In der Produktion vonEdelstahlrohreDabei wird zunächst ein flaches Stahlband geformt, das dann zu einem runden Rohr geformt wird.Nach der Formung müssen die Rohrnähte miteinander verschweißt werden.Diese Schweißnaht hat großen Einfluss auf die Formbarkeit des Teils.Daher ist die Wahl der richtigen Schweißtechnik äußerst wichtig, um ein Schweißprofil zu erhalten, das den strengen Prüfanforderungen in der Fertigungsindustrie gerecht wird.Zweifellos wurden bei der Herstellung von Edelstahlrohren jeweils das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW), das Hochfrequenzschweißen (HF) und das Laserschweißen eingesetzt.
Hochfrequenz-Induktionsschweißen
Beim Hochfrequenz-Kontaktschweißen und Hochfrequenz-Induktionsschweißen sind die Geräte, die den Strom liefern, und die Geräte, die die Extrusionskraft bereitstellen, unabhängig voneinander.Darüber hinaus kann bei beiden Methoden ein Stabmagnet verwendet werden, bei dem es sich um ein weichmagnetisches Element im Inneren des Rohrkörpers handelt, das dazu beiträgt, den Schweißfluss am Rand des Bandes zu fokussieren.In beiden Fällen wird das Band geschnitten und gereinigt, bevor es aufgerollt und zur Schweißstelle geschickt wird.Darüber hinaus wird Kühlmittel zur Kühlung der im Heizprozess verwendeten Induktionsspulen verwendet.Schließlich wird im Extrusionsprozess etwas Kühlmittel verwendet.Dabei wird viel Kraft auf die Quetschrolle ausgeübt, um eine Porosität im Schweißbereich zu vermeiden;Allerdings führt die Anwendung einer höheren Presskraft zu einer stärkeren Bildung von Graten (oder Schweißperlen).Daher werden speziell entwickelte Messer verwendet, um die Innen- und Außenseite des Rohrs zu entgraten.
Der Hauptvorteil des Hochfrequenzschweißverfahrens besteht darin, dass es eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Stahlrohren ermöglicht.Allerdings können Hochfrequenz-Schweißverbindungen, wie es bei den meisten Festphasenschmiedeteilen üblich ist, mit herkömmlichen zerstörungsfreien Techniken (NDT) nicht zuverlässig geprüft werden.Schweißrisse können in flachen, dünnen Bereichen von Verbindungen mit geringer Festigkeit auftreten, die mit herkömmlichen Methoden nicht erkannt werden können und bei einigen anspruchsvollen Automobilanwendungen möglicherweise nicht zuverlässig sind.
Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW)
Traditionell haben sich Rohrhersteller dafür entschieden, den Schweißprozess durch das Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) abzuschließen.GTAW erzeugt einen Schweißlichtbogen zwischen zwei nicht verbrauchbaren Wolframelektroden.Gleichzeitig wird vom Brenner ein inertes Schutzgas eingeleitet, um die Elektroden abzuschirmen, einen ionisierten Plasmastrom zu erzeugen und das geschmolzene Schweißbad zu schützen.Dies ist ein etablierter und verstandener Prozess, der wiederholbare Schweißnähte von hoher Qualität erzeugt.Die Vorteile dieses Prozesses sind Wiederholgenauigkeit, spritzerfreies Schweißen und die Beseitigung von Porosität.GTAW gilt als elektrischer Leitungsprozess und ist daher relativ langsam.
Hochfrequenz-Lichtbogenimpuls
In den letzten Jahren ermöglichen GTAW-Schweißstromquellen, auch Hochgeschwindigkeitsschalter genannt, Lichtbogenimpulse über 10.000 Hz.Kunden in Stahlrohrverarbeitungsbetrieben profitieren von dieser neuen Technologie, bei der hochfrequente Lichtbogenimpulse im Vergleich zum herkömmlichen WIG-Schweißen zu einem fünfmal höheren Lichtbogendruck führen.Zu den typischen Verbesserungen gehören eine erhöhte Berstfestigkeit, schnellere Schweißnahtgeschwindigkeiten und weniger Ausschuss.Kunden von Stahlrohrherstellern stellten schnell fest, dass das durch dieses Schweißverfahren erzielte Schweißnahtprofil reduziert werden musste.Zudem ist die Schweißgeschwindigkeit noch relativ langsam.
