť a čas zvárania a zvýšila sa životnosť dielov, riadenie teplôt predhrievania sa stáva kritickejším. Táto aplikácia indukčného ohrevu si vyžadovala menej ako tri minúty na dosiahnutie 250-stupňovej teploty predohrevu.
Ťažké vybavenie. Výrobca ťažkých zariadení často privaril zuby adaptéra na hrany lyžice nakladača. Spojovo zváraná zostava bola presunutá tam a späť do veľkej pece, čo vyžadovalo, aby zvárací operátor čakal, kým sa diel opakovane ohrieva. Výrobca sa rozhodol vyskúšať indukčný ohrev na predhriatie zostavy, aby sa zabránilo pohybu produktu.
Materiál mal hrúbku 4 palce s vysokou požadovanou teplotou predhrievania kvôli obsahu zliatiny. Prispôsobené indukčné prikrývky boli vyvinuté tak, aby vyhovovali požiadavkám aplikácie. Konštrukcia izolácie a cievky poskytla ďalšiu výhodu ochrany operátora pred sálavým teplom dielu. Celkovo boli operácie podstatne efektívnejšie, skrátili čas zvárania a udržiavali teplotu počas celého procesu zvárania.
Ťažobné zariadenia. Baňa mala problémy s praskaním za studena a neefektívnosťou predhrievania pomocou propánových ohrievačov pri opravách banských zariadení. Zváračskí operátori museli často odstraňovať bežnú izolačnú prikrývku z hrubej časti, aby aplikovali teplo a udržali časť na správnej teplote.
Indukčná predhrievacia prikrývka udržuje teplotu okraja vedra počas nasadzovania zubov.
Baňa sa rozhodla vyskúšať indukčný ohrev pomocou plochých vzduchom chladených prikrývok na predhriatie dielov pred zváraním. Indukčný proces aplikoval teplo na časť rýchlo. Môže sa tiež používať nepretržite počas procesu zvárania. Čas opravy zvaru sa skrátil o 50 percent. Okrem toho bol zdroj energie vybavený regulátorom teploty na udržanie dielu na cieľovej teplote. Toto takmer eliminovalo prepracovanie spôsobené praskaním za studena.
Elektráreň. Staviteľ elektrárne staval elektráreň na zemný plyn v Kalifornii. Výrobcovia kotlov a potrubní konštruktéri čelili oneskoreniam pri výstavbe kvôli metódam predhrievania a odbúravania stresu, ktoré používali na parovodoch elektrárne. Spoločnosť zaviedla technológiu indukčného ohrevu v snahe zvýšiť efektivitu, najmä pre prácu na stredných až veľkých parných potrubiach, pretože tieto kusy vyžadujú najviac času tepelného spracovania potrebného na stavbe.
Jednoduchosť balenia indukčných prikrývok okolo zložitých tvarov, ako napríklad v tejto elektrárni na zemný plyn, môže skrátiť čas tepelného spracovania.
Na typickom 16-palcovom. weldolet s 2-in. hrúbka steny, indukčný ohrev dokázal znížiť o dve hodiny čas na dosiahnutie teploty (600 stupňov) a ďalšiu hodinu na dosiahnutie teploty namáčania (600 stupňov až 1,350 XNUMX stupňov) na zmiernenie stresu.
