חימום מוקדם אינדוקציה לפני ריתוך להפגת מתחים

חימום מוקדם אינדוקציה לפני ריתוך למחמם משחרר מתח

מדוע להשתמש בחימום מוקדם אינדוקציה לפני ריתוך?חימום מוקדם באינדוקציה יכול להאט את קצב הקירור לאחר הריתוך. זה מועיל לברוח מהמימן המפוזר במתכת הריתוך ולהימנע מסדקים הנגרמים על ידי מימן. במקביל, זה גם מפחית את אטם הריתוך ואת רמת ההתקשות של אזור מושפע חום, עמידות הסדקים של המפרק המרותך משתפרת.
חימום מוקדם באינדוקציה יכול להפחית את מתח הריתוך. ניתן להקטין את הפרש הטמפרטורה (המכונה גם שיפוע טמפרטורה) בין רתכים באזור הריתוך על ידי חימום מוקדם מקומי או שלם באופן אחיד. באופן זה, מחד גיסא, מתח הריתוך מופחת, מאידך, קצב המתח הריתוך מופחת, מה שמועיל להימנעות מסדקים בריתוך.

חימום מוקדם באינדוקציה יכול להפחית את מידת האילוץ של המבנים המרותכים, ברור במיוחד להפחית את האילוץ של מפרק הזווית. עם עליית טמפרטורת החימום המוקדם באינדוקציה, שכיחות הסדקים פוחתת.
טמפרטורת חימום מוקדם אינדוקציה וטמפרטורת בין-שכבה (הערה: כאשר ריתוך רב-שכבתי ורב-מעבר מתבצע על הריתוך, הטמפרטורה הנמוכה ביותר של הריתוך הקדמי נקראת טמפרטורת בין-שכבה כאשר הריתוך לאחר הריתוך מרותך. עבור חומרים הדורשים ריתוך אינדוקציה , כאשר נדרש ריתוך רב-שכבתי, טמפרטורת הביניים צריכה להיות שווה או מעט גבוהה יותר מטמפרטורת החימום מראש האינדוקציה. אם הטמפרטורה הבין-שכבתית נמוכה מטמפרטורת החימום המוקדם באינדוקציה, יש לחמם אותה שוב באינדוקציה.
בנוסף, לאחידות של טמפרטורת חימום מוקדם אינדוקציה בכיוון עובי לוח הפלדה ובאזור הריתוך יש השפעה חשובה על הפחתת מתח הריתוך. יש לקבוע את הרוחב של חימום מוקדם אינדוקציה מקומית בהתאם לאילוץ של הרתך, בדרך כלל פי שלושה מעובי הדופן סביב אזור הריתוך, ולא פחות מ-150-200 מ"מ. אם חימום האינדוקציה אינו אחיד, לא רק שלא יפחית את מתח הריתוך אלא יגביר את מתח הריתוך.

כיצד למצוא את הפתרון המתאים לחימום מוקדם באינדוקציה?

בעת בחירת הציוד המתאים לחימום מוקדם אינדוקציה שקול בעיקר את ההיבטים הבאים:

הצורה והגודל של חומר העבודה המחומם.: חומר עבודה גדול, חומר בר, חומר מוצק, יש לבחור כוח יחסי, ציוד חימום אינדוקציה בתדר נמוך; אם חומר העבודה קטן, צינור, צלחת, ציוד וכו', יש לבחור את ציוד חימום מוקדם אינדוקציה עם הספק יחסי נמוך ותדירות גבוהה.
העומק והאזור שיש לחמם: עומק חימום עמוק, שטח גדול, חימום כולל, צריך לבחור ציוד לחימום אינדוקציה בעוצמה גדולה, בתדר נמוך; עומק חימום רדוד, שטח קטן, חימום מקומי, מבחר כוח קטן יחסית, ציוד חימום מוקדם אינדוקציה בתדר גבוה.
מהירות החימום הנדרשת: אם מהירות החימום מהירה, יש לבחור בציוד חימום אינדוקציה בעל הספק גדול יחסית ותדירות גבוהה יחסית.
זמן עבודה רציף של ציוד: זמן עבודה רציף ארוך, בחר יחסית ציוד לחימום מוקדם של אינדוקציית הספק גדול יותר.
מרחק בין ראש חימום האינדוקציה למכונת האינדוקציה: חיבור ארוך, אפילו שימוש בחיבור כבל מקורר מים, צריך להיות מכונת חימום מוקדמת אינדוקציה גדולה יחסית.

