Préchauffage par induction avant le soudage pour soulager les contraintes

Préchauffage par induction avant le soudage pour le chauffage anti-stress

Pourquoi utiliser le préchauffage par induction avant soudage ?Le préchauffage par induction peut ralentir la vitesse de refroidissement après le soudage. Il est avantageux d'évacuer l'hydrogène diffusé dans le métal fondu et d'éviter les fissures induites par l'hydrogène. En même temps, il réduit également le joint de soudure et le niveau de durcissement de la zone affectée par la chaleur, la résistance aux fissures du joint soudé est améliorée.
Le préchauffage par induction peut réduire le stress de soudage. La différence de température (également connue sous le nom de gradient de température) entre les soudeurs dans la zone de soudage peut être réduite par un préchauffage par induction uniformément local ou global. De cette manière, d'une part, la contrainte de soudage est réduite, d'autre part, le taux de déformation de soudage est réduit, ce qui est bénéfique pour éviter les fissures de soudage.

Le préchauffage par induction peut réduire le degré de contrainte des structures soudées, il est particulièrement évident de réduire la contrainte du joint d'angle. Avec l'augmentation de la température de préchauffage par induction, l'incidence des fissures diminue.
Température de préchauffage par induction et température intercouche (Remarque : lorsque le soudage multicouche et multipasse est effectué sur la soudure, la température la plus basse de la soudure avant est appelée température intercouche lorsque la post-soudure est soudée. Pour les matériaux nécessitant un soudage par préchauffage par induction , lorsqu'un soudage multicouche est requis, la température de la couche intermédiaire doit être égale ou légèrement supérieure à la température de préchauffage par induction. Si la température de la couche intermédiaire est inférieure à la température de préchauffage par induction, elle doit être à nouveau préchauffée par induction.
De plus, l'uniformité de la température de préchauffage par induction dans le sens de l'épaisseur de la plaque d'acier et dans la zone de soudure a un effet important sur la réduction des contraintes de soudage. La largeur du préchauffage par induction local doit être déterminée en fonction de la contrainte du soudeur, généralement trois fois l'épaisseur de paroi autour de la zone de soudure, et pas moins de 150-200 mm. Si le préchauffage par induction n'est pas uniforme, non seulement il ne réduira pas la contrainte de soudage, mais il augmentera la contrainte de soudage.

Comment trouver la solution de préchauffage par induction adaptée ?

Lors du choix de l'équipement de préchauffage par induction approprié, tenez principalement compte des aspects suivants :

La forme et la taille de la pièce chauffée.: Grande pièce, matériau de barre, matériau solide, puissance relative sélectionnée, équipement de chauffage par induction à basse fréquence; Si la pièce est petite, tuyau, plaque, engrenage, etc., l'équipement de préchauffage par induction à faible puissance relative et haute fréquence doit être sélectionné.
La profondeur et la zone à chauffer : profondeur de chauffage profonde, grande surface, chauffage global, devrait choisir un équipement de chauffage par induction à grande puissance et basse fréquence ; Profondeur de chauffage peu profonde, petite surface, chauffage local, sélection d'une puissance relativement faible, équipement de préchauffage par induction à haute fréquence.
La vitesse de chauffage requise : si la vitesse de chauffage est rapide, l'équipement de chauffage par induction avec une puissance relativement importante et une fréquence relativement élevée doit être sélectionné.
Temps de travail continu de l'équipement: Le temps de travail continu est long, sélectionnez relativement un équipement de préchauffage par induction légèrement plus grand.
Distance entre la tête de chauffage par induction et la machine à induction: Une connexion longue, même l'utilisation d'une connexion par câble refroidie à l'eau, doit être une machine de préchauffage par induction de puissance relativement importante.

Chauffage par induction : comment ça marche ?

Systèmes de chauffage par induction utiliser un chauffage sans contact. Ils induisent de la chaleur de manière électromagnétique plutôt que d'utiliser un élément chauffant en contact avec une pièce pour conduire la chaleur, comme le fait le chauffage par résistance. Le chauffage par induction agit plus comme un four à micro-ondes - l'appareil reste froid pendant que les aliments cuisent de l'intérieur.

