Utilizzare un sistema di riscaldamento a induzione per il preriscaldo di saldatura e la distensione post-saldatura può far risparmiare tempo e migliorare la produttività.
Che cos'è il riscaldamento a induzione?
Un’ampia gamma di industrie utilizza da tempo il riscaldamento a induzione. Questa tecnologia ha avuto grande successo per quasi due decenni nelle applicazioni di saldatura industriali e di costruzione, come nel caso di raffinerie, petrolchimico, gasdotti e condotte, carpenteria metallica, cantieristica navale, riparazione di recipienti a pressione e attività minerarie.
Molte applicazioni di saldatura richiedono il preriscaldo, che riduce al minimo la differenza di temperatura tra l’arco elettrico e il materiale di base. Il preriscaldo rallenta la velocità di raffreddamento della saldatura e abbassa l’idrogeno: due fattori che aiutano a ridurre il rischio di crepe e i possibili difetti della saldatura.
Quando è necessario ricorrere al preriscaldo o alla distensione post-saldatura, l’induzione può far risparmiare molto tempo e offrire uniformità della temperatura fino a 780 °C, con tutti i vantaggi per la sicurezza e la qualità della saldatura che ne conseguono.
Come funziona il riscaldamento a induzione?
Il preriscaldo prevede di riscaldare il materiale di base, o almeno l’area intorno al giunto saldato, a una temperatura specifica, prima della saldatura. Quando è necessario il preriscaldo, la temperatura minima è specificata nella procedura del programma di saldatura (WPS).
I sistemi di riscaldamento a induzione utilizzano il riscaldamento senza contatto. Inducono cioè il calore elettromagneticamente e per isteresi. Gli accessori per riscaldamento vengono posizionati sopra o intorno a un oggetto elettricamente conduttore, e il campo magnetico crea correnti parassite all’interno del pezzo, eccitando le molecole del pezzo e generando calore. Ne consegue che il pezzo stesso diventa la fonte del calore, non gli accessori per riscaldamento.
Confronto tra questo metodo e altri due metodi di preriscaldo comuni: resistenza e fiamma libera. Il riscaldamento a resistenza riscalda il materiale dall’esterno, utilizzando piastre in ceramica che diventano calde e trasferiscono il calore. La fiamma libera utilizza il fuoco per riscaldare il pezzo.
Il riscaldamento a induzione è semplice da configurare, offre un rapido raggiungimento della temperatura e garantisce un’eccezionale efficienza di riscaldamento e uniformità della temperatura del giunto. Inoltre, l’induzione offre anche vantaggi in termini di sicurezza rispetto al riscaldamento a resistenza e a fiamma libera. Il riscaldamento a resistenza richiede tempi di configurazione molto più lunghi: circa tre ore per giunto rispetto a 20 minuti o meno se si utilizza l’induzione. La resistenza presenta anche un lento raggiungimento della temperatura, a volte fino a tre ore, oltre a una marginale uniformità della temperatura del giunto e costi operativi per giunto molto più elevati.
Opzioni relative ai componenti del riscaldamento a induzione
L’induzione viene di norma utilizzata per il trattamento termico nella fabbricazione dei tubi e nella saldatura. Molti appaltatori non hanno ancora realizzato come l’induzione possa offrire vantaggi in un’ampia gamma di applicazioni, inclusa la saldatura di piastre piatte, parti in movimento e altre geometrie dei pezzi. Il sistema di riscaldamento a induzione Miller® ProHeat™ 35 è disponibile con numerose opzioni raffreddate ad aria e a liquido, a seconda delle esigenze del lavoro da svolgere.
Raffreddato ad aria
I rivestimenti o i cavi raffreddati ad aria possono facilmente essere posizionati o avvolti intorno al pezzo. Progettati pensando alla flessibilità e all’efficienza, i cavi o i rivestimenti raffreddati ad aria si adattano a quasi tutte le applicazioni di preriscaldo a induzione e non richiedono un refrigeratore e un fluido refrigerante, il che può far risparmiare tempo ed eliminare alcuni costi nel preriscaldo per la saldatura. I sistemi raffreddati ad aria possono essere utilizzati per applicazioni di preriscaldo fino a 200 °C.
Raffreddati a liquido
Questo tipo di sistema si utilizza per applicazioni che richiedono preriscaldo ad alta temperatura e distensione. L’induzione raffreddata a liquido offre la più ampia gamma di temperature per preriscaldo, bakeout per l’idrogeno e trattamento termico post-saldatura, con la capacità di arrivare fino a 780 °C. Le principali differenze rispetto ai sistemi raffreddati ad aria sono l’aggiunta di un raffreddamento ad acqua e l’uso di un tubo flessibile raffreddato a liquido che contiene la bobina di induzione. I sistemi raffreddati a liquido generalmente utilizzano un controllore di temperatura integrato e un registratore di temperatura esterno, due componenti particolarmente importanti nelle applicazioni di distensione.
