Induktioesilämmitys ennen hitsausta stressin lievittämiseksi

Induktioesilämmitys ennen hitsausta stressiä lievittäväksi lämmittimeksi

Miksi käyttää induktioesilämmitystä ennen hitsausta?Induktioesilämmitys voi hidastaa jäähtymistä hitsauksen jälkeen. On edullista päästä eroon hitsausmetallissa olevasta vedystä ja välttää vedyn aiheuttamia halkeamia. Samalla se myös vähentää hitsaustiivisteen ja lämmön vaikutuksen alaisen vyöhykkeen kovettumistasoa, hitsausliitoksen halkeamankestävyys paranee.
Induktioesilämmitys voi vähentää hitsausjännitystä. Lämpötilaeroa (tunnetaan myös nimellä lämpötilagradientti) hitsaajien välillä hitsausalueella voidaan pienentää tasaisesti paikallisella tai koko induktioesilämmityksellä. Tällä tavalla toisaalta hitsausjännitys pienenee, toisaalta hitsauksen jännitysnopeus pienenee, mikä on edullista hitsaushalkeamien välttämiseksi.

Induktioesilämmitys voi vähentää hitsattujen rakenteiden rajoitusastetta, erityisen ilmeistä on vähentää kulmaliitoksen rajoitusta. Induktioesilämmityslämpötilan noustessa halkeamien ilmaantuvuus vähenee.
Induktioesilämmityslämpötila ja välikerroslämpötila (Huom: kun hitsaukseen tehdään monikerroksinen ja monivaihehitsaus, etuhitsin alinta lämpötilaa kutsutaan kerrosten väliseksi lämpötilaksi, kun jälkihitsaus hitsataan. Induktioesilämmityshitsausta vaativille materiaaleille , kun tarvitaan monikerroksista hitsausta, välikerroksen lämpötilan tulee olla yhtä suuri tai hieman korkeampi kuin induktio-esilämmityslämpötila Jos välikerroksen lämpötila on alhaisempi kuin induktioesilämmityslämpötila, se tulee esilämmittää uudelleen induktiolla.
Lisäksi induktioesilämmityslämpötilan tasaisuus teräslevyn paksuuden suunnassa ja hitsausalueella vaikuttaa merkittävästi hitsausjännityksen vähentämiseen. Paikallisen induktioesilämmityksen leveys on määritettävä hitsauslaitteen rajoitusten mukaan, yleensä kolme kertaa seinämän paksuus hitsausalueen ympärillä, ja vähintään 150-200 mm. Jos induktioesilämmitys ei ole tasaista, se ei vain vähennä hitsausjännitystä, vaan lisää hitsausjännitystä.

Kuinka löytää sopiva induktioesilämmitysratkaisu?

Kun valitset sopivaa induktioesilämmityslaitetta, ota huomioon pääasiassa seuraavat seikat:

Kuumennetun työkappaleen muoto ja koko.: Suuri työkappale, tankomateriaali, kiinteä materiaali, tulee valita suhteellinen teho, matalataajuinen induktiolämmityslaite; Jos työkappale on pieni, putki, levy, hammaspyörä jne., tulee valita induktioesilämmityslaitteisto, jolla on pieni suhteellinen teho ja korkea taajuus.
Lämmitettävä syvyys ja alue: Syvä lämmityssyvyys, suuri alue, kokonaislämmitys, tulisi valita suuritehoiset, matalataajuiset induktiolämmityslaitteet; Matala lämmityssyvyys, pieni pinta-ala, paikallislämmitys, suhteellisen pienen tehon valinta, korkeataajuinen induktioesilämmityslaitteisto.
Vaadittu lämmitysnopeus: Jos lämmitysnopeus on nopea, tulee valita induktiolämmityslaitteisto, jolla on suhteellisen suuri teho ja suhteellisen korkea taajuus.
Laitteiden jatkuva työaika: Jatkuva työaika on pitkä, valitse suhteellisen vähän suurempi teho induktio-esilämmityslaitteet.
Etäisyys induktiokuumennuspään ja induktiokoneen välillä: Pitkän liitännän, jopa vesijäähdytteisen kaapeliliitännän käytön, tulisi olla suhteellisen suuri tehoinduktio-esilämmityskone.

