去應力加熱器焊前感應預熱

為什麼要使用焊前感應預熱？感應預熱可以減緩焊後的冷卻速度。有利於焊縫金屬中擴散氫的逸出，避免氫致裂紋。同時，還降低了焊縫和熱影響區的硬化程度，提高了焊接接頭的抗裂性能。
感應預熱可以降低焊接應力。通過均勻的局部或整體感應預熱，可以減小焊接區焊工之間的溫差（也稱為溫度梯度）。這樣，一方面降低了焊接應力，另一方面降低了焊接應變率，有利於避免焊接裂紋。

感應預熱可以降低焊接結構的約束程度，對角接頭的約束降低尤為明顯。隨著感應預熱溫度的升高，裂紋發生率降低。
感應預熱溫度和層間溫度（注：對銲件進行多層多道焊時，焊後焊時正面焊縫的最低溫度稱為層間溫度。對於需要感應預熱焊接的材料，當需要多層焊接時，層間溫度應等於或略高於感應預熱溫度，如果層間溫度低於感應預熱溫度，應重新感應預熱。
此外，感應預熱溫度在鋼板厚度方向和焊縫區域的均勻性對降低焊接應力有重要作用。局部感應預熱寬度應根據焊工約束條件確定，一般為焊區周圍壁厚的150倍，且不小於200-XNUMXmm。如果感應預熱不均勻，不僅不會降低焊接應力，反而會增加焊接應力。

如何找到合適的感應預熱方案？

選擇合適的感應預熱設備時主要考慮以下幾個方面：

被加熱工件的形狀尺寸：大型工件、棒材、實心材料，宜選用相對功率、低頻的感應加熱設備；如果工件較小，如管材、板材、齒輪等，應選用相對功率小、頻率高的感應預熱設備。
加熱深度和麵積：加熱深度深、面積大、整體加熱，宜選用大功率、低頻感應加熱設備；加熱深度淺，面積小，局部加熱，選用功率相對較小的高頻感應預熱設備。
要求的加熱速度：如果加熱速度快，應選擇功率較大、頻率較高的感應加熱設備。
設備連續工作時間：連續工作時間長，相對選用功率稍大的感應預熱設備。
感應加熱頭與感應機距離：長連接，即使採用水冷電纜連接，應該是功率比較大的感應預熱機。

感應加熱：它是如何工作的？

感應加熱系統使用非接觸式加熱。它們通過電磁方式感應熱量，而不是像電阻加熱那樣使用與零件接觸的加熱元件來傳導熱量。感應加熱的作用更像微波爐——當食物從內部烹飪時，設備會保持涼爽。

在一個工業例子中感應加熱，通過將零件置於高頻磁場中，零件會產生熱量。磁場在零件內部產生渦流，激發零件的分子並產生熱量。由於加熱發生在金屬表面稍下方，因此不會浪費熱量。

感應加熱與電阻加熱的相似之處在於，需要傳導才能通過截面或零件進行加熱。唯一的區別是熱源和工具的溫度。感應過程在零件內部加熱，電阻過程在零件表面加熱。加熱的深度取決於頻率。高頻（例如 50 kHz）加熱靠近表面，而低頻（例如 60 Hz）深入零件，將加熱源置於最深 3 毫米的深度，從而可以加熱較厚的零件。感應線圈不會發熱，因為導體對於承載的電流來說很大。換句話說，線圈不需要加熱來加熱工件。

感應加熱系統組件

感應加熱系統可以風冷或液冷，具體取決於應用要求。兩個系統共有的一個關鍵部件是用於在部件內產生熱量的感應線圈。

風冷系統。典型的風冷系統由電源、感應毯和相關電纜組成。感應毯由一個被絕緣材料包圍的感應線圈組成，並縫在耐高溫、可更換的 Kevlar 套管中。

這種類型的感應系統可以包括一個控制器來監控和自動控制溫度。未配備控制器的系統需要使用溫度指示器。該系統還可以包括一個遠程開關。風冷系統可用於高達 400 華氏度的應用，將其指定為僅預熱系統。