חימום אינדוקציה: איך זה עובד?

מערכות חימום אינדוקציה השתמש בחימום ללא מגע. הם גורמים לחום בצורה אלקטרומגנטית במקום להשתמש בגוף חימום במגע עם חלק כדי להעביר חום, וכך גם חימום התנגדות. חימום אינדוקציה פועל יותר כמו תנור מיקרוגל - המכשיר נשאר קריר בזמן שהמזון מתבשל מבפנים.

בדוגמה תעשייתית של חימום אינדוקציה, חום מושרה בחלק על ידי הנחתו בשדה מגנטי בתדר גבוה. השדה המגנטי יוצר זרמי מערבולת בתוך החלק, מסעיר את המולקולות של החלק ויוצר חום. מכיוון שהחימום מתרחש מעט מתחת למשטח המתכת, לא מתבזבז חום.

הדמיון של חימום אינדוקציה לחימום התנגדות הוא שנדרש הולכה לחימום דרך הקטע או החלק. ההבדל היחיד הוא מקור החום והטמפרטורות של הכלי. תהליך האינדוקציה מתחמם בתוך החלק, ותהליך ההתנגדות מתחמם על פני החלק. עומק החימום תלוי בתדירות. תדר גבוה (למשל, 50 קילו-הרץ) מתחמם קרוב לפני השטח, בעוד בתדר נמוך (למשל, 60 הרץ) חודר עמוק יותר לתוך החלק, ממקם את מקור החימום לעומק של עד 3 מ"מ, מה שמאפשר חימום של חלקים עבים יותר. סליל האינדוקציה אינו מתחמם מכיוון שהמוליך גדול לזרם הנישא. במילים אחרות, הסליל אינו צריך להתחמם כדי לחמם את חומר העבודה.

רכיבי מערכת חימום אינדוקציה

מערכות חימום אינדוקציה יכולות להיות מקוררות אוויר או נוזל, בהתאם לדרישות היישום. מרכיב מרכזי המשותף לשתי המערכות הוא סליל האינדוקציה המשמש ליצירת חום בתוך החלק.

מערכת קירור אוויר. מערכת מקוררת אוויר טיפוסית מורכבת ממקור חשמל, שמיכת אינדוקציה וכבלים נלווים. שמיכת האינדוקציה מורכבת מסליל אינדוקציה מוקף בבידוד ותפור לשרוול קוולר בטמפרטורה גבוהה שניתן להחלפה.

 

סוג זה של מערכת אינדוקציה יכול לכלול בקר לניטור ובקרה אוטומטית של הטמפרטורה. מערכת שאינה מצוידת בבקר דורשת שימוש במחוון טמפרטורה. המערכת יכולה גם לכלול מתג הדלקה-כיבוי מרחוק. ניתן להשתמש במערכות מקוררות אוויר ליישומים של עד 400 מעלות פרנהייט, מה שמייעד אותה כמערכת לחימום מוקדם בלבד.

מערכת מקוררת נוזל. מכיוון שהנוזל מתקרר בצורה יעילה יותר מאוויר, סוג זה של מערכת חימום אינדוקציה מתאים ליישומים הדורשים טמפרטורות גבוהות יותר, כגון חימום מוקדם בטמפרטורה גבוהה והורדת מתחים. ההבדלים העיקריים ממערכת מקוררת אוויר הם תוספת של מצנן מים ושימוש בצינור גמיש מקורר נוזלים המכיל את סליל האינדוקציה. מערכות מקוררות נוזלים גם משתמשות בדרך כלל בבקר טמפרטורה וברושם טמפרטורה מובנה, רכיבים חשובים במיוחד ביישומים להורדת מתחים.