Induktiolämmitys: miten se toimii?

Induktiolämmitysjärjestelmät käytä kosketuksetonta lämmitystä. Ne indusoivat lämpöä sähkömagneettisesti sen sijaan, että käyttäisivät osan kanssa kosketuksissa olevaa lämmityselementtiä lämmön johtamiseen, kuten vastuslämmitys. Induktiolämmitys toimii enemmän kuin mikroaaltouuni – laite pysyy viileänä ruoan kypsyessä sisältä käsin.

Teollisessa esimerkissä induktio lämmitys, osaan indusoituu lämpöä asettamalla se suurtaajuiseen magneettikenttään. Magneettikenttä luo pyörrevirtoja osan sisään, kiihottaen osan molekyylejä ja tuottaen lämpöä. Koska kuumennus tapahtuu hieman metallipinnan alapuolella, lämpöä ei hukkaa.

Induktiolämmityksen samankaltaisuus vastuslämmityksen kanssa on se, että osan tai osan läpi lämmittämiseen tarvitaan johtuminen. Ainoa ero on lämmönlähde ja työkalun lämpötilat. Induktioprosessi lämpenee osan sisällä ja vastusprosessi osan pinnalla. Lämmityssyvyys riippuu taajuudesta. Korkeataajuinen (esim. 50 kHz) lämpenee lähellä pintaa, kun taas matalataajuinen (esim. 60 Hz) tunkeutuu syvemmälle kappaleeseen sijoittaen lämpölähteen jopa 3 mm syvälle, mikä mahdollistaa paksumpien osien lämmittämisen. Induktiokela ei kuumene, koska johdin on suuri kuljetettavalle virralle. Toisin sanoen käämin ei tarvitse lämmetä työkappaleen lämmittämiseksi.

Induktiolämmitysjärjestelmän osat

Induktiolämmitysjärjestelmät voivat olla ilma- tai nestejäähdytteisiä sovelluksen vaatimuksista riippuen. Molemmille järjestelmille yhteinen avainkomponentti on induktiokäämi, jota käytetään lämmön tuottamiseen osan sisällä.

Ilmajäähdytteinen järjestelmä. Tyypillinen ilmajäähdytteinen järjestelmä koostuu virtalähteestä, induktiopeitosta ja siihen liittyvistä kaapeleista. Induktiopeite koostuu induktiokelasta, jota ympäröi eristys ja joka on ommeltu korkean lämpötilan, vaihdettavaan Kevlar-holkkiin.

 

Tämän tyyppinen induktiojärjestelmä voi sisältää säätimen lämpötilan valvontaa ja automaattista säätämistä varten. Järjestelmässä, jossa ei ole säädintä, on käytettävä lämpötilan osoitinta. Järjestelmässä voi olla myös etäkäyttöinen on-off-kytkin. Ilmajäähdytteisiä järjestelmiä voidaan käyttää sovelluksissa jopa 400 astetta F, mikä tarkoittaa sitä, että se on vain esilämmitysjärjestelmä.

Nestejäähdytteinen järjestelmä. Koska neste jäähtyy ilmaa tehokkaammin, tämän tyyppinen induktiolämmitysjärjestelmä soveltuu korkeampia lämpötiloja vaativiin sovelluksiin, kuten korkean lämpötilan esilämmitys ja jännityksenpoisto. Tärkeimmät erot ilmajäähdytteiseen järjestelmään ovat vesijäähdyttimen lisääminen ja joustavan nestejäähdytteisen letkun käyttö, joka sisältää induktiokäämin. Nestejäähdytteisissä järjestelmissä käytetään yleensä myös lämpötilansäädintä ja sisäänrakennettua lämpötilatallentinta, jotka ovat erityisen tärkeitä komponentteja jännitystä lieventävissä sovelluksissa.

