Indukcijsko predgretje pred varjenjem za grelnik za razbremenitev
Zakaj uporabljati indukcijsko predgretje pred varjenjem?
Indukcijsko predgretje lahko upočasni hitrost ohlajanja po varjenju. Koristno je izogniti se razpršenemu vodiku v zvaru in preprečiti razpoke, ki jih povzroča vodik. Hkrati zmanjša tudi stopnjo varilnega tesnila in toplotno prizadeto območje utrjevanja, odpornost zvarnega spoja na razpoke je izboljšana.
Indukcijsko predgretje lahko zmanjša napetost pri varjenju. Temperaturno razliko (znano tudi kot temperaturni gradient) med varilci v območju varjenja je mogoče zmanjšati z enakomernim lokalnim ali celotnim indukcijskim predgretjem. Na ta način se na eni strani zmanjša napetost pri varjenju, na drugi strani pa se zmanjša stopnja varilne deformacije, kar je koristno za preprečevanje varilnih razpok.
Indukcijsko predgretje lahko zmanjša stopnjo omejitve varjenih konstrukcij, še posebej očitno je zmanjšati omejitev kotnega spoja. S povišanjem temperature indukcijskega predgretja se pojavnost razpok zmanjša.
Temperatura indukcijskega predgretja in temperatura vmesnega sloja (Opomba: ko se na zvaru izvaja večslojno in večkratno varjenje, se najnižja temperatura sprednjega zvara imenuje temperatura vmesnega sloja, ko je varjen naknadni zvar. Za materiale, ki zahtevajo varjenje z indukcijskim predgretjem , ko je potrebno večslojno varjenje, mora biti temperatura vmesnega sloja enaka ali nekoliko višja od temperature indukcijskega predgretja. Če je temperatura vmesnega sloja nižja od temperature indukcijskega predgretja, ga je treba ponovno indukcijsko predgreti.
Poleg tega enakomernost temperature indukcijskega predgretja v smeri debeline jeklene plošče in v območju zvara pomembno vpliva na zmanjšanje varilne napetosti. Širino lokalnega indukcijskega predgretja je treba določiti glede na omejitev varilca, na splošno trikratno debelino stene okoli zvarnega območja in ne manj kot 150-200 mm. Če indukcijsko predgretje ni enakomerno, ne samo, da ne bo zmanjšalo varilne obremenitve, ampak bo povečalo varilno obremenitev.
Kako najti ustrezno rešitev za indukcijsko predgretje?
Pri izbiri ustrezne opreme za indukcijsko predgretje upoštevajte predvsem naslednje vidike:
Oblika in velikost ogrevanega obdelovanca: Velik obdelovanec, palični material, trden material, je treba izbrati relativno moč, nizkofrekvenčno indukcijsko grelno opremo; Če je obdelovanec majhen, cev, plošča, zobnik itd., je treba izbrati opremo za indukcijsko predgretje z nizko relativno močjo in visoko frekvenco.
Globina in površina za ogrevanje: globoka globina segrevanja, velika površina, celotno ogrevanje, je treba izbrati opremo za indukcijsko ogrevanje z veliko močjo in nizko frekvenco; Majhna globina ogrevanja, majhna površina, lokalno ogrevanje, izbira relativno majhne moči, visokofrekvenčna indukcijska oprema za predgretje.
Zahtevana hitrost ogrevanja: Če je hitrost ogrevanja visoka, je treba izbrati opremo za indukcijsko ogrevanje z relativno veliko močjo in relativno visoko frekvenco.
Neprekinjen delovni čas opreme: Neprekinjen delovni čas je dolg, relativno izberite opremo za indukcijsko predgretje z nekoliko večjo močjo.
Razdalja med indukcijsko grelno glavo in indukcijskim strojem: dolga povezava, tudi uporaba vodno hlajenega kabelskega priključka, bi morala biti relativno velika moč indukcijskega predgrevalnega stroja.
Indukcijsko ogrevanje: kako deluje?
Indukcijski sistemi ogrevanja uporabite brezkontaktno ogrevanje. Toploto inducirajo elektromagnetno, namesto da uporabljajo grelni element v stiku z delom za prevajanje toplote, kot to počne uporovno ogrevanje. Indukcijsko gretje deluje bolj kot mikrovalovna pečica – aparat ostane hladen, medtem ko se hrana kuha v notranjosti.