Dans un exemple industriel de chauffage par induction, la chaleur est induite dans la pièce en la plaçant dans un champ magnétique à haute fréquence. Le champ magnétique crée des courants de Foucault à l'intérieur de la pièce, excitant les molécules de la pièce et générant de la chaleur. Étant donné que le chauffage se produit légèrement sous la surface du métal, aucune chaleur n'est gaspillée.

La similitude du chauffage par induction avec le chauffage par résistance est que la conduction est nécessaire pour chauffer la section ou la pièce. La seule différence est la source de chaleur et les températures de l'outil. Le processus d'induction chauffe à l'intérieur de la pièce et le processus de résistance chauffe à la surface de la pièce. La profondeur de chauffage dépend de la fréquence. La haute fréquence (par exemple, 50 kHz) chauffe près de la surface, tandis que la basse fréquence (par exemple, 60 Hz) pénètre plus profondément dans la pièce, plaçant la source de chauffage jusqu'à 3 mm de profondeur, ce qui permet de chauffer des pièces plus épaisses. La bobine d'induction ne chauffe pas car le conducteur est grand pour le courant transporté. En d'autres termes, la bobine n'a pas besoin de chauffer pour chauffer la pièce.

Composants du système de chauffage par induction

Les systèmes de chauffage par induction peuvent être refroidis par air ou par liquide, selon les exigences de l'application. Un composant clé commun aux deux systèmes est la bobine d'induction utilisée pour générer de la chaleur dans la pièce.

Système refroidi par air. Un système refroidi par air typique se compose d'une source d'alimentation, d'une couverture à induction et des câbles associés. La couverture à induction se compose d'une bobine d'induction entourée d'un isolant et cousue dans un manchon en Kevlar remplaçable à haute température.

 

Ce type de système à induction peut inclure un contrôleur pour surveiller et contrôler automatiquement la température. Un système non équipé d'un contrôleur nécessite l'utilisation d'un indicateur de température. Le système pourrait également comprendre un interrupteur marche-arrêt à distance. Les systèmes refroidis par air peuvent être utilisés pour des applications jusqu'à 400 degrés F, le désignant comme un système de préchauffage uniquement.

Système refroidi par liquide. Étant donné que le liquide se refroidit plus efficacement que l'air, ce type de système de chauffage par induction convient aux applications nécessitant des températures plus élevées, telles que le préchauffage à haute température et la relaxation des contraintes. Les principales différences par rapport à un système refroidi par air sont l'ajout d'un refroidisseur à eau et l'utilisation d'un tuyau flexible refroidi par liquide qui abrite la bobine d'induction. Les systèmes refroidis par liquide utilisent également généralement un contrôleur de température et un enregistreur de température intégré, des composants particulièrement importants dans les applications de relaxation des contraintes.

La procédure typique de soulagement du stress nécessite une étape à 600 à 800 degrés F, suivie d'une rampe ou d'une élévation de température contrôlée jusqu'à une température de trempage d'environ 1,250 600 degrés. Après un temps de maintien, la pièce est refroidie de manière contrôlée entre 800 et XNUMX degrés. L'enregistreur de température collecte des données sur le profil de température réel de la pièce sur la base d'une entrée de thermocouple, une exigence d'assurance qualité pour les applications de relaxation des contraintes. Le type de travail et le code applicable déterminent la procédure proprement dite.

Avantages du chauffage par induction

Le chauffage par induction offre de nombreux avantages, notamment une bonne uniformité et qualité de la chaleur, un temps de cycle réduit et des consommables durables. Le chauffage par induction est également sûr, fiable, facile à utiliser, économe en énergie et polyvalent.

Uniformité et qualité. Le chauffage par induction n'est pas particulièrement sensible au placement ou à l'espacement des bobines. Généralement, les bobines doivent être espacées uniformément et centrées sur le joint de soudure. Sur les systèmes ainsi équipés, un contrôleur de température peut établir la puissance requise de manière analogique, fournissant juste assez de puissance pour maintenir le profil de température. La source d'alimentation fournit de l'énergie pendant tout le processus.

Temps de cycle. La méthode par induction de préchauffage et de relaxation des contraintes fournit un temps de montée en température relativement rapide. Sur les applications plus épaisses, telles que les conduites de vapeur à haute pression, le chauffage par induction peut réduire de deux heures le temps de cycle. Il est possible de réduire le temps de cycle de la température de contrôle à la température de trempage.

