去应力加热器焊前感应预热

为什么要使用焊前感应预热？感应预热可以减缓焊后的冷却速度。有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免氢致裂纹。同时，还降低了焊缝和热影响区的硬化程度，提高了焊接接头的抗裂性能。
感应预热可以降低焊接应力。通过均匀的局部或整体感应预热，可以减小焊接区焊工之间的温差（也称为温度梯度）。这样，一方面降低了焊接应力，另一方面降低了焊接应变率，有利于避免焊接裂纹。

感应预热可以降低焊接结构的约束程度，对角接头的约束降低尤为明显。随着感应预热温度的升高，裂纹发生率降低。
感应预热温度和层间温度（注：对焊件进行多层多道焊时，焊后焊时正面焊缝的最低温度称为层间温度。对于需要感应预热焊接的材料，当需要多层焊接时，层间温度应等于或略高于感应预热温度，如果层间温度低于感应预热温度，应重新感应预热。
此外，感应预热温度在钢板厚度方向和焊缝区域的均匀性对降低焊接应力有重要作用。局部感应预热宽度应根据焊工约束条件确定，一般为焊区周围壁厚的150倍，且不小于200-XNUMXmm。如果感应预热不均匀，不仅不会降低焊接应力，反而会增加焊接应力。

如何找到合适的感应预热方案？

选择合适的感应预热设备时主要考虑以下几个方面：

被加热工件的形状尺寸：大型工件、棒材、实心材料，宜选用相对功率、低频的感应加热设备；如果工件较小，如管材、板材、齿轮等，应选用相对功率小、频率高的感应预热设备。
加热深度和面积：加热深度深、面积大、整体加热，宜选用大功率、低频感应加热设备；加热深度浅，面积小，局部加热，选用功率相对较小的高频感应预热设备。
要求的加热速度：如果加热速度快，应选择功率较大、频率较高的感应加热设备。
设备连续工作时间：连续工作时间长，相对选用功率稍大的感应预热设备。
感应加热头与感应机距离：长连接，即使采用水冷电缆连接，应该是功率比较大的感应预热机。

感应加热：它是如何工作的？

感应加热系统使用非接触式加热。它们通过电磁方式感应热量，而不是像电阻加热那样使用与零件接触的加热元件来传导热量。感应加热的作用更像微波炉——当食物从内部烹饪时，设备会保持凉爽。

在一个工业例子中感应加热，通过将零件置于高频磁场中，零件会产生热量。磁场在零件内部产生涡流，激发零件的分子并产生热量。由于加热发生在金属表面稍下方，因此不会浪费热量。

感应加热与电阻加热的相似之处在于，需要传导才能通过截面或零件进行加热。唯一的区别是热源和工具的温度。感应过程在零件内部加热，电阻过程在零件表面加热。加热的深度取决于频率。高频（例如 50 kHz）加热靠近表面，而低频（例如 60 Hz）深入零件，将加热源置于最深 3 毫米的深度，从而可以加热较厚的零件。感应线圈不会发热，因为导体对于承载的电流来说很大。换句话说，线圈不需要加热来加热工件。

感应加热系统组件

感应加热系统可以风冷或液冷，具体取决于应用要求。两个系统共有的一个关键部件是用于在部件内产生热量的感应线圈。

风冷系统。典型的风冷系统由电源、感应毯和相关电缆组成。感应毯由一个被绝缘材料包围的感应线圈组成，并缝在耐高温、可更换的 Kevlar 套管中。

这种类型的感应系统可以包括一个控制器来监控和自动控制温度。未配备控制器的系统需要使用温度指示器。该系统还可以包括一个远程开关。风冷系统可用于高达 400 华氏度的应用，将其指定为仅预热系统。

液冷系统。由于液体冷却比空气更有效，因此这种类型的感应加热系统适用于需要更高温度的应用，例如高温预热和应力消除。与风冷系统的主要区别在于增加了水冷却器和使用了容纳感应线圈的柔性液冷软管。液冷系统通常还使用温度控制器和内置温度记录仪，在应力消除应用中尤其重要的组件。

典型的应力消除程序需要升温至 600 至 800 华氏度，然后以斜坡或受控温度升高至大约 1,250 度的均热温度。保持一段时间后，零件被控制冷却到 600 到 800 度之间。温度记录器根据热电偶输入收集有关零件实际温度曲线的数据，这是消除应力应用的质量保证要求。工作类型和适用的代码决定了实际的程序。

感应加热的好处

感应加热具有许多优势，包括良好的热均匀性和质量、缩短的循环时间以及经久耐用的耗材。感应加热还安全、可靠、易于使用、节能且用途广泛。

均匀性和质量。感应加热对线圈放置或间距不是特别敏感。一般来说，线圈应均匀分布，并以焊缝为中心。在如此配备的系统上，温度控制器可以以模拟方式确定功率要求，提供刚好足以维持温度曲线的功率。电源在整个过程中提供动力。

周期. 预热和消除应力的感应方法提供了相对较快的时间到温度。在高压蒸汽管线等较厚的应用中，感应加热可以将循环时间缩短两个小时。可以缩短从控制温度到保温温度的循环时间。

消耗品。 感应加热中使用的绝缘材料易于附着在工件上，可以多次重复使用。此外，感应线圈坚固耐用，不需要易碎的电线或陶瓷材料。此外，由于感应线圈和连接器不在高温下工作，因此它们不会退化。