V industrijskem primeru indukcijsko segrevanje, se v delu inducira toplota, tako da se del postavi v visokofrekvenčno magnetno polje. Magnetno polje ustvarja vrtinčne tokove znotraj dela, vznemirja molekule dela in ustvarja toploto. Ker do segrevanja pride rahlo pod kovinsko površino, se toplota ne izgublja.
Podobnost indukcijskega ogrevanja z uporovnim ogrevanjem je v tem, da je za ogrevanje skozi odsek ali del potrebna prevodnost. Edina razlika je vir toplote in temperatura orodja. Indukcijski proces se segreva znotraj dela, uporovni proces pa na površini dela. Globina segrevanja je odvisna od frekvence. Visoka frekvenca (npr. 50 kHz) segreva blizu površine, nizkofrekvenčna (npr. 60 Hz) pa prodre globlje v del, tako da postavi vir ogrevanja do 3 mm globoko, kar omogoča segrevanje debelejših delov. Indukcijska tuljava se ne segreje, ker je prevodnik velik za pretočni tok. Z drugimi besedami, tuljavi ni treba segreti, da segreje obdelovanec.
Komponente indukcijskega ogrevalnega sistema
Indukcijski ogrevalni sistemi so lahko zračno ali tekočinsko hlajeni, odvisno od zahtev uporabe. Ključna komponenta, ki je skupna obema sistemoma, je indukcijska tuljava, ki se uporablja za ustvarjanje toplote znotraj dela.
Zračno hlajeni sistem. Tipičen zračno hlajeni sistem je sestavljen iz vira energije, indukcijske odeje in pripadajočih kablov. Indukcijska odeja je sestavljena iz indukcijske tuljave, obdane z izolacijo in všite v visokotemperaturni, zamenljivi tulec iz kevlarja.
Ta vrsta indukcijskega sistema lahko vključuje krmilnik za spremljanje in samodejno krmiljenje temperature. Sistem, ki ni opremljen s krmilnikom, zahteva uporabo indikatorja temperature. Sistem lahko vključuje tudi daljinsko stikalo za vklop in izklop. Zračno hlajeni sistemi se lahko uporabljajo za aplikacije do 400 stopinj F, kar pomeni, da je sistem samo za predgretje.
Tekočinsko hlajeni sistem. Ker tekočina hladi učinkoviteje kot zrak, je ta vrsta indukcijskega ogrevalnega sistema primerna za aplikacije, ki zahtevajo višje temperature, kot je visokotemperaturno predgrevanje in razbremenitev. Glavne razlike od zračno hlajenega sistema so dodatek vodnega hladilnika in uporaba prožne, tekočinsko hlajene cevi, v kateri je indukcijska tuljava. Tekočinsko hlajeni sistemi na splošno uporabljajo tudi temperaturni regulator in vgrajen temperaturni zapisovalnik, ki sta še posebej pomembni komponenti pri aplikacijah za razbremenitev.
Tipičen postopek razbremenitve stresa zahteva korak do 600 do 800 stopinj F, čemur sledi rampa ali nadzorovan dvig temperature do temperature namakanja približno 1,250 stopinj. Po zadrževanju se del krmilno ohladi na med 600 in 800 stopinj. Zapisovalnik temperature zbira podatke o dejanskem temperaturnem profilu dela na podlagi vnosa termočlena, kar je zahteva za zagotavljanje kakovosti za aplikacije za razbremenitev. Vrsta dela in veljavna šifra določata dejanski postopek.
Prednosti indukcijskega ogrevanja
Indukcijsko ogrevanje ponuja številne prednosti, vključno z dobro enakomernostjo in kakovostjo toplote, skrajšanim časom cikla in dolgotrajnim potrošnim materialom. Indukcijsko ogrevanje je tudi varno, zanesljivo, enostavno za uporabo, energijsko učinkovito in vsestransko.
Enotnost in kakovost. Indukcijsko ogrevanje ni posebej občutljivo na postavitev tuljave ali razmik. Na splošno morajo biti tuljave enakomerno razporejene in centrirane na zvarnem spoju. Na tako opremljenih sistemih lahko temperaturni krmilnik vzpostavi zahtevo po moči na analogen način in zagotovi ravno dovolj moči za vzdrževanje temperaturnega profila. Vir energije zagotavlja napajanje med celotnim procesom.
