Индукционный предварительный нагрев перед сваркой для снятия напряжения

Индукционный предварительный нагрев перед сваркой для снятия напряжения нагревателя

Зачем использовать индукционный предварительный нагрев перед сваркой?Индукционный предварительный нагрев может замедлить скорость охлаждения после сварки. Полезно избежать диффундирующего водорода в металле сварного шва и избежать трещин, вызванных водородом. В то же время, это также снижает уровень закалки сварного шва и зоны термического влияния, улучшается трещиностойкость сварного соединения.
Предварительный индукционный нагрев может снизить сварочное напряжение. Разницу температур (также известную как температурный градиент) между сварщиками в зоне сварки можно уменьшить за счет равномерного локального или всего индукционного предварительного нагрева. Таким образом, с одной стороны, уменьшается сварочное напряжение, а с другой стороны, снижается скорость деформации при сварке, что способствует предотвращению образования сварочных трещин.

Предварительный индукционный нагрев может уменьшить степень ограничения сварных конструкций, особенно это очевидно для уменьшения ограничения углового соединения. С увеличением температуры индукционного предварительного нагрева частота появления трещин уменьшается.
Температура индукционного предварительного нагрева и межслойная температура (Примечание: при многослойной и многопроходной сварке сварного шва самая низкая температура переднего шва называется межслойной температурой при сварке после сварки. Для материалов, требующих индукционной сварки с предварительным нагревом , когда требуется многослойная сварка, межслойная температура должна быть равна или немного выше температуры индукционного предварительного нагрева.Если межслойная температура ниже температуры индукционного предварительного нагрева, его следует снова подвергнуть индукционному предварительному нагреву.
Кроме того, однородность температуры индукционного предварительного нагрева в направлении толщины стального листа и в зоне сварки оказывает важное влияние на снижение сварочного напряжения. Ширина локального индукционного предварительного нагрева определяется по ограничению сварщика, как правило, в три раза больше толщины стенки вокруг зоны сварки и не менее 150-200 мм. Если предварительный индукционный нагрев не является равномерным, это не только не уменьшит сварочное напряжение, но и увеличит сварочное напряжение.

Как найти подходящее решение для индукционного предварительного нагрева?

При выборе соответствующего оборудования для индукционного предварительного нагрева в основном учитывайте следующие аспекты:

Форма и размер нагретой заготовки.: Большая заготовка, стержневой материал, твердый материал, должна быть выбрана относительная мощность, низкочастотное индукционное нагревательное оборудование; Если заготовка небольшая, труба, плита, шестерня и т. д., следует выбрать оборудование для индукционного предварительного нагрева с низкой относительной мощностью и высокой частотой.
Глубина и площадь нагрева: глубина глубокого нагрева, большая площадь, общий нагрев, следует выбирать оборудование большой мощности, низкочастотное индукционное нагревательное оборудование; Малая глубина нагрева, небольшая площадь, локальный нагрев, выбор относительно небольшой мощности, высокочастотное индукционное оборудование для предварительного нагрева.
Требуемая скорость нагрева: если скорость нагрева высокая, следует выбрать индукционное нагревательное оборудование с относительно большой мощностью и относительно высокой частотой.
Время непрерывной работы оборудования: Длительное время непрерывной работы, поэтому выберите немного более мощное индукционное оборудование для предварительного нагрева.
Расстояние между головкой индукционного нагрева и индукционной машиной: длинное соединение, даже при использовании кабельного соединения с водяным охлаждением, должно быть относительно большой мощностью индукционной машины предварительного нагрева.

Индукционный нагрев: как это работает?

Индукционные системы отопления использовать бесконтактный нагрев. Они индуцируют тепло электромагнитным путем, а не используют нагревательный элемент, контактирующий с деталью, для отвода тепла, как в случае резистивного нагрева. Индукционный нагрев больше похож на микроволновую печь — прибор остается холодным, пока пища готовится внутри.

В промышленном примере индукционного нагрева, тепло индуцируется в детали путем помещения ее в высокочастотное магнитное поле. Магнитное поле создает вихревые токи внутри детали, возбуждая молекулы детали и выделяя тепло. Поскольку нагрев происходит немного ниже поверхности металла, тепло не теряется.

Сходство индукционного нагрева с резистивным нагревом заключается в том, что для нагрева секции или детали требуется проводимость. Единственная разница заключается в источнике тепла и температуре инструмента. Процесс индукции нагревает внутри детали, а процесс сопротивления нагревает поверхность детали. Глубина нагрева зависит от частоты. Высокочастотный (например, 50 кГц) нагревает близко к поверхности, а низкочастотный (например, 60 Гц) проникает глубже в деталь, помещая источник нагрева на глубину до 3 мм, что позволяет нагревать более толстые детали. Индукционная катушка не нагревается, потому что проводник большой для протекающего тока. Другими словами, катушку не нужно нагревать, чтобы нагреть заготовку.

Компоненты системы индукционного нагрева

Системы индукционного нагрева могут иметь воздушное или жидкостное охлаждение, в зависимости от требований применения. Ключевым компонентом, общим для обеих систем, является индукционная катушка, используемая для выработки тепла внутри детали.