Tyypillinen jännityksenpoistomenettely vaatii askeleen 600-800 asteeseen F, jota seuraa ramppi tai kontrolloitu lämpötilan nousu noin 1,250 600 asteen liotuslämpötilaan. Odotusajan jälkeen osa ohjausjäähdytetään 800-XNUMX asteeseen. Lämpötilatallennin kerää tietoa osan todellisesta lämpötilaprofiilista termoparitulon perusteella, joka on laadunvarmistusvaatimus jännitystä lieventäville sovelluksille. Työtyyppi ja sovellettava koodi määräävät varsinaisen menettelyn.

Induktiolämmityksen edut

Induktiolämmitys tarjoaa lukuisia etuja, kuten hyvän lämmön tasaisuuden ja laadun, lyhyemmän syklin ja pitkäikäiset kulutusosat. Induktiolämmitys on myös turvallinen, luotettava, helppokäyttöinen, energiatehokas ja monipuolinen.

Tasaisuus ja laatu. Induktiolämmitys ei ole erityisen herkkä kelojen sijoittelulle tai etäisyydelle. Yleensä kelat tulee sijoittaa tasaisin välein ja keskittää hitsiliitoksen. Näin varustetuissa järjestelmissä lämpötilansäädin voi määrittää tehontarpeen analogisesti ja tuottaa juuri tarpeeksi tehoa lämpötilaprofiilin ylläpitämiseen. Virtalähde antaa virtaa koko prosessin ajan.

Cycle Time. Esilämmityksen ja jännityksenpoiston induktiomenetelmä tarjoaa suhteellisen nopean lämpötilan nousun. Paksuissa sovelluksissa, kuten korkeapaineisissa höyrylinjoissa, induktiokuumennus voi leikata kaksi tuntia syklin ajasta. Jakson aikaa on mahdollista lyhentää ohjauslämpötilasta liotuslämpötilaan.

Kulutustarvikkeet. Induktiolämmityksessä käytetty eriste on helppo kiinnittää työkappaleisiin ja sitä voidaan käyttää useaan kertaan. Lisäksi induktiokelat ovat kestäviä eivätkä vaadi särkyvää lankaa tai keraamisia materiaaleja. Lisäksi, koska induktiokäämit ja liittimet eivät toimi korkeissa lämpötiloissa, ne eivät ole alttiina hajoamiselle.

Helppokäyttöisyys. Induktioesilämmityksen ja jännityksenpoiston suuri etu on sen yksinkertaisuus. Eristys ja kaapelit on helppo asentaa, yleensä alle 15 minuuttia. Joissakin tapauksissa induktiolaitteiden käyttö voidaan opettaa yhdessä päivässä.

Tehotehokkuus. Invertterivirtalähde on 92-prosenttisesti tehokas, mikä on kriittinen etu energiakustannusten nousun aikakaudella. Lisäksi induktiolämmitysprosessi on yli 80 prosenttia tehokas. Mitä tulee tehonsyöttöön, induktioprosessi vaatii vain 40 ampeerin linjan 25 kW teholle.

Turvallisuus. Esilämmitys ja jännityksenpoisto induktiomenetelmällä on työntekijäystävällistä. Induktiolämmitys ei vaadi kuumia lämmityselementtejä ja liittimiä. Eristyspeitteisiin liittyy hyvin vähän ilmassa leviäviä hiukkasia, eikä eriste itsessään ole alttiina yli 1,800 XNUMX asteen lämpötiloille, mikä voi aiheuttaa eristeen hajoamisen pölyksi, jota työntekijät voivat hengittää.