Čas za kolesarjenje. Indukcijska metoda predgretja in sproščanja napetosti zagotavlja razmeroma hiter čas doseganja temperature. Pri debelejših aplikacijah, kot so visokotlačne parne cevi, lahko indukcijsko segrevanje skrajša dve uri od časa cikla. Možno je skrajšati čas cikla od kontrolne temperature do temperature namakanja.
Potrošni material. Izolacijo, ki se uporablja pri indukcijskem ogrevanju, je enostavno pritrditi na obdelovance in jo je mogoče večkrat uporabiti. Poleg tega so indukcijske tuljave robustne in ne potrebujejo krhke žice ali keramičnih materialov. Ker indukcijske tuljave in konektorji ne delujejo pri visokih temperaturah, niso podvrženi degradaciji.
Enostavnost uporabe. Glavna prednost indukcijskega predgretja in razbremenitve napetosti je njegova preprostost. Izolacijo in kable je enostavno namestiti in običajno traja manj kot 15 minut. V nekaterih primerih se je mogoče naučiti uporabe indukcijske opreme v enem dnevu.
Energijska učinkovitost. Inverterski vir energije je 92-odstotno učinkovit, kar je ključna prednost v dobi skokovitih stroškov energije. Poleg tega je postopek indukcijskega ogrevanja več kot 80-odstotno učinkovit. Kar zadeva vhodno moč, indukcijski proces zahteva samo 40-ampersko linijo za 25 kW moči.
Varnost. Predgretje in razbremenitev z indukcijsko metodo je prijazna do delavcev. Indukcijsko ogrevanje ne zahteva vročih grelnih elementov in priključkov. Zelo malo delcev v zraku je povezanih z izolacijskimi prevlekami, sama izolacija pa ni izpostavljena temperaturam, višjim od 1,800 stopinj, kar lahko povzroči, da se izolacija razgradi v prah, ki ga delavci lahko vdihavajo.
Zanesljivost. Eden najpomembnejših dejavnikov, ki vplivajo na produktivnost pri lajšanju stresa, je neprekinjen cikel. V večini primerov prekinitev cikla pomeni, da bo treba toplotno obdelavo ponovno zagnati, kar je pomembno, če lahko termični cikel traja en dan. Zaradi komponent indukcijskega ogrevalnega sistema so prekinitve cikla malo verjetne. Kabli za indukcijo so preprosti, zaradi česar je manjša verjetnost okvare. Prav tako se ne uporabljajo nobeni kontaktorji za nadzor dovoda toplote v del.
Vsestranskost. Poleg uporabe indukcijski sistemi ogrevanja za predgretje in razbremenitev cevi so uporabniki prilagodili postopek za varilce, kolena, ventile in druge dele. Eden od vidikov indukcijskega ogrevanja, zaradi katerega je privlačno za kompleksne oblike, je možnost prilagajanja tuljav med postopkom ogrevanja, da se prilagodijo edinstvenim delom in hladilnim odvodom. Operater lahko zažene postopek, določi učinke procesa segrevanja v realnem času in spremeni položaj tuljave, da spremeni rezultat. Indukcijske kable je mogoče premikati brez čakanja na zračno hlajenje ob koncu cikla.
Indukcijsko ogrevanje pred varjenjem
Ta tehnologija se je izkazala pri številnih projektih, vključno z naftovodi in plinovodi, gradnjo težke opreme ter vzdrževanjem in popravilom rudarske opreme.
Naftovod. Vzdrževanje naftovoda v Severni Ameriki je bilo potrebno za ogrevanje cevi pred varjenjem obrobnih popravilnih tulcev ali fitingov na 48-inčni cevovod. obseg Medtem ko so lahko delavci opravili številna popravila, ne da bi morali ustaviti pretok olja ali ga izčrpati iz cevi, je prisotnost same surove nafte ovirala učinkovitost varjenja, ker je tekoče olje absorbiralo toploto. Gorilniki s propanom so zahtevali stalno prekinitev varjenja, da so ohranili toploto, in uporovno ogrevanje – medtem ko je zagotavljalo stalno toploto – pogosto ni moglo doseči zahtevanih temperatur zvara.
Delavci so uporabili dva 25-kW sistema z vzporednimi odejami, da so dosegli temperaturo predgretja 125 stopinj pri popravilih obkrožnega tulca. Posledično so skrajšali čas cikla z osem do 12 ur na štiri ure na obodni zvar.
