Pré-aquecimento por indução antes da soldagem para alívio de tensões

Pré-aquecimento por indução antes da soldagem para aquecedor de alívio de tensão

Por que usar o pré-aquecimento por indução antes da soldagem?pré-aquecimento por indução antes da soldagem da tubulação para aquecedor de alívio de tensãoO pré-aquecimento por indução pode diminuir a taxa de resfriamento após a soldagem. É benéfico escapar do hidrogênio difundido no metal de solda e evitar trincas induzidas pelo hidrogênio. Ao mesmo tempo, também reduz a vedação de soldagem e o nível de endurecimento da zona afetada pelo calor, a resistência à rachadura da junta soldada é melhorada.
O pré-aquecimento por indução pode reduzir o estresse de soldagem. A diferença de temperatura (também conhecida como gradiente de temperatura) entre soldadores na área de soldagem pode ser reduzida por pré-aquecimento por indução uniformemente local ou total. Desta forma, por um lado, a tensão de soldagem é reduzida, por outro lado, a taxa de deformação de soldagem é reduzida, o que é benéfico para evitar trincas de soldagem.

pré-aquecimento por indução antes da soldagem do aquecedor da tubulação
O pré-aquecimento por indução pode reduzir o grau de restrição das estruturas soldadas, é especialmente óbvio reduzir a restrição da junta angular. Com o aumento da temperatura de pré-aquecimento por indução, a incidência de fissuras diminui.
Temperatura de pré-aquecimento por indução e temperatura intercamada (Nota: quando a soldagem multicamada e multipassagem é realizada na soldagem, a temperatura mais baixa da solda frontal é chamada de temperatura intercamada quando a pós-solda é soldada. Para materiais que requerem soldagem de pré-aquecimento por indução , quando a soldagem multicamada é necessária, a temperatura da camada intermediária deve ser igual ou ligeiramente superior à temperatura de pré-aquecimento por indução. Se a temperatura da camada intermediária for inferior à temperatura de pré-aquecimento por indução, ela deve ser pré-aquecida por indução novamente.
Além disso, a uniformidade da temperatura de pré-aquecimento por indução na direção da espessura da chapa de aço e na área de solda tem um efeito importante na redução da tensão de soldagem. A largura do pré-aquecimento por indução local deve ser determinada de acordo com a restrição do soldador, geralmente três vezes a espessura da parede ao redor da zona de solda e não inferior a 150-200 mm. Se o pré-aquecimento por indução não for uniforme, não só não reduzirá a tensão de soldagem, mas também aumentará a tensão de soldagem.soldagem de pré-aquecimento por indução para tubulação de alívio de tensão

Como encontrar a solução de pré-aquecimento por indução adequada?

Ao escolher o equipamento de pré-aquecimento por indução adequado, considere principalmente os seguintes aspectos:

A forma e o tamanho da peça de trabalho aquecida.: Peça de trabalho grande, material de barra, material sólido, deve ser selecionado poder relativo, equipamento de aquecimento por indução de baixa frequência; Se a peça for pequena, tubo, placa, engrenagem, etc., deve-se selecionar o equipamento de pré-aquecimento por indução com baixa potência relativa e alta frequência.
A profundidade e área a ser aquecida: profundidade de aquecimento profundo, grande área, aquecimento geral, deve escolher grande potência, equipamento de aquecimento por indução de baixa frequência; Profundidade de aquecimento rasa, área pequena, aquecimento local, seleção de potência relativamente pequena, equipamento de pré-aquecimento por indução de alta frequência.
A velocidade de aquecimento necessária: Se a velocidade de aquecimento for rápida, o equipamento de aquecimento por indução com potência relativamente grande e frequência relativamente alta deve ser selecionado.
Tempo de trabalho contínuo do equipamento: O tempo de trabalho contínuo é longo, relativamente selecione um equipamento de pré-aquecimento por indução de potência ligeiramente maior.
Distância entre a cabeça de aquecimento por indução e a máquina de indução: Conexão longa, mesmo o uso de uma conexão de cabo refrigerada a água, deve ser uma máquina de pré-aquecimento por indução de potência relativamente grande.

Aquecimento por indução: como funciona?