Consommables. L'isolant utilisé dans le chauffage par induction est facile à fixer sur les pièces et peut être réutilisé plusieurs fois. De plus, les bobines d'induction sont robustes et ne nécessitent pas de fil fragile ou de matériaux céramiques. De plus, étant donné que les bobines d'induction et les connecteurs ne fonctionnent pas à des températures élevées, ils ne sont pas sujets à la dégradation.

Facilité d'utilisation. Un avantage majeur du préchauffage par induction et de la réduction des contraintes est sa simplicité. L'isolation et les câbles sont simples à installer et prennent généralement moins de 15 minutes. Dans certains cas, l'utilisation de l'équipement d'induction peut être enseignée en une journée.

Efficacité énergétique. La source d'alimentation de l'onduleur est efficace à 92 %, un avantage essentiel à une époque où les coûts énergétiques montent en flèche. De plus, le processus de chauffage par induction est efficace à plus de 80 %. En ce qui concerne la puissance absorbée, le processus d'induction ne nécessite qu'une ligne de 40 ampères pour 25 kW de puissance.

Sécurité. Le préchauffage et le soulagement du stress grâce à la méthode d'induction sont conviviaux pour les travailleurs. Le chauffage par induction ne nécessite pas d'éléments chauffants ni de connecteurs chauds. Très peu de particules en suspension dans l'air sont associées aux matelas isolants, et l'isolant lui-même n'est pas exposé à des températures supérieures à 1,800 XNUMX degrés, ce qui peut provoquer la décomposition de l'isolant en poussière que les travailleurs peuvent inhaler.

Fiabilité. L'un des facteurs les plus importants ayant une incidence sur la productivité dans la réduction du stress est un cycle ininterrompu. Dans la plupart des cas, l'interruption du cycle signifie que le traitement thermique devra être réexécuté, ce qui est important lorsqu'un cycle thermique peut prendre une journée. Les composants du système de chauffage par induction rendent les interruptions de cycle peu probables. Le câblage pour l'induction est simple, ce qui le rend moins susceptible de tomber en panne. De plus, aucun contacteur n'est utilisé pour contrôler l'apport de chaleur à la pièce.

Versatilité. En plus d'utiliser systèmes de chauffage par induction Pour préchauffer et détendre les tuyaux, les utilisateurs ont adapté le processus pour les soudures, les coudes, les vannes et d'autres pièces. L'un des aspects du chauffage par induction qui le rend attrayant pour les formes complexes est la possibilité d'ajuster les bobines pendant le processus de chauffage pour s'adapter aux pièces uniques et aux dissipateurs de chaleur. L'opérateur peut démarrer le processus, déterminer les effets du processus de chauffage en temps réel et modifier la position de la bobine pour changer le résultat. Les câbles d'induction peuvent être déplacés sans attendre le refroidissement par air en fin de cycle.

Chauffage par induction avant les applications de soudage

Cette technologie a fait ses preuves sur un certain nombre de projets, notamment des oléoducs et des gazoducs, la construction d'équipements lourds, ainsi que l'entretien et la réparation d'équipements miniers.

Pipeline pétrolier. Une opération d'entretien d'un oléoduc nord-américain devait chauffer un tuyau avant de souder des manchons ou des raccords de réparation d'encerclement au 48 pouces de l'oléoduc. circonférence. Alors que les travailleurs pouvaient effectuer de nombreuses réparations sans avoir à arrêter le débit d'huile ou à le vidanger du tuyau, la présence du brut lui-même nuisait à l'efficacité du soudage car l'huile qui coulait absorbait la chaleur. Les chalumeaux au propane nécessitaient une interruption constante du soudage pour maintenir la chaleur, et le chauffage par résistance - tout en fournissant une chaleur continue - ne pouvait souvent pas atteindre les températures de soudage requises.

Les travailleurs ont utilisé deux systèmes de 25 kW avec des couvertures parallèles pour obtenir une température de préchauffage de 125 degrés lors des réparations des manchons d'encerclement. En conséquence, ils ont réduit le temps de cycle de huit à 12 heures à quatre heures par soudure circulaire.