ההליך האופייני להורדת מתחים דורש שלב ל-600 עד 800 מעלות פרנהייט, ואחריו רמפה או עליית טמפרטורה מבוקרת לטמפרטורת השרייה של כ-1,250 מעלות. לאחר זמן החזקה, החלק מקורר בקרה בין 600 ל-800 מעלות. מקליט הטמפרטורה אוסף נתונים על פרופיל הטמפרטורה בפועל של החלק בהתבסס על קלט תרמי, דרישה לאבטחת איכות עבור יישומים משחררי מתח. סוג העבודה והקוד הרלוונטי קובעים את ההליך בפועל.

היתרונות של חימום אינדוקציה

חימום אינדוקציה מציע יתרונות רבים, כולל אחידות ואיכות חום טובה, זמן מחזור מופחת וחומרים מתכלים עמידים לאורך זמן. חימום אינדוקציה הוא גם בטוח, אמין, קל לשימוש, חסכוני בחשמל ורב-תכליתי.

אחידות ואיכות. חימום אינדוקציה אינו רגיש במיוחד למיקום סליל או למרווחים. בדרך כלל, הסלילים צריכים להיות מרווחים באופן שווה ולמרוכז על מפרק הריתוך. במערכות המצוידות כך, בקר טמפרטורה יכול לקבוע את דרישת ההספק בצורה אנלוגית, ולספק מספיק כוח כדי לשמור על פרופיל הטמפרטורה. מקור הכוח מספק כוח במהלך כל התהליך.

זמן מחזור. שיטת האינדוקציה של חימום מוקדם והפגת מתחים מספקת זמן מהיר יחסית לטמפרטורה. ביישומים עבים יותר, כגון קווי קיטור בלחץ גבוה, חימום אינדוקציה יכול לקצץ שעתיים מזמן המחזור. אפשר להפחית את זמן המחזור מטמפרטורת הבקרה לטמפרטורת ההשריה.

מתכלים. הבידוד המשמש בחימום אינדוקציה קל להצמדה לחלקי עבודה וניתן לעשות בו שימוש חוזר פעמים רבות. בנוסף, סלילי אינדוקציה חזקים ואינם דורשים תיל או חומרים קרמיים שבירים. כמו כן, מכיוון שסלילי האינדוקציה והמחברים אינם פועלים בטמפרטורות גבוהות, הם אינם נתונים להשפלה.

קלות שימוש. היתרון העיקרי של חימום מוקדם אינדוקציה והפגת מתחים הוא הפשטות שלו. בידוד וכבלים פשוטים להתקנה, בדרך כלל לוקח פחות מ-15 דקות. במקרים מסוימים, ניתן ללמד כיצד להשתמש בציוד האינדוקציה ביום אחד.

יעילות חשמל. מקור הכוח של המהפך יעיל ב-92 אחוז, יתרון קריטי בעידן של עלויות אנרגיה מרקיעות שחקים. בנוסף, תהליך חימום האינדוקציה יעיל ביותר מ-80 אחוז. לגבי קלט הספק, תהליך האינדוקציה דורש רק קו של 40 אמפר להספק של 25 קילוואט.

בטיחות. חימום מוקדם והפגת מתחים באמצעות שיטת האינדוקציה הוא ידידותי לעובד. חימום אינדוקציה אינו מצריך גופי חימום ומחברים חמים. מעט מאוד חלקיקים הנישאים באוויר קשורים לשמיכות הבידוד, והבידוד עצמו אינו חשוף לטמפרטורות גבוהות מ-1,800 מעלות, מה שעלול לגרום לבידוד להתפרק לאבק שעובדים עלולים לשאוף.