Sistemas de aquecimento por indução use aquecimento sem contato. Eles induzem o calor eletromagneticamente em vez de usar um elemento de aquecimento em contato com uma peça para conduzir o calor, como o aquecimento por resistência. O aquecimento por indução funciona mais como um forno de micro-ondas - o aparelho permanece frio enquanto a comida cozinha por dentro.

Em um exemplo industrial de aquecimento por indução, o calor é induzido na peça colocando-a em um campo magnético de alta frequência. O campo magnético cria correntes parasitas dentro da peça, excitando as moléculas da peça e gerando calor. Como o aquecimento ocorre ligeiramente abaixo da superfície do metal, nenhum calor é desperdiçado.

A semelhança do aquecimento por indução com o aquecimento por resistência é que a condução é necessária para aquecer através da seção ou peça. A única diferença é a fonte de calor e as temperaturas da ferramenta. O processo de indução aquece dentro da peça e o processo de resistência aquece na superfície da peça. A profundidade do aquecimento depende da frequência. A alta frequência (por exemplo, 50 kHz) aquece próximo à superfície, enquanto a baixa frequência (por exemplo, 60 Hz) penetra mais profundamente na peça, colocando a fonte de aquecimento até 3 mm de profundidade, o que permite o aquecimento de peças mais espessas. A bobina de indução não aquece porque o condutor é grande para a corrente que está sendo transportada. Em outras palavras, a bobina não precisa aquecer para aquecer a peça de trabalho.

Componentes do sistema de aquecimento por indução

Os sistemas de aquecimento por indução podem ser resfriados a ar ou a líquido, dependendo dos requisitos da aplicação. Um componente chave comum a ambos os sistemas é a bobina de indução usada para gerar calor dentro da peça.

Sistema refrigerado a ar. Um sistema refrigerado a ar típico consiste em uma fonte de alimentação, manta de indução e cabos associados. A manta de indução consiste em uma bobina de indução cercada por isolamento e costurada em uma luva Kevlar substituível de alta temperatura.

 

Este tipo de sistema de indução pode incluir um controlador para monitorar e controlar automaticamente a temperatura. Um sistema não equipado com um controlador requer o uso de um indicador de temperatura. O sistema também pode incluir um interruptor on-off remoto. Os sistemas refrigerados a ar podem ser usados ​​para aplicações de até 400 graus F, designando-o como um sistema somente de pré-aquecimento.aquecedor de indução de refrigeração a ar

Sistema refrigerado a líquido. Como o líquido esfria com mais eficiência do que o ar, esse tipo de sistema de aquecimento por indução é adequado para aplicações que exigem temperaturas mais altas, como pré-aquecimento de alta temperatura e alívio de tensão. As principais diferenças de um sistema refrigerado a ar são a adição de um refrigerador de água e o uso de uma mangueira flexível refrigerada a líquido que abriga a bobina de indução. Os sistemas refrigerados a líquido geralmente também usam um controlador de temperatura e um registrador de temperatura integrado, componentes particularmente importantes em aplicações de alívio de tensão.

O procedimento típico de alívio de tensão requer um passo para 600 a 800 graus F, seguido por uma rampa ou aumento de temperatura controlado para uma temperatura de imersão de aproximadamente 1,250 graus. Após um tempo de espera, a peça é resfriada por controle entre 600 e 800 graus. O registrador de temperatura coleta dados sobre o perfil de temperatura real da peça com base em uma entrada de termopar, um requisito de garantia de qualidade para aplicações de alívio de tensão. O tipo de trabalho e o código aplicável determinam o procedimento real.

Benefícios do aquecimento por indução

O aquecimento por indução oferece inúmeros benefícios, incluindo boa uniformidade e qualidade de calor, tempo de ciclo reduzido e consumíveis de longa duração. O aquecimento por indução também é seguro, confiável, fácil de usar, eficiente em termos de energia e versátil.

Uniformidade e Qualidade. O aquecimento por indução não é particularmente sensível à colocação ou espaçamento da bobina. Geralmente, as bobinas devem ser espaçadas uniformemente e centralizadas na junta de solda. Em sistemas assim equipados, um controlador de temperatura pode estabelecer o requisito de energia de forma analógica, fornecendo apenas energia suficiente para manter o perfil de temperatura. A fonte de energia fornece energia durante todo o processo.

