Индукционные системы нагрева при сварочных работах
Индукционная система нагрева предназначена для термической обработки деталей в сварном производстве трубопроводов и других видов продукции. Ее использование дает возможность повысить прочность изготавливаемых узлов, увеличить срок эксплуатации оборудования и конструкций.
Значение нагрева при сварочных работах
Швы, полученные в результате сварки, имеют неоднородную структуру и свойства, а также сохраняют остаточные напряжения, что связано с неравномерностью нагрева в процессе обработки. В месте соединения температура металла достигает +1500 °С, в результате чего он плавится. Соседние же участки не подвержены сильному нагреву и находятся в твердом состоянии. В связи с этим механическая прочность металла в месте шва в 1,2–1,6 раза выше, чем аналогичные характеристики прилегающих зон и основного материала трубы.
Использование индукционных систем нагрева при сварке
Наиболее неблагоприятными для эксплуатации свойствами обладают следующие участки:
Кроме этого, после усадки шва при охлаждении возникают остаточные напряжения, которые могут приводить к нежелательным деформациям и ухудшению других характеристик. В конечном счете это приводит к снижению надежности трубопроводов и других систем, работающих под давлением.
Одним из наиболее радикальных методов повышения качества сварных соединений является индукционная термическая обработка. Она позволяет улучшить структуру металла, снизить остаточные напряжения в сложных зонах.
Индукционный способ термической обработки
Он основан на принципе возникновения в металле вихревых токов под воздействием переменного электромагнитного поля. Генератором последнего служит индукционная система нагрева.
К преимуществам данного типа оборудования относятся:
Режимы термической обработки
Данный процесс состоит из трех этапов:
При монтаже трубопроводных систем используются следующие режимы:
Особенности систем индукционного нагрева
Стандартное оборудование представляет собой источник питания в защитном корпусе с разъемами для подключения удлинительных кабелей. Индукционная система нагрева оснащается воздушным или жидкостным охлаждением, встроенным регулятором температуры. Опционально она может комплектоваться тележкой на колесах, а также электронным записывающим устройством. Программирование имеет два режима: ручной, когда оператор сам выставляет время обработки, и автоматический. В последнем случае выходная мощность зависит от текущей температуры детали.
Все системы имеют высокую степень защиты, исключающую поражение электрическим током при работе. Если разъем не закрыт заглушкой или к нему не подключен кабель, питание на него не подается. Некоторые модели оснащаются дистанционными выключателями.
Индукционные системы нагрева с воздушным охлаждением комплектуются специальным одеялом с кевларовым чехлом. Такое оборудование применяется при работе с надземными и подводными трубопроводами, в судостроении (для обработки кромок значительной длины), горной промышленности. Большинство моделей данного типа оснащены несколькими разъемами для удлинительных кабелей, что позволяет обрабатывать одновременно более чем одну деталь.
Системы с жидкостным охлаждением имеют дополнительный кабель, который подсоединяется к обрабатываемой детали. Он размещен в армированном силиконовом шланге. Это обеспечивает прочность последнего, создает необходимые условия для подачи жидкости, охлаждающей проводник тепла.
Индукционная система нагрева с жидкостным охлаждением используется для горячей посадки фланцев и других компонентов на вал, а также для их последующего снятия. Ее применяют при строительстве технологических трубопроводов в полевых условиях и сварочных цехах. В горной и судостроительной промышленности такое оборудование используют для быстрого нагрева кромок значительной протяженности — например, для швов деталей корпуса.
Индукционный нагрев, основные принципы и технологии.
Индукционный нагрев (Induction Heating) — метод бесконтактного нагрева токами высокой частоты (англ. RFH — radio-frequency heating, нагрев волнами радиочастотного диапазона) электропроводящих материалов.
Система «индуктор-заготовка» представляет собой бессердечниковый трансформатор, в котором индуктор является первичной обмоткой. Заготовка является вторичной обмоткой, замкнутой накоротко. Магнитный поток между обмотками замыкается по воздуху.
