Indukcijsko predgrijavanje prije zavarivanja za grijač za ublažavanje stresa
Zašto koristiti indukcijsko predgrijavanje prije zavarivanja?
Indukcijsko predgrijavanje može usporiti brzinu hlađenja nakon zavarivanja. Korisno je izbjeći difuzni vodonik u metalu šava i izbjeći pukotine izazvane vodonikom. U isto vrijeme, također smanjuje brtvu zavarivanja i nivo otvrdnjavanja zone pod utjecajem topline, poboljšava se otpornost na pukotine zavarenog spoja.
Indukcijsko predgrijavanje može smanjiti napon zavarivanja. Temperaturna razlika (takođe poznata kao temperaturni gradijent) između zavarivača u području zavarivanja može se smanjiti ujednačenim lokalnim ili cijelim indukcijskim predgrijavanjem. Na ovaj način, s jedne strane, smanjuje se napon zavarivanja, a s druge strane smanjuje se brzina deformacije zavarivanja, što je korisno za izbjegavanje pukotina pri zavarivanju.
Indukcijsko predgrijavanje može smanjiti stupanj ograničenja zavarenih konstrukcija, posebno je očito smanjiti ograničenje ugaonog spoja. Sa povećanjem temperature indukcijskog predgrijavanja, pojava pukotina se smanjuje.
Temperatura indukcijskog predgrijavanja i temperatura međusloja (Napomena: kada se zavarivanje u više slojeva i više prolaza izvodi na zavaru, najniža temperatura prednjeg zavara naziva se temperatura međusloja kada se zavaruje naknadni zavar. Za materijale koji zahtijevaju indukcijsko predgrijavanje zavarivanja , kada je potrebno višeslojno zavarivanje, temperatura međusloja treba biti jednaka ili malo viša od temperature indukcijskog predgrijavanja.Ako je temperatura međusloja niža od temperature indukcijskog predgrijavanja, treba ga ponovo indukcijski zagrijati.
Osim toga, ujednačenost temperature indukcijskog predgrijavanja u smjeru debljine čelične ploče i u području zavara ima važan učinak na smanjenje naprezanja zavarivanja. Širina lokalnog indukcijskog predgrijavanja treba biti određena prema ograničenju zavarivača, obično tri puta debljine zida oko zone zavara, a ne manje od 150-200 mm. Ako indukcijsko predgrijavanje nije ravnomjerno, ne samo da neće smanjiti napon zavarivanja, već će povećati napon zavarivanja.
Kako pronaći odgovarajuće rješenje za indukcijsko predgrijavanje?
Prilikom odabira odgovarajuće opreme za indukcijsko predgrijavanje uglavnom razmotrite sljedeće aspekte:
Oblik i veličina zagrijanog obratka.: Veliki radni komad, materijal šipke, čvrsti materijal, treba odabrati relativnu snagu, opremu za indukcijsko grijanje niske frekvencije; Ako je radni komad mali, cijev, ploča, zupčanik, itd., treba odabrati opremu za indukcijsko predgrijavanje s malom relativnom snagom i visokom frekvencijom.
Dubina i površina koja se grije: Duboka dubina grijanja, velika površina, ukupno grijanje, treba odabrati opremu za indukcijsko grijanje velike snage, niske frekvencije; Mala dubina grijanja, mala površina, lokalno grijanje, izbor relativno male snage, visokofrekventna indukcijska oprema za predgrijavanje.
Potrebna brzina grijanja: Ako je brzina grijanja velika, treba odabrati opremu za indukcijsko grijanje s relativno velikom snagom i relativno visokom frekvencijom.
Kontinuirano radno vrijeme opreme: Kontinuirano vrijeme rada je dugo, relativno odaberite opremu za indukcijsko predgrijavanje malo veće snage.
Udaljenost između indukcijske grijaće glave i indukcijskog stroja: Dugačka veza, čak i korištenje kabelske veze s vodom hlađenom, trebala bi biti mašina za indukcijsko predgrijavanje relativno velike snage.
Indukcijsko grijanje: kako funkcionira?
Indukcijski sistemi grijanja koristiti beskontaktno grijanje. Oni induciraju toplinu elektromagnetski, a ne koriste grijaći element u kontaktu s nekim dijelom za vođenje topline, kao što je otporno grijanje. Indukcijsko grijanje djeluje više kao mikrovalna pećnica — uređaj ostaje hladan dok se hrana kuha iznutra.