液冷系統。由於液體冷卻比空氣更有效，因此這種類型的感應加熱系統適用於需要更高溫度的應用，例如高溫預熱和應力消除。與風冷系統的主要區別在於增加了水冷卻器和使用了容納感應線圈的柔性液冷軟管。液冷系統通常還使用溫度控制器和內置溫度記錄儀，在應力消除應用中尤其重要的組件。

典型的應力消除程序需要升溫至 600 至 800 華氏度，然後以斜坡或受控溫度升高至大約 1,250 度的均熱溫度。保持一段時間後，零件被控製冷卻到 600 到 800 度之間。溫度記錄器根據熱電偶輸入收集有關零件實際溫度曲線的數據，這是消除應力應用的質量保證要求。工作類型和適用的代碼決定了實際的程序。

感應加熱的好處

感應加熱具有許多優勢，包括良好的熱均勻性和質量、縮短的循環時間以及經久耐用的耗材。感應加熱還安全、可靠、易於使用、節能且用途廣泛。

均勻性和質量。感應加熱對線圈放置或間距不是特別敏感。一般來說，線圈應均勻分佈，並以焊縫為中心。在如此配備的系統上，溫度控制器可以以模擬方式確定功率要求，提供剛好足以維持溫度曲線的功率。電源在整個過程中提供動力。

週期. 預熱和消除應力的感應方法提供了相對較快的時間到溫度。在高壓蒸汽管線等較厚的應用中，感應加熱可以將循環時間縮短兩個小時。可以縮短從控制溫度到保溫溫度的循環時間。

消耗品。 感應加熱中使用的絕緣材料易於附著在工件上，可以多次重複使用。此外，感應線圈堅固耐用，不需要易碎的電線或陶瓷材料。此外，由於感應線圈和連接器不在高溫下工作，因此它們不會退化。

使用方便。 感應預熱和消除應力的一個主要好處是它的簡單性。絕緣和電纜安裝簡單，通常只需不到 15 分鐘。在某些情況下，如何使用感應設備可以在一天內學會。

電源效率。 逆變器電源的效率為 92%，這在能源成本飛漲的時代是一個關鍵優勢。此外，感應加熱過程的效率超過 80%。關於功率輸入，感應過程僅需要 40 安培的線路即可提供 25 千瓦的功率。

安全。 通過感應方法預熱和消除應力對工人友好。感應加熱不需要熱的加熱元件和連接器。絕熱毯與空氣中的微粒很少，而且絕熱材料本身不會暴露在高於 1,800 度的溫度下，這會導致絕熱材料分解成工人可能吸入的灰塵。

可靠性。 在緩解壓力方面影響生產力的最重要因素之一是不間斷的循環。在大多數情況下，循環中斷意味著需要重新進行熱處理，這在熱循環可能需要一天才能完成時非常重要。感應加熱系統組件使周期中斷的可能性很小。感應佈線很簡單，因此不太可能發生故障。此外，沒有接觸器用於控制零件的熱量輸入。

多功能性。 除了使用感應加熱系統為了預熱和消除管道應力，用戶已針對焊縫、彎頭、閥門和其他部件調整了該工藝。感應加熱對複雜形狀具有吸引力的一個方面是能夠在加熱過程中調整線圈以適應獨特的零件和散熱器。操作員可以啟動該過程，實時確定加熱過程的影響，並修改線圈位置以改變結果。無需等待循環結束時的空氣冷卻即可移動感應電纜。