На высокой частоте вихревые токи вытесняются образованным ими же магнитным полем в тонкие поверхностные слои заготовки Δ (Поверхностный-эффект), в результате чего их плотность резко возрастает, и заготовка разогревается. Нижерасположенные слои металла прогреваются за счёт теплопроводности. Важен не ток, а большая плотность тока. В скин-слое Δ плотность тока уменьшается в e раз относительно плотности тока на поверхности заготовки, при этом в скин-слое выделяется 86,4 % тепла (от общего тепловыделения. Глубина скин-слоя зависит от частоты излучения: чем выше частота, тем тоньше скин-слой. Также она зависит от относительной магнитной проницаемости μ материала заготовки.
Для железа, кобальта, никеля и магнитных сплавов при температуре ниже точки Кюри μ имеет величину от нескольких сотен до десятков тысяч. Для остальных материалов (расплавы, цветные металлы, жидкие легкоплавкие эвтектики, графит, электролиты, электропроводящая керамика и т. д.) μ примерно равна единице.
Например, при частоте 2 МГц глубина скин-слоя для меди около 0,25 мм, для железа ≈ 0,001 мм.
Индуктор сильно нагревается во время работы, так как сам поглощает собственное излучение. К тому же он поглощает тепловое излучение от раскалённой заготовки. Делают индукторы из медных трубок, охлаждаемых водой. Вода подаётся отсасыванием — этим обеспечивается безопасность в случае прожога или иной разгерметизации индуктора.
Применение: Сверхчистая бесконтактная плавка, пайка и сварка металла. Получение опытных образцов сплавов. Гибка и термообработка деталей машин. Ювелирное дело. Обработка мелких деталей, которые могут повредиться при газопламенном или дуговом нагреве. Поверхностная закалка. Закалка и термообработка деталей сложной формы. Обеззараживание медицинского инструмента.
Высокоскоростной разогрев или плавление любого электропроводящего материала.
Возможен нагрев в атмосфере защитного газа, в окислительной (или восстановительной) среде, в непроводящей жидкости, в вакууме.
Нагрев через стенки защитной камеры, изготовленной из стекла, цемента, пластмасс, дерева — эти материалы очень слабо поглощают электромагнитное излучение и остаются холодными при работе установки. Нагревается только электропроводящий материал — металл (в том числе расплавленный), углерод, проводящая керамика, электролиты, жидкие металлы и т. п.
За счёт возникающих МГД усилий происходит интенсивное перемешивание жидкого металла, вплоть до удержания его в подвешенном состоянии в воздухе или защитном газе — так получают сверхчистые сплавы в небольших количествах (левитационная плавка, плавка в электромагнитном тигле).
Поскольку разогрев ведётся посредством электромагнитного излучения, отсутствует загрязнение заготовки продуктами горения факела в случае газопламенного нагрева, или материалом электрода в случае дугового нагрева. Помещение образцов в атмосферу инертного газа и высокая скорость нагрева позволят ликвидировать окалинообразование.
Удобство эксплуатации за счёт небольшого размера индуктора.
Индуктор можно изготовить особой формы — это позволит равномерно прогревать по всей поверхности детали сложной конфигурации, не приводя к их короблению или локальному непрогреву.
Легко провести местный и избирательный нагрев.
Так как наиболее интенсивно разогрев идет в тонких верхних слоях заготовки, а нижележащие слои прогреваются более мягко за счёт теплопроводности, метод является идеальным для проведения поверхностной закалки деталей (сердцевина при этом остаётся вязкой).
Лёгкая автоматизация оборудования — циклов нагрева и охлаждения, регулировка и удерживание температуры, подача и съём заготовок.
Установки индукционного нагрева:
На установках с рабочей частотой до 300 кГц используют инверторы на IGBT-сборках или MOSFET-транзисторах. Такие установки предназначены для разогрева крупных деталей. Для разогрева мелких деталей используются высокие частоты (до 5 МГц, диапазон средних и коротких волн), установки высокой частоты строятся на электронных лампах.
Также для разогрева мелких деталей строятся установки повышенной частоты на MOSFET-транзисторах на рабочие частоты до 1,7 МГц. Управление транзисторами и их защита на повышенных частотах представляет определённые трудности, поэтому установки повышенной частоты пока ещё достаточно дороги.