使用方便。 感应预热和消除应力的一个主要好处是它的简单性。绝缘和电缆安装简单，通常只需不到 15 分钟。在某些情况下，如何使用感应设备可以在一天内学会。

电源效率。 逆变器电源的效率为 92%，这在能源成本飞涨的时代是一个关键优势。此外，感应加热过程的效率超过 80%。关于功率输入，感应过程仅需要 40 安培的线路即可提供 25 千瓦的功率。

安全。 通过感应方法预热和消除应力对工人友好。感应加热不需要热的加热元件和连接器。绝热毯与空气中的微粒很少，而且绝热材料本身不会暴露在高于 1,800 度的温度下，这会导致绝热材料分解成工人可能吸入的灰尘。

可靠性。 在缓解压力方面影响生产力的最重要因素之一是不间断的循环。在大多数情况下，循环中断意味着需要重新进行热处理，这在热循环可能需要一天才能完成时非常重要。感应加热系统组件使周期中断的可能性很小。感应布线很简单，因此不太可能发生故障。此外，没有接触器用于控制零件的热量输入。

多功能性。 除了使用感应加热系统为了预热和消除管道应力，用户已针对焊缝、弯头、阀门和其他部件调整了该工艺。感应加热对复杂形状具有吸引力的一个方面是能够在加热过程中调整线圈以适应独特的零件和散热器。操作员可以启动该过程，实时确定加热过程的影响，并修改线圈位置以改变结果。无需等待循环结束时的空气冷却即可移动感应电缆。

焊接应用前的感应加热

该技术已在许多项目中得到证明，包括石油和天然气管道、重型设备建设以及采矿设备的维护和修理。

石油管道。 北美输油管道维护操作需要在将环绕修复套管或配件焊接到管道的 48 英寸之前对管道进行加热。周长。虽然工人可以在无需停止油流或将油从管道中排出的情况下进行多次维修，但原油本身的存在会影响焊接效率，因为流动的油会吸收热量。丙烷焊枪需要不断中断焊接以保持热量，而电阻加热——在提供持续热量的同时——通常无法满足所需的焊接温度。

工人们使用两个 25 千瓦的系统和平行的毯子来获得 125 度的预热温度来修复包围套管。因此，他们将每个环焊缝的周期时间从 12 小时缩短到 XNUMX 小时，再缩短到 XNUMX 小时。

由于管件的壁厚较大，STOPPLE 管件（带阀门的 T 型接头）维修的预热更具挑战性。然而，对于感应加热，该公司使用了四个 25 kW 的系统，并带有并联的毯子设置。他们在 T 型的每一侧使用了两个系统。一个系统用于在主线上预热油，第二个系统用于预热 T 型环焊缝。预热温度为125度。这将每个环焊缝的焊接时间从 12 到 18 小时减少到 XNUMX 小时。

天然气管道。 一个天然气管道建设项目需要建造一条从加拿大艾伯塔省到芝加哥的直径 36 英寸、厚 0.633 英寸的管道。在这条管道的一段上，焊接承包商使用了两个安装在拖拉机上的 25 千瓦电源，感应毯连接到吊杆上以提高速度和方便性。电源预热管接头的两侧。这个过程的关键是速度和可靠的温度控制。随着材料中合金含量的增加以减轻重量和焊接时间，并增加零件寿命，控制预热温度变得更加关键。这种感应加热应用只需不到三分钟即可达到 250 度预热温度。

重型设备。 一家重型设备制造商经常将适配器齿焊接到其装载机铲斗边缘。点焊组件已在大型熔炉中来回移动，需要焊接操作员等待零件反复重新加热。制造商选择尝试感应加热来预热组件以防止产品移动。

由于含有合金成分，该材料厚 4 英寸，需要较高的预热温度。定制的感应毯被开发出来以满足应用要求。绝缘和线圈设计提供了额外的好处，可以保护操作员免受零件的辐射热影响。总的来说，操作效率大大提高，减少了焊接时间并在整个焊接过程中保持温度。

采矿设备。 一家矿山在其采矿设备维修作业中使用丙烷加热器时遇到了冷裂问题和预热效率低下的问题。焊接操作员不得不经常从厚部件上取下传统的绝缘毯，以加热并使部件保持在正确的温度。

感应预热毯可在装齿期间保持铲斗边缘的温度。
该矿选择尝试使用扁平风冷毯进行感应加热，以便在焊接前预热零件。感应过程将热量快速施加到零件上。也可在焊接过程中连续使用。焊接修复时间减少了 50%。此外，电源配备了温度控制器，以将部件保持在目标温度。这几乎消除了冷裂造成的返工。

发电厂。 一家发电厂建造商正在加利福尼亚建造一座天然气发电设施。锅炉制造商和管道安装工由于在工厂的蒸汽管道上采用的预热和应力消除方法，一直在经历施工延误。该公司引入了感应加热技术以试图提高效率，特别是对于中型到大型蒸汽管线的工作，因为这些部件在工作现场所需的热处理时间最长。

将感应毯包裹在复杂形状周围的简单性，例如在这个天然气发电厂，可以减少热处理时间。
在一个典型的 16 英寸。带 2 英寸焊缝的焊缝。壁厚，感应加热能够将达到温度（600 度）的时间缩短两个小时，达到均热温度（600 度到 1,350 度）的时间缩短一小时以消除应力。