焊接應用前的感應加熱

該技術已在許多項目中得到證明，包括石油和天然氣管道、重型設備建設以及採礦設備的維護和修理。

石油管道。 北美輸油管道維護操作需要在將環繞修復套管或配件焊接到管道的 48 英寸之前對管道進行加熱。周長。雖然工人可以在無需停止油流或將油從管道中排出的情況下進行多次維修，但原油本身的存在會影響焊接效率，因為流動的油會吸收熱量。丙烷焊槍需要不斷中斷焊接以保持熱量，而電阻加熱——在提供持續熱量的同時——通常無法滿足所需的焊接溫度。

工人們使用兩個 25 千瓦的系統和平行的毯子來獲得 125 度的預熱溫度來修復包圍套管。因此，他們將每個環焊縫的周期時間從 12 小時縮短到 XNUMX 小時，再縮短到 XNUMX 小時。

由於管件的壁厚較大，STOPPLE 管件（帶閥門的 T 型接頭）維修的預熱更具挑戰性。然而，對於感應加熱，該公司使用了四個 25 kW 的系統，並帶有並聯的毯子設置。他們在 T 型的每一側使用了兩個系統。一個系統用於在主線上預熱油，第二個系統用於預熱 T 型環焊縫。預熱溫度為125度。這將每個環焊縫的焊接時間從 12 到 18 小時減少到 XNUMX 小時。

天然氣管道。 一個天然氣管道建設項目需要建造一條從加拿大艾伯塔省到芝加哥的直徑 36 英寸、厚 0.633 英寸的管道。在這條管道的一段上，焊接承包商使用了兩個安裝在拖拉機上的 25 千瓦電源，感應毯連接到吊桿上以提高速度和方便性。電源預熱管接頭的兩側。這個過程的關鍵是速度和可靠的溫度控制。隨著材料中合金含量的增加以減輕重量和焊接時間，並增加零件壽命，控制預熱溫度變得更加關鍵。這種感應加熱應用只需不到三分鐘即可達到 250 度預熱溫度。

重型設備。 一家重型設備製造商經常將適配器齒焊接到其裝載機鏟斗邊緣。點焊組件已在大型熔爐中來回移動，需要焊接操作員等待零件反復重新加熱。製造商選擇嘗試感應加熱來預熱組件以防止產品移動。

由於含有合金成分，該材料厚 4 英寸，需要較高的預熱溫度。定制的感應毯被開發出來以滿足應用需求。絕緣和線圈設計提供了額外的好處，可以保護操作員免受零件的輻射熱影響。總的來說，操作效率大大提高，減少了焊接時間並在整個焊接過程中保持溫度。

採礦設備。 一家礦山在其採礦設備維修作業中使用丙烷加熱器時遇到了冷裂問題和預熱效率低下的問題。焊接操作員不得不經常從厚部件上取下傳統的絕緣毯，以加熱並使部件保持在正確的溫度。

感應預熱毯可在裝齒期間保持鏟斗邊緣的溫度。
該礦選擇嘗試使用扁平風冷毯進行感應加熱，以便在焊接前預熱零件。感應過程將熱量快速施加到零件上。也可在焊接過程中連續使用。焊接修復時間減少了 50%。此外，電源配備了溫度控制器，以將部件保持在目標溫度。這幾乎消除了冷裂造成的返工。

發電廠。 一家發電廠建造商正在加利福尼亞建造一座天然氣發電設施。鍋爐製造商和管道安裝工由於在工廠的蒸汽管道上採用的預熱和應力消除方法，一直在經歷施工延誤。該公司引入了感應加熱技術以試圖提高效率，特別是對於中型到大型蒸汽管線的工作，因為這些部件在工作現場所需的熱處理時間最長。

將感應毯包裹在復雜形狀周圍的簡單性，例如在這個天然氣發電廠，可以減少熱處理時間。
在一個典型的 16 英寸。帶 2 英寸焊縫的焊縫。壁厚，感應加熱能夠將達到溫度（600 度）的時間縮短兩個小時，達到均熱溫度（600 度到 1,350 度）的時間縮短一小時以消除應力。