Vid svetsning av grövre material, höghållfasta stål och komponenter med höga krav på hållfasthet behöver temperaturen ofta styras redan innan svetsningen börjar. Förvärmning används för att påverka kylförloppet, minska risken för sprickor och skapa mer förutsägbara förhållanden i materialet.
Induktionsvärme används när uppvärmningen behöver vara jämn, kontrollerad och möjlig att följa över tid. Metoden förekommer bland annat vid rörsvetsning, reparation av tunga komponenter, svetsning i tryckbärande konstruktioner och arbeten där en svetsprocedur anger tydliga temperaturkrav.
Förvärmning styr kylhastigheten
När ett material svetsas värms ett litet område upp snabbt, samtidigt som omgivande material är kallare. Skillnaden gör att värmen leds bort från svetsområdet. I grövre gods, höghållfasta stål och legerade material kan kylningen gå så snabbt att den värmepåverkade zonen får hög hårdhet.
Det ökar risken för sprickbildning, särskilt om väte finns i eller nära svetsområdet. Väte kan komma från fukt i tillsatsmaterial, ytor, flussmedel eller omgivande miljö. Förvärmning gör att temperaturskillnaden minskar och att kylningen sker långsammare.
Så fungerar induktionsvärme i svetsarbete
Induktionsvärme bygger på elektromagnetisk induktion. En induktor placeras runt, intill eller på komponenten. När ström går genom induktorn bildas ett växlande magnetfält som skapar strömmar i det ledande materialet. Dessa strömmar ger värme i arbetsstycket.
Värmen tillförs alltså inte genom en låga mot ytan. Temperaturen kan istället styras med givare och reglerutrustning. Vid svetsförvärmning används ofta termoelement som mäter temperaturen nära svetsområdet och hjälper utrustningen att hålla rätt nivå.
När gasvärmning blir svår att kontrollera
Gasbrännare används fortfarande i många verkstäder och fungerar i flera enklare arbeten. På grövre material kan ytan däremot bli varm medan temperaturen längre in i godset fortfarande är lägre.
Om uppvärmningen inte sker jämnt runt fogområdet kan olika delar av svetsen få olika kylförlopp. Det kan ge varierande hårdhet, olika restspänningar och svårare kontroll av interpasstemperaturen.
Induktionsvärme används därför ofta när temperaturhållningen behöver vara mer förutsägbar. Utrustningen kan placeras så att värmen byggs upp runt hela röret, längs en fog eller över ett större område på en komponent.
Höghållfasta stål ställer högre krav
Höghållfasta stål används när konstruktionen ska klara höga laster utan att materialmängden blir för stor. Dessa material är ofta mer känsliga för snabb kylning vid svetsning.
Om kylningen går för snabbt kan den värmepåverkade zonen få hög hårdhet. Därför anger svetsprocedurer ofta krav på lägsta förvärmningstemperatur, högsta interpasstemperatur och ibland kontrollerad avsvalning efter svetsning.
Induktionsvärme gör det lättare att följa sådana krav eftersom temperaturen kan mätas och regleras löpande.
Interpasstemperatur under längre svetsar
Förvärmning är bara första steget. Vid flerskiktssvetsning behöver temperaturen mellan svetssträngarna också hållas inom angivet intervall. Detta kallas interpasstemperatur.
Om materialet svalnar för mycket mellan strängarna kan nästa svetssträng läggas på ett område som är kallare än proceduren tillåter. Om temperaturen blir för hög kan materialegenskaper påverkas negativt.
Med induktionsvärme kan uppvärmningen fortsätta under svetsarbetet. Systemet tillför värme när temperaturen sjunker och minskar effekten när rätt nivå är uppnådd.
Eftervärmning och kontrollerad avsvalning
I vissa fall används induktionsvärme även efter svetsningen. Eftervärmning innebär att komponenten hålls vid en bestämd temperatur under en viss tid innan den får svalna vidare.
Syftet är ofta att minska risken för väteinducerade sprickor. När materialet hålls varmt längre får väte bättre möjlighet att diffundera ut ur området kring svetsen.
Eftervärmning ska inte blandas ihop med fullständig värmebehandling efter svetsning, till exempel spänningsavlastning. Det är en annan process med andra temperaturer, hålltider och krav.
Typiska arbeten där metoden används
Induktionsförvärmning används främst när svetsningen ställer tydliga krav på temperaturkontroll. Det gäller både vid tillverkning och underhåll.
Vanliga exempel är rörsvetsning inom processindustri, svetsning i kraftverk, offshorearbete, tryckbärande komponenter, reparation av tung utrustning, svetsning av grova maskindelar och arbeten i höghållfasta eller legerade stål.
I dessa sammanhang behöver temperaturen ofta mätas, dokumenteras och hållas inom det intervall som anges i svetsproceduren.
Praktiska detaljer som påverkar uppvärmningen
Materialets kolhalt och legeringsinnehåll påverkar sprickkänsligheten. Godstjockleken påverkar hur snabbt värme leds bort från svetsområdet. Fogtyp, åtkomst och svetsmetod påverkar hur utrustningen kan placeras.
Även temperaturmätningen behöver göras rätt. Om givarna sitter för långt från fogområdet kan mätningen ge en missvisande bild av temperaturen där svetsningen sker.
Induktorns placering påverkar också resultatet. Vid rörsvetsning handlar det ofta om att få jämn temperatur runt hela omkretsen. Vid större konstruktioner kan flera värmezoner behövas för att undvika stora temperaturskillnader.
Dokumentation och kvalitetssäkring
I många svetsarbeten räcker det inte att processen utförs korrekt. Den måste också kunna visas i efterhand. Det gäller särskilt vid tryckbärande utrustning, energianläggningar och processindustri.
Induktionsutrustning kan kopplas till temperaturregistrering. Då går det att följa hur temperaturen har utvecklats före, under och efter svetsningen och jämföra detta med kraven i WPS eller annan teknisk specifikation.
Slutsats
Induktionsvärme används före svetsning när temperaturen i materialet behöver styras med högre kontroll än vad enklare uppvärmningsmetoder normalt ger. Metoden är särskilt relevant vid grövre material, höghållfasta stål, rörsvetsning och arbeten där jämn temperatur påverkar kylförlopp, hårdhet och sprickrisk.
Förvärmning med induktion handlar inte om att bara värma upp en yta. Det handlar om att skapa rätt temperaturförhållanden i och runt svetsområdet, hålla dem under arbetet och i vissa fall styra avsvalningen efteråt. På så sätt blir temperaturstyrningen en tydlig del av svetsprocessen.