Le préchauffage pour la réparation d'un raccord STOPPLE (un raccord en T avec vanne) était encore plus difficile en raison de la plus grande épaisseur de paroi du raccord. Avec le chauffage par induction, cependant, l'entreprise a utilisé quatre systèmes de 25 kW avec une configuration de couverture parallèle. Ils ont utilisé deux systèmes de chaque côté du T. Un système a été utilisé sur la ligne principale pour préchauffer l'huile, et le second a été utilisé pour préchauffer le T au niveau du joint de soudure circonférentiel. La température de préchauffage était de 125 degrés. Cela a réduit le temps de soudage de 12 à 18 heures à sept heures par soudure circulaire.

Pipeline de gaz naturel. Un projet de construction d'un gazoduc comprenait la construction d'un pipeline de 36 pouces de diamètre et de 0.633 pouce d'épaisseur reliant l'Alberta, au Canada, à Chicago. Sur un tronçon de ce pipeline, l'entrepreneur en soudage a utilisé deux sources d'alimentation de 25 kW montées sur un tracteur avec les couvertures à induction fixées aux flèches pour plus de rapidité et de commodité. Les sources d'alimentation préchauffaient les deux côtés du joint de tuyau. La vitesse et le contrôle fiable de la température étaient essentiels à ce processus. À mesure que la teneur en alliage augmente dans les matériaux pour réduire le poids et le temps de soudage, et pour augmenter la durée de vie des pièces, le contrôle des températures de préchauffage devient plus critique. Cette application de chauffage par induction a nécessité moins de trois minutes pour obtenir la température de préchauffage de 250 degrés.

Matériel lourd. Un fabricant d'équipement lourd soudait souvent des dents d'adaptation sur les bords de godet de sa chargeuse. L'ensemble soudé par points avait été déplacé d'avant en arrière vers un grand four, obligeant l'opérateur de soudage à attendre pendant que la pièce était réchauffée à plusieurs reprises. Le fabricant a choisi d'essayer le chauffage par induction pour préchauffer l'ensemble afin d'empêcher le mouvement du produit.

Le matériau avait une épaisseur de 4 pouces avec une température de préchauffage requise élevée en raison de la teneur en alliage. Des couvertures à induction personnalisées ont été développées pour répondre aux exigences de l'application. La conception de l'isolation et du serpentin offrait l'avantage supplémentaire de protéger l'opérateur de la chaleur rayonnante de la pièce. Dans l'ensemble, les opérations ont été considérablement plus efficaces, réduisant le temps de soudage et maintenant la température tout au long du processus de soudage.

Équipement de minage. Une mine avait connu des problèmes de fissuration à froid et d'inefficacité de préchauffage à l'aide d'appareils de chauffage au propane dans ses opérations de réparation d'équipement minier. Les opérateurs de soudage devaient retirer fréquemment une couverture isolante conventionnelle de la pièce épaisse pour appliquer de la chaleur et maintenir la pièce à la bonne température.

La couverture de préchauffage par induction maintient la température du bord du godet pendant la fixation des dents.
La mine a choisi d'essayer le chauffage par induction en utilisant des couvertures plates refroidies à l'air pour préchauffer les pièces avant le soudage. Le processus d'induction a rapidement appliqué de la chaleur à la pièce. Il pourrait également être utilisé en continu pendant le processus de soudage. Le temps de réparation des soudures a été réduit de 50 %. De plus, la source d'alimentation était équipée d'un contrôleur de température pour maintenir la pièce à la température cible. Cela a presque éliminé les retouches causées par la fissuration à froid.

Centrale électrique. Un constructeur de centrale électrique construisait une centrale électrique au gaz naturel en Californie. Les chaudronniers et les tuyauteurs avaient connu des retards de construction en raison des méthodes de préchauffage et de détensionnement qu'ils utilisaient sur les conduites de vapeur de l'usine. L'entreprise a introduit la technologie de chauffage par induction dans le but d'augmenter l'efficacité, en particulier pour les travaux sur des conduites de vapeur moyennes à grandes, car ces pièces prennent le plus de temps de traitement thermique requis sur un chantier.

La simplicité d'enroulement des couvertures à induction autour de formes complexes, comme dans cette centrale électrique au gaz naturel, peut réduire le temps de traitement thermique.
Sur un 16 pouces typique. Weldolet avec un 2-in. épaisseur de paroi, le chauffage par induction a pu réduire de deux heures le temps de température (600 degrés) et une autre heure pour atteindre la température de trempage (600 degrés à 1,350 XNUMX degrés) pour soulager le stress.