מהימנות. אחד הגורמים החשובים ביותר המשפיעים על הפרודוקטיביות בהפגת מתחים הוא מחזור ללא הפרעה. ברוב המקרים הפסקת מחזור פירושה שיש צורך להפעיל מחדש את טיפול החום, וזה משמעותי כאשר מחזור תרמי יכול להימשך יום. רכיבי מערכת חימום האינדוקציה הופכים הפסקות מחזור לבלתי סבירות. הכבלים לאינדוקציה הם פשוטים, מה שהופך אותו לפחות סיכוי להיכשל. כמו כן, לא נעשה שימוש במגעים לשליטה בכניסת החום לחלק.

רבגוניות. בנוסף לשימוש מערכות חימום אינדוקציה כדי לחמם מראש ולהפיג צינורות, המשתמשים התאימו את התהליך לוולדולטים, מרפקים, שסתומים וחלקים אחרים. אחד ההיבטים של חימום אינדוקציה שהופך אותו לאטרקטיבי עבור צורות מורכבות הוא היכולת להתאים את הסלילים במהלך תהליך החימום כדי להכיל חלקים ייחודיים וגופי קירור. המפעיל יכול להתחיל את התהליך, לקבוע את ההשפעות של תהליך החימום בזמן אמת, ולשנות את מיקום הסליל כדי לשנות את התוצאה. ניתן להזיז את כבלי האינדוקציה מבלי להמתין לקירור האוויר בסוף המחזור.

חימום אינדוקציה לפני יישומי ריתוך

טכנולוגיה זו הוכיחה את עצמה במספר פרויקטים, כולל צינורות נפט וגז, בניית ציוד כבד ותחזוקה ותיקון של ציוד כרייה.

צינור שמן. נדרשת פעולת תחזוקה של צינורות נפט בצפון אמריקה כדי לחמם את הצינור לפני ריתוך שרוולים או אביזרים לתיקון מעגלים ל-48 אינץ' של הצינור. חֲגוֹרָה. בעוד שעובדים יכלו לבצע תיקונים רבים ללא צורך לעצור את זרימת הנפט או לנקז אותו מהצינור, נוכחותו של הנפט הגולמי עצמו פגעה ביעילות הריתוך מכיוון שהשמן הזורם ספג את החום. לפידי פרופאן דרשו הפרעה מתמדת של הריתוך כדי לשמור על חום, וחימום התנגדות - תוך מתן חום מתמשך - לרוב לא יכל לעמוד בטמפרטורות הריתוך הנדרשות.

העובדים השתמשו בשתי מערכות של 25 קילוואט עם שמיכות מקבילות כדי להשיג טמפרטורת חימום מוקדמת של 125 מעלות בתיקוני שרוולים מקיפים. כתוצאה מכך, הם צמצמו את זמן המחזור משמונה ל-12 שעות לארבע שעות לכל ריתוך בהיקף.

חימום מוקדם עבור אביזרי STOPPLE (צומת T עם שסתום) היה אפילו מאתגר יותר בגלל עובי הדופן הגדול יותר של האביזר. עם זאת, עם חימום אינדוקציה, החברה השתמשה בארבע מערכות של 25 קילוואט עם מערך שמיכה מקביל. הם השתמשו בשתי מערכות בכל צד של ה-T. מערכת אחת שימשה בקו הראשי כדי לחמם מראש את השמן, והשנייה שימשה לחימום מראש של ה-T במפרק הריתוך ההיקפי. טמפרטורת החימום מראש הייתה 125 מעלות. זה הפחית את זמן הריתוך מ-12 ל-18 שעות לשבע שעות לכל ריתוך בהיקף.