U industrijskom primjeru Indukcijsko grejanje, toplina se inducira u dijelu stavljanjem u visokofrekventno magnetsko polje. Magnetno polje stvara vrtložne struje unutar dijela, pobuđujući molekule dijela i stvarajući toplinu. Budući da se zagrijavanje događa malo ispod metalne površine, toplina se ne gubi.
Sličnost indukcijskog grijanja sa otpornim grijanjem je u tome što je za zagrijavanje kroz dio ili dio potrebna provodljivost. Jedina razlika je izvor topline i temperatura alata. Indukcijski proces zagrijava unutar dijela, a proces otpora zagrijava na površini dijela. Dubina grijanja ovisi o frekvenciji. Visokofrekventni (npr. 50 kHz) zagrijavaju blizu površine, dok niskofrekventni (npr. 60 Hz) prodiru dublje u dio, postavljajući izvor grijanja do 3 mm dubine, što omogućava zagrijavanje debljih dijelova. Indukcijska zavojnica se ne zagrijava jer je provodnik velik za struju koja se prenosi. Drugim riječima, zavojnica se ne mora zagrijavati da bi zagrijala radni komad.
Komponente sistema indukcijskog grijanja
Indukcijski sustavi grijanja mogu biti hlađeni zrakom ili tekućinom, ovisno o zahtjevima primjene. Ključna komponenta zajednička za oba sistema je indukcijski namotaj koji se koristi za stvaranje topline unutar dijela.
Vazdušno hlađeni sistem. Tipičan sistem sa vazdušnim hlađenjem sastoji se od izvora napajanja, indukcionog pokrivača i povezanih kablova. Indukcijski pokrivač se sastoji od indukcijskog namotaja okruženog izolacijom i ušivenog u visokotemperaturni zamjenjivi rukav od kevlara.
Ovaj tip indukcionog sistema može uključivati kontroler za praćenje i automatsku kontrolu temperature. Sistem koji nije opremljen kontrolerom zahteva upotrebu indikatora temperature. Sistem takođe može uključivati daljinski prekidač za uključivanje-isključivanje. Sistemi sa vazdušnim hlađenjem mogu se koristiti za aplikacije do 400 stepeni F, označavajući ga kao sistem samo za predgrevanje.
Sistem hlađen tekućinom. Budući da se tečnost hladi efikasnije od vazduha, ovaj tip sistema indukcionog grejanja je pogodan za aplikacije koje zahtevaju više temperature, kao što su visokotemperaturno predgrijavanje i oslobađanje od stresa. Glavne razlike u odnosu na sistem hlađenja zrakom su dodavanje hladnjaka za vodu i korištenje fleksibilnog crijeva hlađenog tekućinom u kojem se nalazi indukcijski kalem. Sistemi hlađeni tekućinom također uglavnom koriste temperaturni regulator i ugrađeni registrator temperature, posebno važne komponente u aplikacijama za ublažavanje stresa.
Tipična procedura oslobađanja od stresa zahtijeva korak do 600 do 800 stepeni F, nakon čega slijedi rampa ili kontrolirani porast temperature do temperature namakanja od približno 1,250 stupnjeva. Nakon vremena zadržavanja, dio se kontrolno hladi na između 600 i 800 stepeni. Rekorder temperature prikuplja podatke o stvarnom temperaturnom profilu dijela na osnovu ulaza termoelementa, što je zahtjev za osiguranje kvaliteta za aplikacije koje smanjuju stres. Vrsta posla i važeći kodeks određuju stvarnu proceduru.
Prednosti indukcijskog grijanja
Indukcijsko grijanje nudi brojne prednosti, uključujući dobru ujednačenost i kvalitetu topline, skraćeno vrijeme ciklusa i dugotrajan potrošni materijal. Indukcijsko grijanje je također sigurno, pouzdano, jednostavno za korištenje, energetski učinkovito i svestrano.
Ujednačenost i kvalitet. Indukcijsko grijanje nije posebno osjetljivo na postavljanje namotaja ili razmak. Općenito, zavojnice treba da budu ravnomjerno raspoređene i centrirane na zavarenom spoju. Na tako opremljenim sistemima, regulator temperature može uspostaviti zahtjeve za snagom na analogni način, pružajući dovoljno snage za održavanje temperaturnog profila. Izvor napajanja daje snagu tokom cijelog procesa.