Luotettavuus. Yksi tärkeimmistä tuottavuuteen vaikuttavista tekijöistä stressin lievittämisessä on keskeytymätön sykli. Useimmissa tapauksissa syklin keskeytyminen tarkoittaa, että lämpökäsittely on suoritettava uudelleen, mikä on merkittävää, kun lämpösykli voi kestää päivän. Induktiolämmitysjärjestelmän komponentit tekevät syklin keskeytyksistä epätodennäköisiä. Induktiokaapelointi on yksinkertaista, mikä vähentää sen epäonnistumisen todennäköisyyttä. Myöskään kontaktoreita ei käytetä ohjaamaan osan lämmöntuontia.

Monipuolisuus. Käyttämisen lisäksi induktiolämmitysjärjestelmät putkien esilämmittämiseksi ja jännityksen lieventämiseksi käyttäjät ovat mukauttaneet prosessia hitsaussuuttimille, kulmille, venttiileille ja muille osille. Yksi induktiolämmityksen näkökohdista, joka tekee siitä houkuttelevan monimutkaisille muodoille, on kyky säätää käämit lämmitysprosessin aikana ainutlaatuisten osien ja jäähdytyselementtien mukauttamiseksi. Käyttäjä voi käynnistää prosessin, määrittää lämmitysprosessin vaikutukset reaaliajassa ja muuttaa patterin asentoa muuttaakseen tulosta. Induktiokaapeleita voidaan siirtää odottamatta ilmajäähdytystä jakson lopussa.

Induktiolämmitys ennen hitsaussovelluksia

Tämä tekniikka on osoittautunut useissa projekteissa, kuten öljy- ja kaasuputkissa, raskaan kaluston rakentamisessa sekä kaivoslaitteiden huollossa ja korjauksessa.

Öljyputki. Pohjois-Amerikan öljyputken huoltotoimenpide, joka vaadittiin putken lämmittämiseen ennen ympyrän korjausholkkien tai liitososien hitsaamista putkilinjan 48 tuumaan. ympärysmitta. Vaikka työntekijät pystyivät tekemään monia korjauksia ilman öljyn virtausta pysäyttämättä tai tyhjentämättä sitä putkesta, itse raakaöljyn läsnäolo heikensi hitsauksen tehokkuutta, koska virtaava öljy absorboi lämpöä. Propaanipolttimet vaativat jatkuvaa hitsauksen keskeytystä lämmön ylläpitämiseksi, ja vastuslämmitys – samalla kun ne tarjosivat jatkuvaa lämpöä – eivät useinkaan kyenneet täyttämään vaadittuja hitsauslämpötiloja.

Työntekijät käyttivät kahta 25 kW:n järjestelmää rinnakkaisilla peitoilla saavuttaakseen 125 asteen esilämmityslämpötilan ympäröivien hihan korjausten yhteydessä. Tämän seurauksena ne lyhensivät kiertoaikaa kahdeksasta 12 tunnista neljään tuntiin ympäryshitsausta kohden.

Esilämmitys STOPPLE-liittimen (venttiilillä varustettu T-liitos) korjausta varten oli vieläkin haastavampaa, koska liittimen seinämäpaksuus on suurempi. Induktiolämmityksen kanssa yritys käytti kuitenkin neljää 25 kW:n järjestelmää rinnakkaisella peittoasetuksella. He käyttivät kahta järjestelmää T:n kummallakin puolella. Yhtä järjestelmää käytettiin päälinjassa öljyn esilämmittämiseen ja toista T:n esilämmittämiseen kehän hitsausliitoksessa. Esilämmityslämpötila oli 125 astetta. Tämä lyhensi hitsausaikaa 12 tunnista 18 tuntiin seitsemään tuntiin ympäryshitsausta kohden.