Индуктор для нагрева мелких деталей имеет небольшие размеры и небольшую индуктивность, что приводит к уменьшению добротности рабочего колебательного контура на низких частотах и снижению КПД, а также представляет опасность для задающего генератора (добротность колебательного контура пропорциональна L/C, колебательный контур с низкой добротностью слишком хорошо «накачивается» энергией, образует короткое замыкание по индуктору и выводит из строя задающий генератор). Для повышения добротности колебательного контура используют два пути: — повышение рабочей частоты, что приводит к усложнению и удорожанию установки; — применение ферромагнитных вставок в индукторе; обклеивание индуктора панельками из ферромагнитного материала.
Так как наиболее эффективно индуктор работает на высоких частотах, промышленное применение индукционный нагрев получил после разработки и начала производства мощных генераторных ламп. До первой мировой войны индукционный нагрев имел ограниченное применение. В качестве генераторов тогда использовали машинные генераторы повышенной частоты (работы В. П. Вологдина) или искровые разрядные установки.
Схема генератора может быть в принципе любой (мультивибратор, RC-генератор, генератор с независимым возбуждением, различные релаксационные генераторы), работающей на нагрузку в виде катушки-индуктора и обладающей достаточной мощностью. Необходимо также, чтобы частота колебаний была достаточно высока.
Например, чтобы «перерезать» за несколько секунд стальную проволоку диаметром 4 мм, необходима колебательная мощность не менее 2 кВт при частоте не менее 300 кГц.
Выбирают схему по следующим критериям: надёжность; стабильность колебаний; стабильность выделяемой в заготовке мощности; простота изготовления; удобство настройки; минимальное количество деталей для уменьшения стоимости; применение деталей, в сумме дающих уменьшение массы и габаритов, и др.
На протяжении многих десятилетий в качестве генератора высокочастотных колебаний применялась индуктивная трёхточка (генератор Хартли, генератор с автотрансформаторной обратной связью, схема на индуктивном делителе контурного напряжения). Это самовозбуждающаяся схема параллельного питания анода и частотно-избирательной цепью, выполненной на колебательном контуре. Она успешно использовалась и продолжает использоваться в лабораториях, ювелирных мастерских, на промышленных предприятиях, а также в любительской практике. К примеру, во время второй мировой войны на таких установках проводили поверхностную закалку катков танка Т-34.
Недостатки трёх точки:
Низкий кпд (менее 40 % при применении лампы).
Сильное отклонение частоты в момент нагрева заготовок из магнитных материалов выше точки Кюри (≈700С) (изменяется μ), что изменяет глубину скин-слоя и непредсказуемо изменяет режим термообработки. При термообработке ответственных деталей это может быть недопустимо. Также мощные твч-установки должны работать в узком диапазоне разрешённых Россвязьохранкультурой частот, поскольку при плохом экранировании являются фактически радиопередатчиками и могут оказывать помехи телерадиовещанию, береговым и спасательным службам.
При смене заготовок (например, более мелкой на более крупную) изменяется индуктивность системы индуктор-заготовка, что также приводит к изменению частоты и глубины скин-слоя.
При смене одновитковых индукторов на многовитковые, на более крупные или более малогабаритные частота также изменяется.
Под руководством Бабата, Лозинского и других учёных были разработаны двух- и трёхконтурные схемы генераторов, имеющих более высокий кпд (до 70 %), а также лучше удерживающие рабочую частоту. Принцип их действия состоит в следующем. За счёт применения связанных контуров и ослабления связи между ними, изменение индуктивности рабочего контура не влечёт сильного изменения частоты частотозадающего контура. По такому же принципу конструируются радиопередатчики.
Недостаток многоконтурных систем — повышенная сложность и возникновение паразитных колебаний УКВ-диапазона, которые бесполезно рассеивают мощность и выводят из строя элементы установки. Также такие установки склонны к затягиванию колебаний — самопроизвольному переходу генератора с одной из резонансных частот на другую.