Tempo de Ciclo. O método de indução de pré-aquecimento e alívio de tensão fornece um tempo de temperatura relativamente rápido. Em aplicações mais espessas, como linhas de vapor de alta pressão, o aquecimento por indução pode reduzir em duas horas o tempo de ciclo. É possível reduzir o tempo de ciclo da temperatura de controle para a temperatura de imersão.

Consumíveis. O isolamento usado no aquecimento por indução é fácil de fixar nas peças de trabalho e pode ser reutilizado várias vezes. Além disso, as bobinas de indução são robustas e não requerem fios frágeis ou materiais cerâmicos. Além disso, como as bobinas de indução e os conectores não operam em altas temperaturas, eles não estão sujeitos a degradação.

Fácil de usar. Um grande benefício do pré-aquecimento por indução e alívio de tensões é a sua simplicidade. O isolamento e os cabos são simples de instalar, geralmente levando menos de 15 minutos. Em alguns casos, como usar o equipamento de indução pode ser ensinado em um dia.

Eficiência energética. A fonte de alimentação do inversor é 92% eficiente, uma vantagem crítica em uma era de custos de energia disparados. Além disso, o processo de aquecimento por indução é mais de 80% eficiente. Em relação à entrada de energia, o processo de indução requer apenas uma linha de 40 amperes para 25 kW de potência.

Segurança. O pré-aquecimento e o alívio do estresse por meio do método de indução são amigáveis ​​ao trabalhador. O aquecimento por indução não requer elementos de aquecimento e conectores quentes. Muito pouca partícula transportada pelo ar está associada às mantas de isolamento, e o próprio isolamento não é exposto a temperaturas superiores a 1,800 graus, o que pode fazer com que o isolamento se decomponha em poeira que os trabalhadores possam inalar.

Confiabilidade. Um dos fatores mais importantes que afetam a produtividade no alívio do estresse é um ciclo ininterrupto. Na maioria dos casos, a interrupção do ciclo significa que o tratamento térmico precisará ser executado novamente, o que é significativo quando um ciclo térmico pode levar um dia para ser concluído. Os componentes do sistema de aquecimento por indução tornam improváveis ​​as interrupções do ciclo. O cabeamento para indução é simples, tornando menos provável que falhe. Além disso, nenhum contator é usado para controlar a entrada de calor na peça.

Versatilidade. Além de usar sistemas de aquecimento por indução para pré-aquecer e aliviar a tensão do tubo, os usuários adaptaram o processo para weldolets, cotovelos, válvulas e outras peças. Um dos aspectos do aquecimento por indução que o torna atraente para formas complexas é a capacidade de ajustar as bobinas durante o processo de aquecimento para acomodar peças únicas e dissipadores de calor. O operador pode iniciar o processo, determinar os efeitos do processo de aquecimento em tempo real e modificar a posição da bobina para alterar o resultado. Os cabos de indução podem ser movidos sem esperar pelo resfriamento do ar no final do ciclo.

Aquecimento por indução antes de aplicações de soldagem

Essa tecnologia provou seu valor em vários projetos, incluindo oleodutos e gasodutos, construção de equipamentos pesados ​​e manutenção e reparo de equipamentos de mineração.

Oleoduto. Uma operação de manutenção de oleoduto na América do Norte precisava aquecer o tubo antes de soldar as mangas de reparo envolventes ou acessórios para 48 pol. do oleoduto. circunferência. Embora os trabalhadores pudessem fazer muitos reparos sem precisar interromper o fluxo de óleo ou drená-lo do tubo, a presença do próprio petróleo dificultava a eficiência da soldagem porque o óleo que escorria absorvia o calor. As tochas de propano exigiam interrupção constante da soldagem para manter o calor, e o aquecimento por resistência - embora fornecesse calor contínuo - muitas vezes não atingia as temperaturas de solda necessárias.

Os Trabalhadores usaram dois sistemas de 25 kW com mantas paralelas para obter uma temperatura de pré-aquecimento de 125 graus nos reparos das mangas envolventes. Como resultado, eles reduziram o tempo de ciclo de oito para 12 horas para quatro horas por solda circunferencial.

