陶瓷电阻片加热和感应对钢质工件变形的影响分析
- 来源:
- 青岛机电科技有限公司
- 日期:
- 2023年6月8日
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陶瓷电阻片加热和感应加热对钢质工件变形的影响分析
陶瓷电阻片加热和感应加热对钢质工件变形的影响分析
在大型钢构工件的加热制造过程中，导致工件变形的主要原因是钢中存在内应力或外部对工件施加的外应力。内应力是加热过程中工件各部分加热或冷却速度不一致、工件各部分温度分布不均匀、材料发生相变所致，也就是热应力和相变应力。外应力引起的变形主要是由于工件自重（重力）而造成的“塌陷”，在一些特殊情况下也应考虑工件加热过程中受到外力（外加载荷），或者夹持工具夹持力（约束力）所引起的凹陷等。
工件的变形包括弹性变形和塑性变形两种。当工件所受应力超过其屈服强度时，工件开始形成永久变形，即发生塑性变形。工件在加热过程中，可能在以下几个阶段发生变形：
（1）加热过程：工件在加热过程中，由于内应力逐渐释放而产生变形。
（2）保温过程：以自重塌陷变形为主，即塌陷弯曲。
（3）冷却过程：由于不均匀冷却或相变而产生变形。
当加热大型工件时，若工件内部存在残余应力或者工件受热不均匀，都有可能产生变形。残余应力主要来源于加工过程，由于随着温度的升高，钢的屈服强度逐渐下降，即使加热很均匀，很轻微的应力也会导致变形。一般加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，它们都是导致热膨胀发生差异的原因。此外，由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多，加热温度越高，加热时间越长，“塌陷”现象越严重。冷却不均时将产生热应力导致变形发生。因工件的外缘和内部存在冷却速度差异，该热应力是不可避免的。
从理论上说，采用电阻片和感应加热，将同一个工件用相同的时间加热到相同的温度，工件的变形情况应该是相同的。但实际生产中，受这两种加热工艺的特点影响，工件的变形情况又有所不同。以筒体环焊缝的焊后去应力加热为例：
首先，感应加热工艺与电阻片加热工艺对工件的加热方式不同。感应加热时，感应电缆缠绕均匀，能量直接作用于工件。工件的发热区域位于表层及以下，通过热传导向工件内部和其它部位传热，温度分布均匀，内外壁温度梯度小。电阻片加热需要环绕工件一整圈，各个电阻片独立发热。热量依靠电阻片与工件的接触以热传导的形式，或不接触的条件下以热辐射的形式间接传递给工件，工件受热不均匀。电加热片容易损坏，尽管单个电加热片的损坏不影响其它电加热片的工作，但会导致不均匀工件温度场的形成，从而造成热应力和变形。
其次，感应加热工艺条件下工件的升温速度、降温速度和控温精度要比电阻片加热要高得多。感应加热电源的输出功率可根据工件的实际温度连续可调，温度控制精度高；电阻片加热无此功能，温度控制精度低。这种情况下感应加热能够使得工件在升温、保温和降温的每个阶段都能保证工件内外各个部分温度均匀，大限度地减少热应力的产生和变形的出现。
在航天航空、核电和军工领域，对产品的焊接质量要求高，感应加热是保证产品焊前预热和焊后消氢的重要手段。无论是手工焊还是自动焊，温度不均匀是造成焊道非体积性缺陷的重要因素之一，焊接过程中加热速度的稳定性和工件温度分布的均匀性对焊接终质量至关重要。海越科技以其卓越的中频电磁感应加热设备、工艺和服务，为客户高品质产品的加热提供了坚实的基础和保障。
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陶瓷电阻片加热和感应加热对钢质工件变形的影响分析
陶瓷电阻片加热和感应加热对钢质工件变形的影响分析
在大型钢构工件的加热制造过程中，导致工件变形的主要原因是钢中存在内应力或外部对工件施加的外应力。内应力是加热过程中工件各部分加热或冷却速度不一致、工件各部分温度分布不均匀、材料发生相变所致，也就是热应力和相变应力。外应力引起的变形主要是由于工件自重（重力）而造成的“塌陷”，在一些特殊情况下也应考虑工件加热过程中受到外力（外加载荷），或者夹持工具夹持力（约束力）所引起的凹陷等。
工件的变形包括弹性变形和塑性变形两种。当工件所受应力超过其屈服强度时，工件开始形成永久变形，即发生塑性变形。工件在加热过程中，可能在以下几个阶段发生变形：
（1）加热过程：工件在加热过程中，由于内应力逐渐释放而产生变形。
（2）保温过程：以自重塌陷变形为主，即塌陷弯曲。
（3）冷却过程：由于不均匀冷却或相变而产生变形。
当加热大型工件时，若工件内部存在残余应力或者工件受热不均匀，都有可能产生变形。残余应力主要来源于加工过程，由于随着温度的升高，钢的屈服强度逐渐下降，即使加热很均匀，很轻微的应力也会导致变形。一般加热速度越快、工件尺寸越大、截面变化越大，则加热变形越大。热应力取决于温度的不均匀分布程度和温度梯度，它们都是导致热膨胀发生差异的原因。此外，由于加热中因自重而出现“塌陷”变形的情况非常多，加热温度越高，加热时间越长，“塌陷”现象越严重。冷却不均时将产生热应力导致变形发生。因工件的外缘和内部存在冷却速度差异，该热应力是不可避免的。
从理论上说，采用电阻片和感应加热，将同一个工件用相同的时间加热到相同的温度，工件的变形情况应该是相同的。但实际生产中，受这两种加热工艺的特点影响，工件的变形情况又有所不同。以筒体环焊缝的焊后去应力加热为例：
首先，感应加热工艺与电阻片加热工艺对工件的加热方式不同。感应加热时，感应电缆缠绕均匀，能量直接作用于工件。工件的发热区域位于表层及以下，通过热传导向工件内部和其它部位传热，温度分布均匀，内外壁温度梯度小。电阻片加热需要环绕工件一整圈，各个电阻片独立发热。热量依靠电阻片与工件的接触以热传导的形式，或不接触的条件下以热辐射的形式间接传递给工件，工件受热不均匀。电加热片容易损坏，尽管单个电加热片的损坏不影响其它电加热片的工作，但会导致不均匀工件温度场的形成，从而造成热应力和变形。
其次，感应加热工艺条件下工件的升温速度、降温速度和控温精度要比电阻片加热要高得多。感应加热电源的输出功率可根据工件的实际温度连续可调，温度控制精度高；电阻片加热无此功能，温度控制精度低。这种情况下感应加热能够使得工件在升温、保温和降温的每个阶段都能保证工件内外各个部分温度均匀，大限度地减少热应力的产生和变形的出现。
在航天航空、核电和军工领域，对产品的焊接质量要求高，感应加热是保证产品焊前预热和焊后消氢的重要手段。无论是手工焊还是自动焊，温度不均匀是造成焊道非体积性缺陷的重要因素之一，焊接过程中加热速度的稳定性和工件温度分布的均匀性对焊接终质量至关重要。海越科技以其卓越的中频电磁感应加热设备、工艺和服务，为客户高品质产品的加热提供了坚实的基础和保障。