Современные твч-генераторы — это инверторы на IGBT-сборках или мощных MOSFET-транзисторах, обычно выполненные по схеме мост или полумост. Работают на частотах до 500 кГц. Затворы транзисторов открываются с помощью микроконтроллерной системы управления. Система управления в зависимости от поставленной задачи позволяет автоматически удерживать
а) постоянную частоту б) постоянную мощность, выделяемую в заготовке в) максимально высокий КПД.
Индуктор по возможности необходимо располагать как можно ближе к заготовке. Это не только увеличивает плотность электромагнитного поля вблизи заготовки (пропорционально квадрату расстояния), но и увеличивает коэффициент мощности Cos(φ).
Увеличение частоты резко уменьшает коэффициент мощности (пропорционально кубу частоты).
При нагреве магнитных материалов дополнительное тепло также выделяется за счет перемагничивания, их нагрев до точки Кюри идет намного эффективнее.
При расчёте индуктора необходимо учитывать индуктивность подводящих к индуктору шин, которая может быть намного больше индуктивности самого индуктора (если индуктор выполнен в виде одного витка небольшого диаметра или даже части витка — дуги).
Имеются два случая резонанса в колебательных контурах: резонанс напряжений и резонанс токов. Параллельный колебательный контур – резонанс токов. В этом случае на катушке и на конденсаторе напряжение такое же, как у генератора. При резонансе, сопротивление контура между точками разветвления становится максимальным, а ток (I общ) через сопротивление нагрузки Rн будет минимальным (ток внутри контура I-1л и I-2с больше чем ток генератора).
Помимо подготовительных действий, рабочего процесса и контроля качества существуют дополнительные этапы, которые просто обязательны в условиях крупномасштабного производства. Существуют отрасли, где качество сварных швов играет очень большую роль, и каждая ошибка может стоит дорого. На первый план выходит защита сварных швов от коррозии. Также нужно защитить сварочный шов от преждевременного разрушения.
Чтобы достичь наилучшего качества составляются подробные чертежи, подбираются оптимальные комплектующие и работа поручается настоящим профессионалам. Но есть еще один действенный способ — обработка сварного соединения. Существует несколько типов обработки, в этой статье мы поговорим о термической.
Общая информация
Термическая обработка сварных соединений — это метод обработки швов, основанный на применении высоких температур. Благодаря термообработке осуществляется защита сварных швов от коррозии, снижается вероятность появления трещин, улучшаются механические свойства шва, повышается жароустойчивость. Этот метод можно сравнить с обжигом глины, которая приобретает особые свойства благодаря высоким температурам.
Термообработке подвергается только сварной шов или также прилегающая к нему область. Сварное соединение нагревается до определенной температуры и выдерживается в нагретом состоянии определенное количество времени, затем охлаждается. Для процесса обработки используется специальная установка для термообработки сварных швов или отдельные приспособления, о которых мы поговорим позже.
Существует несколько методов термообработки. Все они отличаются температурой, используемой для нагрева шва. Температура нагрева может быть от 650 до 1125 градусов по Цельсию, выбирается в зависимости от типа стали и свойств, которые должна получить сталь. Детали могут прогревать от 1 до 5 часов. Затем металл охлаждается естественным путем, без применения дополнительных методов.
В результате улучшается пластичность и ударная вязкость сварного соединения, улучшаются механические свойства, снижается остаточное напряжение от сварки. Зачастую необходима термообработка сварных соединений технологических трубопроводов. Поскольку именно трубы формируют важнейшие узлы. Они должны быть прочными и долговечными.
Методы нагрева швов
Сварочные швы и соединения могут нагреваться несколькими способами. Среди наиболее распространенных можно выделить специальные гибкие нагревательные изделия, муфельные печи, индукционные и газопламенные приспособления.
Метод нагрева шва выбирается исходя из возможности установки дополнительного оборудования, доступа к трубам, диаметра детали и прочих субъективных факторов. Проще говоря, выбор метода нагрева не регламентируется нормами и правилами. Самое главное — нагревательные приспособления должны беспрепятственно монтироваться на деталь, весить немного и осуществлять равномерный нагрев, без перепадов температур. Такая обработка называется локальной или местной.