Predgretje za popravilo fitinga STOPPLE (T spoj z ventilom) je bilo še večji izziv zaradi večje debeline stene fitinga. Pri indukcijskem ogrevanju pa je podjetje uporabilo štiri 25-kW sisteme z vzporedno namestitvijo odeje. Uporabili so dva sistema na vsaki strani T. En sistem je bil uporabljen na glavnem vodu za predgretje olja, drugi pa je bil uporabljen za predgretje T na obodnem zvarnem spoju. Temperatura predgretja je bila 125 stopinj. To je zmanjšalo čas varjenja z 12 do 18 ur na sedem ur na obodni zvar.
Plinovod za zemeljski plin. Projekt gradnje plinovoda za zemeljski plin je vključeval gradnjo plinovoda s premerom 36 palcev in debelino 0.633 palca od Alberte v Kanadi do Chicaga. Na enem odseku tega cevovoda je varilni izvajalec uporabil dva 25-kW vira energije, nameščena na traktorju z indukcijskimi odejami, pritrjenimi na nosilce za hitrost in priročnost. Viri energije so predgreli obe strani cevnega spoja. Pri tem procesu sta bila kritična hitrost in zanesljiv nadzor temperature. Ker se vsebnost zlitin v materialih povečuje, da se zmanjšajo teža in čas varjenja ter da se podaljša življenjska doba delov, postane nadzor temperatur predgretja bolj kritičen. Ta aplikacija za indukcijsko ogrevanje je zahtevala manj kot tri minute, da je dosegla temperaturo predgretja 250 stopinj.
Težka oprema. Proizvajalec težke opreme je na robove nakladalne žlice pogosto privaril adapterske zobe. Zvarjen sklop je bil premikan naprej in nazaj v veliko peč, zaradi česar je moral varilec počakati, da se del večkrat segreje. Proizvajalec se je odločil poskusiti z indukcijskim ogrevanjem za predgretje sklopa, da prepreči premikanje izdelka.
Material je bil debel 4 in z visoko zahtevano temperaturo predgretja zaradi vsebnosti zlitin. Indukcijske odeje po meri so bile razvite za izpolnjevanje zahtev uporabe. Zasnova izolacije in tuljave je zagotovila dodatno prednost zaščite operaterja pred sevalno toploto dela. Na splošno so bile operacije bistveno bolj učinkovite, skrajšal je čas varjenja in vzdrževal temperaturo v celotnem procesu varjenja.
Rudarska oprema. Rudnik je imel težave s hladnim razpokanjem in neučinkovitostjo predgretja z uporabo grelnikov na propan pri popravilih rudarske opreme. Varilci so morali pogosto odstraniti običajno izolacijsko prevleko z debelega dela, da so dovajali toploto in ohranjali del na pravilni temperaturi.
Indukcijska predgrelna odeja ohranja temperaturo roba vedra med pritrjevanjem zob.
Rudnik se je odločil poskusiti indukcijsko ogrevanje z uporabo ravnih, zračno hlajenih odej za predgretje delov pred varjenjem. Indukcijski postopek je del hitro dovedel do toplote. Lahko se uporablja tudi neprekinjeno med postopkom varjenja. Čas popravila zvara se je zmanjšal za 50 odstotkov. Poleg tega je bil vir energije opremljen s temperaturnim regulatorjem, da je del ohranjal ciljno temperaturo. To je skoraj odpravilo predelavo, ki jo povzročajo hladne razpoke.
Elektrarna. Graditelj elektrarne je v Kaliforniji gradil elektrarno na zemeljski plin. Proizvajalci kotlov in cevovodov so imeli zamude pri gradnji zaradi predgretja in metod za zmanjšanje napetosti, ki so jih uporabljali na parnih vodih elektrarne. Podjetje je uvedlo tehnologijo indukcijskega ogrevanja, da bi povečalo učinkovitost, zlasti pri delu na srednje velikih do velikih parnih vodih, saj ti kosi zahtevajo največ časa za toplotno obdelavo, ki je potreben na delovišču.
Preprosto ovijanje indukcijskih odej okoli kompleksnih oblik, kot je na primer ta elektrarna na zemeljski plin, lahko skrajša čas toplotne obdelave.
Na tipičnem 16-palčnem. weldolet z 2-in. debeline stene, je indukcijsko ogrevanje lahko skrajšalo dve uri časa do temperature (600 stopinj) in še eno uro, da je doseglo temperaturo namakanja (600 stopinj do 1,350 stopinj) za razbremenitev.