O pré-aquecimento para reparo de uma conexão STOPPLE (uma junção em T com válvula) foi ainda mais desafiador devido à maior espessura da parede da conexão. Com o aquecimento por indução, no entanto, a empresa usou quatro sistemas de 25 kW com uma configuração de manta em paralelo. Eles usaram dois sistemas em cada lado do T. Um sistema foi usado na linha principal para pré-aquecer o óleo e o segundo foi usado para pré-aquecer o T na junta de solda circunferencial. A temperatura de pré-aquecimento foi de 125 graus. Isso reduziu o tempo de soldagem de 12 para 18 horas para sete horas por solda circunferencial.

Gasoduto Natural. Um projeto de construção de gasoduto envolveu a construção de um gasoduto de 36 polegadas de diâmetro e 0.633 polegadas de espessura de Alberta, Canadá, para Chicago. Em um trecho dessa tubulação, o empreiteiro de soldagem usou duas fontes de energia de 25 kW montadas em um trator com as mantas de indução presas a barras para velocidade e conveniência. As fontes de energia pré-aqueceram ambos os lados da junta do tubo. Críticos para este processo foram a velocidade e o controle de temperatura confiável. À medida que o teor de liga aumenta nos materiais para reduzir o peso e o tempo de soldagem e aumentar a vida útil da peça, o controle das temperaturas de pré-aquecimento torna-se mais crítico. Esta aplicação de aquecimento por indução levou menos de três minutos para obter a temperatura de pré-aquecimento de 250 graus.

Equipamento pesado. Um fabricante de equipamentos pesados ​​costumava soldar os dentes do adaptador nas bordas da caçamba da carregadeira. O conjunto soldado por pontos foi movido para frente e para trás em um grande forno, exigindo que o operador de soldagem esperasse enquanto a peça era reaquecida repetidamente. O fabricante optou por tentar o aquecimento por indução para pré-aquecer a montagem para evitar a movimentação do produto.

O material tinha 4 pol. de espessura com uma alta temperatura de pré-aquecimento necessária devido ao teor de liga. Mantas de indução personalizadas foram desenvolvidas para atender aos requisitos da aplicação. O design do isolamento e da bobina forneceu o benefício adicional de proteger o operador do calor radiante da peça. No geral, as operações foram consideravelmente mais eficientes, reduzindo o tempo de soldagem e mantendo a temperatura durante todo o processo de soldagem.

Equipamento de mineracao. Uma mina vinha enfrentando problemas de rachadura a frio e ineficiência de pré-aquecimento usando aquecedores de propano em suas operações de reparo de equipamentos de mineração. Os operadores de soldagem tiveram que remover frequentemente uma manta isolante convencional da peça espessa para aplicar calor e manter a peça na temperatura correta.

A manta de pré-aquecimento por indução mantém a temperatura da borda da caçamba durante a fixação dos dentes.
A mina optou por tentar o aquecimento por indução usando mantas planas resfriadas a ar para pré-aquecer as peças antes da soldagem. O processo de indução aplicou calor à peça rapidamente. Também pode ser usado continuamente durante o processo de soldagem. O tempo de reparo da solda foi reduzido em 50 por cento. Além disso, a fonte de energia foi equipada com um controlador de temperatura para manter a peça na temperatura desejada. Isso quase eliminou o retrabalho causado por rachaduras a frio.

Usina elétrica. Um construtor de usina estava construindo uma usina de gás natural na Califórnia. Fabricantes de caldeiras e montadores de tubulações estavam enfrentando atrasos na construção devido aos métodos de pré-aquecimento e alívio de tensão que estavam empregando nas linhas de vapor da usina. A empresa trouxe a tecnologia de aquecimento por indução em uma tentativa de aumentar a eficiência, principalmente para trabalhos em linhas de vapor de médio a grande porte, já que essas peças levam o maior tempo de tratamento térmico necessário no local de trabalho.

A simplicidade de envolver as mantas de indução em formas complexas, como nesta usina de gás natural, pode reduzir o tempo de tratamento térmico.
Em um típico 16-in. weldolet com 2 pol. espessura da parede, o aquecimento por indução foi capaz de eliminar duas horas do tempo até a temperatura (600 graus) e outra hora para atingir a temperatura de imersão (600 graus a 1,350 graus) para aliviar o estresse.

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