Локальная термообработка с помощью гибких нагревательных элементов — это самый простой и недорогой способ обработки шва. Ранее такие нагреватели выпускал завод «Минмонтажспецстрой», сейчас этим занимается «Корпорация Монтажспецстрой». Такие элементы легко подстраиваются под диаметр трубы и их монтаж не вызывает трудностей.
Также используются муфельные печи. Они вполне эффективны при работе с трубами небольшого диаметра. Но здесь есть один нюанс: чтобы прогрев был равномерным нужно устанавливать печь так, чтобы ее ось вращения не совпадала с геометрической осью.
Индукционные приспособления также довольно распространены. Они недорогие и эффективные. Широко применяются при нагреве швов как раз на трубах. В качестве нагревательного элемента здесь выступают многожильные медные кабели, которые охлаждаются с помощью воздуха. При нагреве шва труб нужно оставить небольшой зазор между самой трубой и кабелями. Такая установка для термообработки сварных швов позволяет прогреть соединения равномерно и быстро. Ниже представлена таблица с характеристиками индукторов.
Газопламенный метод нагрева предполагает использование многопламенных газовых горелок. Принцип работы такой специальной горелки ничем не отличается от обычной бытовой зажигалки, разве что каналов выхода пламени в десять раз больше. Здесь пламя образуется при сгорании кислорода и горючего газа. Газопламенный метод хорош в труднодоступных местах, но может занимать больше времени.
Технология термообработки
При проведении термической обработки учитывается длина шва, соблюдается равномерность прогрева соединения и прилегающих областей, выбирается подходящая скорость и температура нагрева, устанавливается время продолжительности нагрева (также называется выдержкой) и устанавливается скорость охлаждения.
Термообработка сварных швов трубопроводов начинается с того, что шов изолируют с помощью теплоизоляционного материала. Например, при применении газопламенной горелки шов обматывается слоем листового асбеста толщиной 2-3 сантиметра. Только затем происходит монтаж самой горелки. Тот же принцип и при сварке индукционными приспособлениями или нагревательными элементами.
Чтобы сварные швы не теряли тепло изоляционные материалы должны быть прочными и теплостойкими одновременно. При этом они должны иметь малый вес, легко изгибаться. В таблице ниже описаны основные теплоизоляционные материалы, применяемые при термообработке. Также указана из температурная область.
Обработка сварного шва доверяется только специалистам. Специалист проходит предварительное обучение и только после этого приступает к работе. При этом процессом должен руководить старший мастер. Специалист обязан не только правильно подобрать и установить нагревательное оборудование, но еще и проверить, насколько хорошо слесари подготовили металл.Термообработка сварных швов трубопроводов не начнется без тщательной подготовки.
После обработки можно осуществить термоотдых. Пусть деталь остынет. Затем производится шлифовка сварных швов болгаркой. Зачистка сварного шва после сварки необходима для удаления ненужных включений, образовавшихся при сварке. Например, шлака.
Вместо заключения
Термообработка сварных соединений технологических трубопроводов — обязательный этап, если качество шва стоит на первом месте. С помощью обработки возможна полная защита сварных швов от коррозии, трещин и разлома. Это простой, но вместе с тем эффективный метод. С помощью современных приспособлений можно быстро и равномерно обработать сварной шов. Делитесь этой статьей в социальных сетях и оставляйте комментарии к этой статье. Желаем удачи в работе!
Очередь просмотра
Очередь
YouTube Premium
Хотите сохраните это видео?
Пожаловаться на видео?
Понравилось?
Не понравилось?
Имеет полностью воздушное охлаждение, легкий интерфейс управления, встроенный промышленный контроллер с возможностью программирования режимов термообработки таких как:
1.Предварительный нагрев-простой метод нагрева материала до определенной температуры и поддержания этой температуры в течении какого-либо времени;
2.Отжиг – быстро нагретая деталь до определенной температуры, выдерживается при этой температуре заданное время и за тем остывает до указанной температуры;
3. PWHT [postweld heat treatment] – после сварочная термическая обработка.
Имеет возможность пользовательского режима, при которой пользователь может задать собственную или несимметричную, сегментальную процедуру термообработки металла.