Induzione a rotazione
La maggior parte delle saldature di tubi eseguite nelle officine di fabbricazione prevede una rotazione. La rotazione del tubo durante la saldatura offre molti vantaggi, tra cui la facilità di ottenere saldature di qualità eliminando la saldatura fuori posizione, la riduzione dell’affaticamento del saldatore e il miglioramento della produttività grazie a maggiori velocità di avanzamento del filo e tassi di deposizione aumentati. Il sistema di riscaldamento a induzione ProHeat 35 con induttore rotante consente alle officine di fabbricazione di preriscaldare i pezzi da lavorare, incluse le parti in movimento, e fornisce un calore rapido e costante fino a 315 °C.
Vantaggi del riscaldamento a induzione
Rispetto alla fiamma libera o alla resistenza utilizzate per il preriscaldo e la distensione, l’induzione offre numerosi vantaggi. Alcuni dei vantaggi fondamentali dell’induzione:
Temperatura uniforme
Il riscaldamento a induzione distribuisce l’energia termica in modo uniforme sull’area in cui la bobina è avvolta o è posizionato il rivestimento, il che fornisce calore uniforme e costante al materiale di base. In confronto, il riscaldamento a fiamma richiede un movimento manuale difficile da controllare, mentre le piastre a resistenza spesso non toccano il pezzo in modo uniforme, causando calore disomogeneo e sollecitazioni sulla saldatura. I sistemi ProHeat utilizzano dei sensori per riportare e registrare la temperatura del giunto con accuratezza. I componenti del riscaldamento a induzione rendono anche improbabili le interruzioni del ciclo, una cosa fondamentale per la produttività nella distensione.
Tempi di ciclo ridotti
L’induzione rende possibili tempi di configurazione e tempi al raggiungimento della temperatura notevolmente più brevi. La resistenza invece spesso richiede un appaltatore esterno per il preriscaldo, il che può causare ritardi e tempi di riscaldamento lunghi (nonché tempo di fermo per il saldatore). Con l’induzione, i saldatori riescono a saldare i pezzi da lavorare, massimizzando l’efficienza. E il tempo al raggiungimento della temperatura richiede solo alcuni minuti rispetto alle ore necessarie al riscaldamento con resistenza. Su pezzi spessi, sottili e di forma irregolare, non è raro vedere una riduzione di oltre il 50% nel tempo di ciclo totale, grazie all’induzione.
Efficienza/costi delle utenze
Il processo di riscaldamento a induzione è molto efficiente e gran parte dell’energia elettrica utilizzata genera effettivamente calore all’interno del pezzo. I costi per le utenze sono in genere molto inferiori rispetto agli altri metodi. Con la fiamma libera, la maggior parte dell’energia di riscaldamento creata viene persa nell’aria. Il riscaldamento a resistenza spreca energia elettrica a causa del grande trasformatore dell’alimentazione, e perché solo un lato dell’elemento riscaldante poggia contro il pezzo da riscaldare. Molti clienti passati al riscaldamento a induzione riescono anche a beneficiare di sconti da parte dei fornitori di energia proprio per aver migliorato l’efficienza.
Versatilità
L’induzione può essere utilizzata su molte forme, dimensioni e tipi di pezzi, dal tubo alla piastra piatta fino ai gomiti e alle valvole. Il riscaldamento a induzione è un’alternativa logica per le forme complesse perché puoi regolare le bobine durante il processo di riscaldamento in moda da adattarle a pezzi unici e dissipatori di calore.
Rischi per la sicurezza ridotti al minimo
I metodi a fiamma libera e a resistenza riscaldano i pezzi dall’esterno verso l’interno e per questo comportano il rischio di ustioni. Il riscaldamento a resistenza utilizza piastre in ceramica che restano calde a lungo dopo che il giunto è arrivato a temperatura, mentre il riscaldamento a fiamma comporta il rischio di incendi e persino esplosioni. Con l’induzione, solo il pezzo da lavorare si scalda; i cavi, i rivestimenti e le bobine non si scaldano, quindi la probabilità di infortuni o incidenti + ridotta e l’operatore subisce meno stress da calore.
Costi per i materiali di consumo ridotti
L’isolamento utilizzato nell’induzione può essere facilmente applicato ai pezzi da lavorare e può essere riutilizzato più e più volte. Inoltre, le bobine per l’induzione sono robuste e non richiedono filo o materiali ceramici fragili. Se lo confrontiamo con l’isolamento in fibra ceramica utilizzato nel riscaldamento a resistenza, che può essere usato solo una o due volte prima di dover essere scartato, ci accorgeremo che la ceramica richiede molto materiale per l’isolamento e costi significativi per smaltire un materiale potenzialmente pericoloso.
Facile da usare
Uno dei vantaggi più grandi dell’induzione è la sua semplicità. L’isolamento, i rivestimenti e i cavi sono facili da installare (di solito richiede meno di 15 minuti) e sono semplici da adattare.
Riflessioni finali
Il riscaldamento a induzione è un metodo efficiente e uniforme per il preriscaldo, il bakeout e la distensione di un’ampia gamma di forme e tipi di pezzi da saldare. Offre un tempo al raggiungimento della temperatura veloce, grande flessibilità su tante applicazioni e materiali ed è un’alternativa sicura rispetto agli altri metodi di riscaldamento. Nella maggior parte delle applicazioni di saldatura, il riscaldamento a induzione è la scelta migliore per tagliare tempi e costi.