Vrijeme ciklusa. Indukcijska metoda predgrijavanja i oslobađanja od naprezanja osigurava relativno brzo vrijeme do temperature. Na debljim aplikacijama, kao što su parovodi visokog pritiska, indukcijsko grijanje može smanjiti dva sata od vremena ciklusa. Moguće je smanjiti vrijeme ciklusa od kontrolne temperature do temperature namakanja.
Potrošni materijal. Izolacija koja se koristi u indukcijskom grijanju lako se pričvršćuje na obradak i može se više puta koristiti. Osim toga, indukcijski svici su robusni i ne zahtijevaju krhku žicu ili keramičke materijale. Također, budući da indukcijski svici i konektori ne rade na visokim temperaturama, nisu podložni degradaciji.
Jednostavnost upotrebe. Glavna prednost indukcijskog predgrijavanja i oslobađanja od stresa je njegova jednostavnost. Izolacija i kablovi se jednostavno postavljaju, obično im je potrebno manje od 15 minuta. U nekim slučajevima, kako koristiti indukcijsku opremu može se naučiti u jednom danu.
Energetska efikasnost. Inverterski izvor energije je efikasan 92 posto, što je kritična prednost u eri vrtoglavih troškova energije. Osim toga, proces indukcijskog grijanja je efikasan više od 80 posto. Što se tiče ulazne snage, proces indukcije zahtijeva samo 40-ampersku liniju za 25 kW snage.
Sigurnost. Predgrijavanje i otklanjanje stresa metodom indukcije je pogodno za radnike. Indukcijsko grijanje ne zahtijeva vruće grijaće elemente i konektore. Vrlo malo čestica u zraku je povezano sa izolacijskim pokrivačima, a sama izolacija nije izložena temperaturama višim od 1,800 stepeni, što može uzrokovati razbijanje izolacije u prašinu koju radnici mogu udisati.
Pouzdanost. Jedan od najvažnijih faktora koji utiču na produktivnost u oslobađanju od stresa je neprekidan ciklus. U većini slučajeva prekid ciklusa znači da će toplotna obrada morati da se ponovi, što je značajno kada termički ciklus može potrajati jedan dan da se završi. Komponente sistema indukcionog grejanja čine prekide ciklusa malo verovatnim. Kablovi za indukciju su jednostavni, pa je manja vjerovatnoća da će otkazati. Također, ne koriste se kontaktori za kontrolu dovoda topline u dio.
Svestranost. Pored upotrebe indukcijski sustavi grijanja za prethodno zagrijavanje i oslobađanje cijevi od naprezanja, korisnici su prilagodili proces za zavarene spojnice, koljena, ventile i druge dijelove. Jedan od aspekata indukcijskog grijanja koji ga čini privlačnim za složene oblike je mogućnost podešavanja zavojnica tokom procesa grijanja kako bi se prilagodili jedinstvenim dijelovima i hladnjakima. Operater može pokrenuti proces, odrediti efekte procesa grijanja u realnom vremenu i modificirati položaj zavojnice kako bi promijenio rezultat. Indukcioni kablovi se mogu pomerati bez čekanja na hlađenje vazduhom na kraju ciklusa.
Indukcijsko grijanje prije primjene zavarivanja
Ova tehnologija se dokazala na brojnim projektima, uključujući naftovode i gasovode, izgradnju teške opreme, održavanje i popravku rudarske opreme.
Naftovod. Operacija održavanja sjevernoameričkih naftovoda potrebna za zagrijavanje cijevi prije zavarivanja čahure za popravku okruženja ili fitinga na cjevovodu od 48 inča. obim. Dok su radnici mogli da izvrše mnoge popravke bez potrebe da zaustave protok ulja ili da ga ispuste iz cevi, prisustvo sirove nafte je ometalo efikasnost zavarivanja jer je ulje koje teče apsorbovalo toplotu. Propanske baklje zahtijevale su konstantan prekid zavarivanja kako bi se održala toplina, a otporno grijanje — dok je pružalo kontinuiranu toplinu — često nije moglo zadovoljiti potrebne temperature zavarivanja.
Radnici su koristili dva sistema od 25 kW sa paralelnim pokrivačima da bi postigli temperaturu prethodnog zagrevanja od 125 stepeni prilikom popravke opkoljenog rukava. Kao rezultat toga, smanjili su vrijeme ciklusa sa osam na 12 sati na četiri sata po obodnom zavaru.