Также имеет функции по работе на постоянной мощности и мощности зависящей от времени, т.е. понижает или повышает мощность на определенном отрезке времени.
В отличие от конкурентов, оборудование имеет более низкий эксплуатационный вес, изготовлено с применением последних разработок, компактно, так как все расположено в одном корпусе, не требует водяного охлаждения, подходит для решения универсальных технических задач по термообработке сварных соединений, швов и труб.
Индукционный нагрев – нагрев тел в электромагнитном поле за счет теплового действия вихревых электрических токов, протекающих по нагреваемому телу и возбуждаемых в нем благодаря явлению электромагнитной индукции. При этом ток в нагреваемом изделии называют индуцированным или наведенным током.
Индукторы для индукционного нагрева
Индуктор ( гибкий индуктор ) является основным элементом системы, предназначенным для создания электромагнитного поля, индуцирующего ток в нагреваемой детали.
Физика индукционного нагрева
Если проводник скрутить в спираль и концы его присоединить к источнику переменного тока, получится катушка индуктивности (индуктор) с магнитным полем, изменяющимся при изменении силы тока. Поле замыкается вокруг катушки, и напряженность его зависит от силы тока и количества витков катушки.
Если поместить внутри катушки металлический или иной электропроводящий предмет, в теле предмета (детали) вследствие явления электромагнитной индукции образуются вихревые токи (токи Фуко), которые вследствие электрического сопротивления материала детали вызовут её нагрев. Эффект нагрева возрастает с ростом напряженности поля и зависит от свойств материала и расстояния катушки от поверхности детали, то есть от геометрии системы «индуктор-деталь».
Наведенный ток будет создавать собственное, противоположное основному поле, что приводит к ослаблению поля в центре детали по мере удаления от поверхности внутрь нагреваемого предмета. По этой причине сила вихревых токов максимальна на поверхности предмета и понижается по направлению к центру. Это явление неравномерного распределения плотности переменного электрического тока по сечению проводника называется поверхностным эффектом (скин-эффектом).
Расстояние от поверхности, на котором плотность наведённого тока убывает в e=2,718 раз (основание натурального логарифма), или, проще говоря, до уровня 37%, называется глубиной проникновения электромагнитного поля в материал. В слое этой глубины выделяется 86,5% энергии от вихревых токов.
С ростом частоты, электропроводности и магнитной проницаемости материала глубина проникновения уменьшается, с понижением частоты поля глубина проникновения увеличивается. Наложение вихревых токов во внутренних областях предмета вызывает понижение эффективности индуктора. По этой причине особенно важно выбирать частоту поля в соответствии с габаритами нагреваемого предмета.
Поверхностный эффект, так же, как и связанные с ним эффект близости и кольцевой (катушечный) эффект необходимо учитывать при выполнении работ по индукционному нагреву, чтобы избежать излишних потерь энергии и перерасхода дорогостоящих проводниковых материалов.
Система индукционного нагрева ProHeat35 Miller
Система индукционного нагрева с жидкостным охлаждением рассчитана на предварительный подогрев под сварку при температурах до 788 градусов С. Система, может использоваться в режиме ручного программирования, когда выходная мощность подается к детали в течение заданного времени, или в режиме автоматического программирования, когда выходная мощность регулируется в зависимости от температуры детали. Кабели с жидкостным охлаждением представляют собой универсальный инструмент для предварительного нагрева труб различных диаметров и также плоских деталей.
