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.

Наиболее неблагоприятными для эксплуатации свойствами обладают следующие участки: перегрева. Участок характеризуется крупнозернистой структурой, определяющей низкую пластичность металла. Он образуется при нагреве низкоуглеродистых сталей на 300–400 °С выше верхней критической точки (Ас3); закалки. Возникает при обработке низколегированных сталей. Образуется в зоне, которая нагревается при сварке до +900…+1300 °С, то есть выше точки Aс3. В участке присутствуют структуры высокой твердости, имеющие низкую пластичность и ударную вязкость; разупрочнения. При сварке температура данного участка находится в интервале между нижней (Ас1) и верхней (Ас3) критическими точками, то есть в пределах +760…+850 °С. Зона разупрочнения отличается высокой пластичностью при пониженной прочности.

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:

• высокая производительность. Нагрев осуществляется очень быстро, что позволяет в сжатые сроки обработать сварное соединение;
• энергетическая эффективность. КПД индукционной системы нагрева составляет до 90 %, а потери теплоты в режиме ожидания невелики;
• высокое качество обработки. Обрабатываемый шов не контактирует с пламенем или иным нагревателем, следовательно, не окисляется;
• точность параметров. После настройки индукционной системы нагрева температура и время обработки поддерживаются автоматически;
• безвредность для окружающих. В процессе обработки не выделяются продукты горения. Нагрев производится вихревыми токами внутри металла.

Режимы термической обработки

Данный процесс состоит из трех этапов: индукционного нагрева сварного шва до необходимой температуры; выдержки в таком состоянии в течение некоторого времени; охлаждения с определенной скоростью. При монтаже трубопроводных систем используются следующие режимы: термический отдых. Как правило, используется для сварных соединений в системах толстостенных труб, для которых применение других режимов нагрева затруднено; высокий отпуск. Такой обработке подвергаются сварные швы из сталей перлитного класса. Высокий отпуск позволяет снизить на 70–90 % остаточные напряжения, повысить пластичность и вязкость металла; нормализация. Нагрев снижает уровень остаточных напряжений, приводит к образованию однородной мелкозернистой структуры. Нормализации чаще всего подвергаются соединения в системах тонкостенных труб малого диаметра из стали перлитного класса, особенно если они выполнены методом газовой сварки; аустенизация и стабилизирующий отжиг. Оба этих вида термической обработки применяются для улучшения качества сварных соединений труб из высоколегированных марок аустенитного класса — например, 08Х18Н10Е или 12Х18Н10Т.

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.