Predgrijavanje za popravku STOPPLE spojnice (T spoj sa ventilom) bilo je još izazovnije zbog veće debljine zida. Međutim, sa indukcijskim grijanjem, kompanija je koristila četiri sistema od 25 kW sa paralelnim postavom pokrivača. Koristili su dva sistema sa svake strane T. Jedan sistem je korišten na glavnoj liniji za predgrijavanje ulja, a drugi je korišten za predgrijavanje T na obodnom zavarenom spoju. Temperatura predgrijavanja bila je 125 stepeni. Time je smanjeno vrijeme zavarivanja sa 12 na 18 sati na sedam sati po obodnom zavaru.
Gasovod. Projekat izgradnje gasovoda za prirodni gas podrazumevao je izgradnju gasovoda prečnika 36 inča i debljine 0.633 inča od Alberte, Kanada, do Čikaga. Na jednom dijelu ovog cjevovoda, izvođač zavarivanja je koristio dva izvora energije od 25 kW montirana na traktor sa indukcijskim pokrivačima pričvršćenim za grane radi brzine i udobnosti. Izvori struje su prethodno zagrijali obje strane spoja cijevi. Ključni za ovaj proces bili su brzina i pouzdana kontrola temperature. Kako se sadržaj legure povećava u materijalima kako bi se smanjila težina i vrijeme zavarivanja, te kako bi se produžio vijek trajanja dijela, kontrola temperature predgrijavanja postaje kritičnija. Za ovu aplikaciju indukcijskog grijanja bilo je potrebno manje od tri minute da bi se postigla temperatura predgrijavanja od 250 stepeni.
Teška oprema. Proizvođač teške opreme često je zavarivao zupce adaptera na ivice kašike utovarivača. Priključno zavareni sklop pomican je naprijed-nazad u veliku peć, što je zahtijevalo od operatera zavarivanja da čeka dok se dio više puta zagrijava. Proizvođač je odlučio isprobati indukcijsko grijanje kako bi zagrijao sklop kako bi spriječio pomicanje proizvoda.
Materijal je bio debljine 4 inča sa visokom potrebnom temperaturom predgrijavanja zbog sadržaja legure. Prilagođene indukcijske deke su razvijene da zadovolje zahtjeve primjene. Dizajn izolacije i namotaja pružio je dodatnu prednost zaštite operatera od zračeće topline dijela. Sve u svemu, operacije su bile znatno efikasnije, smanjujući vrijeme zavarivanja i održavajući temperaturu tokom cijelog procesa zavarivanja.
rudarska oprema. Rudnik je imao problema sa hladnim pucanjem i neefikasnošću predgrijavanja upotrebom propanskih grijača u operacijama popravke rudarske opreme. Operateri zavarivanja morali su često uklanjati konvencionalni izolacijski pokrivač sa debelog dijela kako bi primijenili toplinu i održali dio na ispravnoj temperaturi.
Pokrivač za indukcijsko predgrijavanje održava temperaturu ruba kante tokom pričvršćivanja zuba.
Rudnik je odlučio isprobati indukcijsko grijanje korištenjem ravnih, zrakom hlađenih ćebadi kako bi prethodno zagrijali dijelove prije zavarivanja. Proces indukcije je brzo doveo toplinu na dio. Takođe se može koristiti kontinuirano tokom procesa zavarivanja. Vrijeme popravke zavara je smanjeno za 50 posto. Osim toga, izvor napajanja je bio opremljen temperaturnim regulatorom kako bi dio održao na ciljnoj temperaturi. Ovo je gotovo eliminiralo preradu uzrokovanu hladnim pucanjem.
Elektrana. Graditelj elektrane je gradio elektranu na prirodni gas u Kaliforniji. Proizvođači kotlova i instalateri cijevi su imali kašnjenja u izgradnji zbog predgrijavanja i metoda za ublažavanje stresa koje su koristili na parovodima elektrane. Kompanija je uvela tehnologiju indukcionog grijanja u pokušaju da poveća efikasnost, posebno za rad na srednjim i velikim parovodima, jer ovi komadi zahtijevaju najviše vremena za termičku obradu potrebnog na gradilištu.
Jednostavnost omotavanja indukcijskih pokrivača oko složenih oblika, kao što je u ovoj elektrani na prirodni plin, može smanjiti vrijeme toplinske obrade.
Na tipičnom 16-in. weldolet sa 2-in. debljine zida, indukcijsko grijanje je moglo smanjiti vrijeme do temperature (600 stepeni) za dva sata i još jedan sat da dostigne temperaturu namakanja (600 do 1,350 stepeni) za ublažavanje stresa.