Система воздушного охлаждения. Типичная система с воздушным охлаждением состоит из источника питания, индукционного покрытия и соответствующих кабелей. Индукционное одеяло состоит из индукционной катушки, окруженной изоляцией и вшитой в высокотемпературный сменный кевларовый рукав.

 

Этот тип индукционной системы может включать в себя контроллер для контроля и автоматического регулирования температуры. Система, не оснащенная контроллером, требует использования индикатора температуры. Система также может включать дистанционный выключатель. Системы с воздушным охлаждением могут использоваться для приложений до 400 градусов по Фаренгейту, обозначая их как систему только с предварительным нагревом.

Система жидкостного охлаждения. Поскольку жидкость охлаждается более эффективно, чем воздух, этот тип системы индукционного нагрева подходит для приложений, требующих более высоких температур, таких как высокотемпературный предварительный нагрев и снятие напряжения. Принципиальные отличия от системы с воздушным охлаждением заключаются в добавлении водяного охладителя и использовании гибкого шланга с жидкостным охлаждением, в котором находится индукционная катушка. В системах с жидкостным охлаждением также обычно используется регулятор температуры и встроенный регистратор температуры, что особенно важно в приложениях для снятия напряжения.

Типичная процедура снятия напряжения требует перехода к температуре от 600 до 800 градусов по Фаренгейту, за которой следует линейное или контролируемое повышение температуры до температуры выдержки приблизительно 1,250 градусов. После выдержки деталь охлаждается до температуры от 600 до 800 градусов. Регистратор температуры собирает данные о фактическом температурном профиле детали на основе входных данных термопары, что является требованием обеспечения качества для приложений по снятию напряжения. Тип работы и применимый код определяют фактическую процедуру.

Преимущества индукционного нагрева

Индукционный нагрев предлагает множество преимуществ, в том числе хорошую однородность и качество нагрева, сокращение времени цикла и долговечные расходные материалы. Индукционный нагрев также безопасен, надежен, прост в использовании, энергоэффективен и универсален.

Единообразие и качество. Индукционный нагрев не особенно чувствителен к размещению или расстоянию между катушками. Как правило, витки должны располагаться равномерно и центрироваться на сварном соединении. В системах, оборудованных таким образом, регулятор температуры может устанавливать требуемую мощность аналоговым способом, обеспечивая мощность, достаточную для поддержания температурного профиля. Источник питания обеспечивает питание в течение всего процесса.

Время цикла. Индукционный метод предварительного нагрева и снятия напряжений обеспечивает относительно быстрое достижение температуры. В более толстых изделиях, таких как паропроводы высокого давления, индукционный нагрев может сократить время цикла на два часа. Можно сократить время цикла от контрольной температуры до температуры выдержки.

Расходные материалы. Изоляция, используемая в индукционном нагреве, легко крепится к заготовкам и может многократно использоваться повторно. Кроме того, индукционные катушки прочны и не требуют хрупкой проволоки или керамических материалов. Также, поскольку индукционные катушки и соединители не работают при высоких температурах, они не подвержены износу.

Легкость использования. Основным преимуществом индукционного предварительного нагрева и снятия напряжения является его простота. Изоляцию и кабели легко установить, обычно это занимает менее 15 минут. В некоторых случаях научиться пользоваться индукционным оборудованием можно за один день.

Энергоэффективность. Инверторный источник питания имеет КПД 92%, что является важным преимуществом в эпоху стремительного роста цен на электроэнергию. Кроме того, процесс индукционного нагрева эффективен более чем на 80 процентов. Что касается потребляемой мощности, для индукционного процесса требуется только 40-амперная линия для мощности 25 кВт.

Безопасность. Предварительный нагрев и снятие напряжения с помощью индукционного метода удобны для работников. Индукционный нагрев не требует горячих нагревательных элементов и разъемов. С изоляционными покрытиями связано очень мало взвешенных в воздухе частиц, а сама изоляция не подвергается воздействию температур выше 1,800 градусов, что может привести к распаду изоляции на пыль, которую рабочие могут вдохнуть.

Надежность. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на продуктивность при снятии стресса, является непрерывный цикл. В большинстве случаев прерывание цикла означает, что термическую обработку необходимо будет повторить, что важно, когда термический цикл может занять день. Компоненты системы индукционного нагрева делают прерывание цикла маловероятным. Кабели для индукции просты, что снижает вероятность их отказа. Также не используются контакторы для управления подводом тепла к детали.

Многофункциональность. В дополнение к использованию системы индукционного нагрева Для предварительного нагрева и снятия напряжения с трубы пользователи адаптировали этот процесс для сварных швов, отводов, клапанов и других деталей. Одним из аспектов индукционного нагрева, который делает его привлекательным для сложных форм, является возможность регулировки катушек в процессе нагрева для размещения уникальных деталей и радиаторов. Оператор может запустить процесс, определить влияние процесса нагрева в режиме реального времени и изменить положение змеевика, чтобы изменить результат. Индукционные кабели можно перемещать, не дожидаясь воздушного охлаждения в конце цикла.