צינור גז טבעי. פרויקט בניית צינור גז טבעי כלל בניית צינור בקוטר 36 אינצ'ים, 0.633 אינץ' בעובי מאלברטה, קנדה, לשיקגו. בקטע אחד של צינור זה, קבלן הריתוך השתמש בשני מקורות כוח של 25 קילוואט שהותקנו על טרקטור עם שמיכות אינדוקציה מחוברות לבומים למהירות ונוחות. מקורות הכוח חיממו מראש את שני הצדדים של מפרק הצינור. קריטיים לתהליך זה היו מהירות ובקרת טמפרטורה אמינה. ככל שתכולת הסגסוגת עולה בחומרים כדי להפחית את המשקל ואת זמן הריתוך, וכדי להגדיל את חיי החלק, השליטה בטמפרטורות החימום המקדים הופכת לקריטית יותר. ליישום חימום אינדוקציה זה נדרש פחות משלוש דקות כדי להשיג את טמפרטורת החימום מראש של 250 מעלות.

ציוד כבד. יצרן ציוד כבד ריתך לעתים קרובות שיני מתאם על קצוות דלי המעמיס שלו. המכלול המרותך בהדק הועבר קדימה ואחורה לכבשן גדול, מה שחייב את מפעיל הריתוך להמתין בזמן שהחלק מחומם שוב ושוב. היצרן בחר לנסות חימום אינדוקציה כדי לחמם מראש את המכלול כדי למנוע תנועה של המוצר.

החומר היה בעובי של 4 אינץ' עם טמפרטורת חימום מוקדם נדרשת גבוהה בגלל תכולת הסגסוגת. שמיכות אינדוקציה בהתאמה אישית פותחו כדי לעמוד בדרישות היישום. עיצוב הבידוד והסליל סיפקו את היתרון הנוסף של מיגון המפעיל מפני חום הקרינה של החלק. בסך הכל, הפעולות היו יעילות במידה ניכרת, תוך צמצום זמן הריתוך ושמירה על הטמפרטורה לאורך תהליך הריתוך.

ציוד כרייה. מכרה סבל מבעיות של פיצוח קור וחוסר יעילות של חימום מוקדם באמצעות מחממי פרופאן בפעולות התיקון שלו של ציוד כרייה. מפעילי ריתוך נאלצו להסיר שמיכת בידוד קונבנציונלית מהחלק העבה לעתים קרובות כדי להפעיל חום ולשמור על החלק בטמפרטורה הנכונה.

שמיכת חימום מוקדם אינדוקציה שומרת על הטמפרטורה של קצה הדלי במהלך הצמדת השיניים.
המכרה בחר לנסות חימום אינדוקציה באמצעות שמיכות שטוחות ומקוררות אוויר כדי לחמם את החלקים לפני הריתוך. תהליך האינדוקציה הפעיל חום על החלק במהירות. זה גם יכול לשמש ברציפות במהלך תהליך הריתוך. זמן תיקון הריתוך הצטמצם ב-50 אחוז. בנוסף, מקור הכוח צויד בבקר טמפרטורה כדי לשמור על החלק בטמפרטורת היעד. זה כמעט ביטל עבודה מחדש שנגרמה מפיצוח קר.

תחנת כוח. בונה תחנות כוח בנה מתקן כוח גז טבעי בקליפורניה. יצרני דוודים וצנרת חוו עיכובים בבנייה עקב שיטות החימום המוקדם והורדת מתחים שהשתמשו בקווי הקיטור של המפעל. החברה הביאה טכנולוגיית חימום אינדוקציה בניסיון להגביר את היעילות, במיוחד עבור עבודה על קווי קיטור בינוניים עד גדולים, מכיוון שחלקים אלה לוקחים את זמן הטיפול בחום הרב ביותר הנדרש באתר עבודה.

הפשטות של לעטוף את שמיכות האינדוקציה סביב צורות מורכבות, כמו בתחנת כוח זו בגז טבעי, יכולה להפחית את זמן הטיפול בחום.
על 16 אינץ' טיפוסי. weldolet עם 2-in. עובי דופן, חימום אינדוקציה הצליח לגלח שעתיים מהזמן לטמפרטורה (600 מעלות) ועוד שעה להגיע לטמפרטורת השרייה (600 מעלות עד 1,350 מעלות) להורדת מתחים.