Maakaasuputki. Maakaasuputken rakennusprojekti sisälsi halkaisijaltaan 36 tuuman paksuisen putkilinjan rakentamisen Albertasta Kanadasta Chicagoon. Yhdellä tämän putkilinjan osuudella hitsausurakoitsija käytti kahta 0.633 kW:n virtalähdettä, jotka oli asennettu traktoriin ja induktiopeitteet oli kiinnitetty puomiin nopeuden ja käyttömukavuuden vuoksi. Virtalähteet esilämmittivät putkiliitoksen molemmat puolet. Tämän prosessin kannalta kriittisiä olivat nopeus ja luotettava lämpötilan säätö. Kun seosainepitoisuus kasvaa materiaaleissa painon ja hitsausajan lyhentämiseksi ja osan käyttöiän pidentämiseksi, esilämmityslämpötilojen säätely muuttuu kriittisemmäksi. Tässä induktiokuumennussovelluksessa 25 asteen esilämmityslämpötilan saavuttaminen vaati alle kolme minuuttia.

Raskas varustus. Raskas laitevalmistaja hitsaa usein adapterin hampaat kuormaimen kauhan reunoihin. Tarrahitsattua kokoonpanoa oli siirretty edestakaisin suureen uuniin, mikä vaati hitsausoperaattoria odottamaan, kun osa lämmitettiin toistuvasti. Valmistaja päätti kokeilla induktiolämmitystä kokoonpanon esilämmittämiseksi estääkseen tuotteen liikkumisen.

Materiaali oli 4 tuumaa paksu ja vaadittu korkea esilämmityslämpötila seosainepitoisuuden vuoksi. Räätälöidyt induktiopeitot on kehitetty täyttämään sovelluksen vaatimukset. Eristys ja käämin rakenne tarjosivat lisäedun, joka suojaa käyttäjää osan säteilylämmöltä. Kaiken kaikkiaan toiminta oli huomattavasti tehokkaampaa, mikä lyhensi hitsausaikaa ja säilytti lämpötilan koko hitsausprosessin ajan.

Kaivoslaitteet. Kaivoksessa oli ollut kylmäkrakkausongelmia ja esilämmityksen tehottomuutta käyttämällä propaanilämmittimiä kaivoslaitteiden korjausoperaatioissa. Hitsaustyöntekijöiden oli poistettava tavanomainen eristyspeitto paksusta osasta usein kohdistaakseen lämpöä ja pitääkseen osan oikeassa lämpötilassa.

Induktio-esilämmityspeite pitää kauhan reunan lämpötilan hampaiden kiinnityksen aikana.
Kaivos päätti kokeilla induktiolämmitystä käyttämällä litteitä, ilmajäähdytteisiä peitteitä osien esilämmittämiseksi ennen hitsausta. Induktioprosessi kohdistai lämpöä osaan nopeasti. Sitä voidaan myös käyttää jatkuvasti hitsausprosessin aikana. Hitsauksen korjausaika lyheni 50 prosenttia. Lisäksi virtalähde varustettiin lämpötilansäätimellä osan pitämiseksi tavoitelämpötilassa. Tämä melkein eliminoi kylmähalkeilun aiheuttaman uudelleentyöskentelyn.

Voimalaitos. Voimalaitoksen rakentaja oli rakentamassa maakaasuvoimalaitosta Kaliforniaan. Kattilanvalmistajilla ja putkiasentajilla oli ollut rakennusviiveitä tehtaan höyrylinjoilla käyttämiensä esilämmitys- ja jännityksenpoistomenetelmien vuoksi. Yritys otti käyttöön induktiolämmitystekniikan tehokkuuden lisäämiseksi erityisesti keskisuurilla ja suurilla höyrylinjoilla tehtäviin töihin, koska nämä kappaleet vievät eniten työmaalla tarvittavaa lämpökäsittelyaikaa.

Induktiopeittojen kääriminen monimutkaisten muotojen ympärille, kuten tässä maakaasuvoimalaitoksessa, voi lyhentää lämpökäsittelyaikaa.
Tyypillisellä 16 tuumalla. weldolet 2-tuumainen. seinämän paksuus, induktiolämmitys kykeni vähentämään lämpötilaa kahdella tunnilla (600 astetta) ja toisen tunnin saavuttamaan liotuslämpötilan (600 - 1,350 XNUMX astetta) stressin lievittämiseksi.