Индукционный нагрев перед сваркой

Эта технология зарекомендовала себя на ряде проектов, включая нефте- и газопроводы, строительство тяжелого оборудования, техническое обслуживание и ремонт горнодобывающего оборудования.

Нефтепровод. В ходе операции по техническому обслуживанию нефтепровода в Северной Америке необходимо было нагреть трубу перед приваркой кольцевых ремонтных муфт или фитингов к 48-дюймовому трубопроводу. обхват. Хотя рабочие могли выполнять множество ремонтных работ, не останавливая поток масла или не сливая его из трубы, присутствие самого сырья снижало эффективность сварки, поскольку вытекающее масло поглощало тепло. Пропановые горелки требовали постоянного прерывания сварки для поддержания тепла, а резистивный нагрев, обеспечивая непрерывный нагрев, часто не мог обеспечить требуемую температуру сварки.

Рабочие использовали две системы мощностью 25 кВт с параллельными одеялами для получения температуры предварительного нагрева 125 градусов при ремонте муфты окружения. В результате они сократили время цикла с восьми-двенадцати часов до четырех часов на кольцевой шов.

Предварительный нагрев перед ремонтом запорного фитинга (Т-образное соединение с клапаном) был еще более сложным из-за большей толщины стенки фитинга. Однако при индукционном нагреве компания использовала четыре системы мощностью 25 кВт с параллельной установкой одеяла. Они использовали две системы с каждой стороны Т. Одна система использовалась на главной линии для предварительного нагрева масла, а вторая использовалась для предварительного нагрева Т в кольцевом сварном соединении. Температура предварительного нагрева составляла 125 градусов. Это сократило время сварки с 12-18 часов до семи часов на кольцевой шов.

Трубопровод природного газа. Проект строительства газопровода предусматривал строительство газопровода диаметром 36 дюймов и толщиной 0.633 дюйма из Альберты, Канада, в Чикаго. На одном участке этого трубопровода подрядчик по сварке использовал два источника питания мощностью 25 кВт, установленные на тракторе с индукционными покрывалами, прикрепленными к стрелам для обеспечения скорости и удобства. Источники питания предварительно нагревали обе стороны стыка труб. Критически важными для этого процесса были скорость и надежный контроль температуры. По мере увеличения содержания сплава в материалах для снижения веса и времени сварки, а также для увеличения срока службы деталей контроль температуры предварительного нагрева становится все более важным. Это приложение для индукционного нагрева потребовало менее трех минут для достижения температуры предварительного нагрева в 250 градусов.

Тяжелое оборудование. Производители тяжелого оборудования часто приваривают зубья адаптера к краям ковша погрузчика. Прихваточный узел перемещали взад и вперед в большую печь, что требовало от сварщика ожидания, пока деталь неоднократно нагревалась. Производитель решил попробовать индукционный нагрев для предварительного нагрева сборки, чтобы предотвратить движение продукта.

Материал имел толщину 4 дюйма и требовал высокой температуры предварительного нагрева из-за содержания сплава. Индивидуальные индукционные одеяла были разработаны в соответствии с требованиями применения. Изоляция и конструкция катушки обеспечивали дополнительное преимущество, защищая оператора от теплового излучения детали. В целом операции стали значительно более эффективными, что позволило сократить время сварки и поддерживать температуру на протяжении всего процесса сварки.

Горное оборудование. На шахте возникли проблемы с холодным растрескиванием и неэффективностью предварительного нагрева с использованием пропановых нагревателей при ремонте горнодобывающего оборудования. Сварщикам приходилось часто снимать обычное изолирующее покрытие с толстой детали, чтобы нагреть деталь и поддерживать нужную температуру детали.

Одеяло индукционного подогрева поддерживает температуру кромки ковша во время соединения зубьев.
Шахта решила попробовать индукционный нагрев с использованием плоских одеял с воздушным охлаждением для предварительного нагрева деталей перед сваркой. Индукционный процесс обеспечивает быстрое нагревание детали. Его также можно использовать непрерывно во время процесса сварки. Время ремонта сварных швов сократилось на 50 процентов. Кроме того, источник питания был оснащен регулятором температуры для поддержания заданной температуры детали. Это почти исключило доработку, вызванную холодным растрескиванием.

Электростанция. Строитель электростанции строил электростанцию ​​на природном газе в Калифорнии. Изготовители котлов и трубопроводчики столкнулись с задержками строительства из-за методов предварительного нагрева и снятия напряжений, которые они использовали на паропроводах станции. Компания внедрила технологию индукционного нагрева в попытке повысить эффективность, особенно для работы на средних и больших паропроводах, поскольку эти детали требуют больше всего времени для термообработки, необходимого на строительной площадке.

Простота обертывания индукционных одеял вокруг сложных форм, как на этой электростанции, работающей на природном газе, может сократить время термообработки.
На типичном 16-дюймовом. сварной шов с 2-дюймовым. Толщина стенки, индукционный нагрев позволил сократить время достижения температуры на два часа (600 градусов) и еще один час на достижение температуры выдержки (от 600 до 1,350 градусов) для снятия напряжения.