Номинальная выходная мощность, кВт
Напряжение первичное, В
Напряжение вторичное, В
Габаритные размеры, мм
Состав системы индукционного нагрева:
с жидкостным охлаждением:
Типичные сферы применения
систем индукционного нагрева Miller ProHeat 35
Простота подключения питания сети через соединительную панель, без необходимости снятия панелей корпуса. Наличие нескольких выходов с двумя изолированными разъемами для воздухоохлаждаемых рубашек или кабелей с жидкостным охлаждением. Удобство перемещения при помощи подъёмной петли или опционной передвижной тележки, предназначенной для использования на стройках и при техническом обслуживании. Встроенный регулятор температуры обеспечивает ручное или автоматическое программирование в рамках простого интерфейса оператора. Функция распознавания незагруженного канала предотвращает включение системы, если разъём не закрыт (подключенным кабелем или защитной заглушкой). Система идентификации кабеля распознаёт тип подключённого кабеля и определяет пределы мощности, чтобы защитить кабели и одеяла от перегрева. Простота наладки благодаря использованию индукционных одеял для предварительного нагрева или гибких нагревательных кабелей с безопасными теплоизоляционными матами. Высокая энергоэффективность системы (свыше 90%) позволяет передать обрабатываемой детали больше энергии, сокращая время нагрева и повышая отдачу мощности (потребление тока менее 60 А). Защита от короткого замыкания обеспечивает автоматическое отключение системы. Сенсорный датчик выходной цепи сигнализирует аппарату об обнаружении неисправности. Система обучения оператора предоставляет полезную информацию по оптимизации расположения витков кабеля на изделии для максимальной теплоотдачи. Экономия на расходных материалах. Отсутствие топливных затрат и минимальные затраты на теплоизоляцию. Жаропрочные маты могут использоваться более 50 раз, что снижает затраты на их утилизацию и замену. Однородное прогревание поддерживается по всей области нагрева благодаря индукции, нагревающей металл «изнутри». Поверхность детали не повреждается локализованной передачей тепла, даже если температура превышает заданные значения. Скорость нагрева быстрее, чем при традиционных процессах, благодаря методу передачи тепла, который помогает сократить цикл нагрева. Улучшаются условия труда при сварочных процессах: сварщики избавлены от необходимости работать с открытым пламенем, взрывоопасными газами и горячими элементами, как это обычно бывает при нагреве газовыми горелками и резистивном нагреве.
Термическая обработка сварных соединений
Выбор теплового режима сварки зависит от свойств свариваемых металлов и сплавов, жесткости конструкции и состояния ее при сварке. При сварке черных металлов термический режим состоит в подогреве свариваемых деталей. Причем для стали, чем выше склонность ее к закатке и трещинам, тем выше должна быть температура подогрева.
Термическая обработка после сварки проводится для снятия напряжений, полученных в результате сварки и для улучшения механических свойств. При сварке применяют следующие виды термической обработки.
Отжиг для снятия внутренних напряжений. После сварки на изделие накладываются витки гибкого индуктора, и нагрев осуществляют постепенно. Для низко- и среднеуглеродистых сталей температура нагрева достигает 600—680°С. После нагрева, изделие выдерживают при этой температуре в течение 2,5 мин на 1 мм толщины металла, и охлаждают, не снимая укрывной материал.
Для полного отжига стальное изделие нагревают до температуры 820—930°С, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают. Время выдержки изделия при данной температуре такое же, как и при отжиге для снятия напряжений, но не менее 30 мин. Затем изделие охлаждают со скоростью 50-75°С в час, до температуры 300°С, после чего его охлаждают на воздухе. При полном отжиге устраняются внутренние напряжения, и улучшается структура металла. Металл становится мелкозернистым и более пластичным.
Нормализация — это термическая обработка, подобная отжигу, но с более быстрым охлаждением изделий, которое обычно проводят на воздухе. При нормализации сварное изделие нагревают до температуры 850—900°С, выдерживают при этой температуре и затем охлаждают на воздухе. В этом случае металл шва и околошовной зоны приобретает мелкозернистую структуру, повышается его прочность и твердость.
Отпуск применяется для сталей, склонных к закалке, для уменьшения внутренних напряжений и хрупкости. Изделие нагревают до температуры 400-700°С, выдерживают при этой температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм толщины металла, медленно охлаждают до нормальной температуры. Поскольку изделия в этом случае нагреваются до температуры, лежащей ниже критической (723°С), структурных изменений в сварном шве и околошовной зоне не происходит.
Для каждой марки стали существуют свои режимы отпуска и скорости охлаждения, которые указываются в технических условиях на термообработку. и устраняются внутренние напряжения, и улучшается структура металла.
Использование индукционных систем нагрева при сварке