Laserschweißen
Bei allen Anwendungen zum Schweißen von Stahlrohren werden die Kanten des Stahlbandes aufgeschmolzen und verfestigt, wenn die Stahlrohrkanten mithilfe von Spannklammern zusammengepresst werden.Die einzigartige Eigenschaft des Laserschweißens ist jedoch seine hohe Energiestrahldichte.Der Laserstrahl schmilzt nicht nur die Oberflächenschicht des Materials, sondern erzeugt auch ein Schlüsselloch, was zu einem schmalen Schweißnahtprofil führt.Leistungsdichten unter 1 MW/cm2, wie etwa die GTAW-Technologie, erzeugen keine ausreichende Energiedichte, um Schlüssellöcher zu erzeugen.Somit führt das schlüssellochfreie Verfahren zu einem breiten und flachen Schweißnahtprofil.Die hohe Präzision des Laserschweißens führt zu einer effizienteren Eindringung, was wiederum das Kornwachstum reduziert und zu einer besseren metallografischen Qualität führt;Andererseits führen der höhere Wärmeenergieeintrag und der langsamere Abkühlungsprozess von GTAW zu einer rauen Schweißkonstruktion.
Im Allgemeinen geht man davon aus, dass der Laserschweißprozess schneller ist als der WIG-Schweißprozess, die gleiche Ausschussrate aufweist und ersterer zu besseren metallografischen Eigenschaften führt, was zu einer höheren Berstfestigkeit und einer höheren Formbarkeit führt.Im Vergleich zum Hochfrequenzschweißen verarbeitet der Laser Materialien ohne Oxidation, was zu geringeren Ausschussraten und einer höheren Umformbarkeit führt.Einfluss der Punktgröße: Beim Schweißen von Edelstahlrohrfabriken wird die Schweißtiefe durch die Dicke des Stahlrohrs bestimmt.Das Produktionsziel besteht daher darin, die Formbarkeit durch Reduzierung der Schweißnahtbreite zu verbessern und gleichzeitig höhere Geschwindigkeiten zu erreichen.Bei der Auswahl des am besten geeigneten Lasers muss nicht nur die Strahlqualität berücksichtigt werden, sondern auch die Genauigkeit der Mühle.Bevor der Maßfehler des Rohrwerks eine Rolle spielen kann, muss außerdem zunächst die Einschränkung der Reduzierung des Lichtflecks berücksichtigt werden.
Beim Schweißen von Stahlrohren gibt es zahlreiche Maßprobleme. Der Hauptfaktor beim Schweißen ist jedoch die Naht am Schweißkasten (genauer gesagt die Schweißspule).Sobald das Band zum Schweißen geformt wurde, umfassen die Schweißeigenschaften Bandlücken, starke/leichte Fehlausrichtung der Schweißnaht und Abweichungen in der Mittellinie der Schweißnaht.Der Spalt bestimmt, wie viel Material zur Bildung des Schweißbades verwendet wird.Zu viel Druck führt zu überschüssigem Material an der Oberseite oder am Innendurchmesser des Rohrs.Andererseits kann eine starke oder geringfügige Fehlausrichtung der Schweißnaht zu einem schlechten Schweißprofil führen.Darüber hinaus wird das Stahlrohr nach dem Durchlaufen der Schweißbox weiter besäumt.Dazu gehören Größenanpassungen und Formanpassungen.Andererseits können durch zusätzliche Arbeit einige größere/kleinere Schweißfehler beseitigt werden, aber wahrscheinlich nicht alle.Selbstverständlich wollen wir Null-Fehler erreichen.Als allgemeine Faustregel gilt, dass Schweißfehler fünf Prozent der Materialstärke nicht überschreiten sollten.Eine Überschreitung dieses Wertes beeinträchtigt die Festigkeit des geschweißten Produkts.
Schließlich ist das Vorhandensein einer Schweißmittellinie wichtig für die Herstellung hochwertiger Edelstahlrohre.In direktem Zusammenhang mit der zunehmenden Konzentration auf die Formbarkeit im Automobilmarkt steht der Bedarf an kleineren Wärmeeinflusszonen (HAZ) und reduzierten Schweißprofilen.Dies wiederum fördert die Entwicklung der Lasertechnologie, d. h. die Verbesserung der Strahlqualität zur Reduzierung der Punktgröße.Da die Punktgröße immer weiter abnimmt, müssen wir der Genauigkeit des Scannens der Nahtmittellinie mehr Aufmerksamkeit schenken.Im Allgemeinen werden Stahlrohrhersteller versuchen, diese Abweichung so weit wie möglich zu reduzieren, aber in der Praxis ist es sehr schwierig, eine Abweichung von 0,2 mm (0,008 Zoll) zu erreichen.
Dies macht den Einsatz eines Nahtverfolgungssystems erforderlich.Die beiden gebräuchlichsten Trackingtechniken sind das mechanische Scannen und das Laserscannen.Einerseits kontaktieren mechanische Systeme Sonden mit dem Schweißbad vor der Naht, wo sie staubig, abrasiv und vibrierend werden.Die Genauigkeit dieser Systeme beträgt 0,25 mm (0,01 Zoll), was für Laserschweißen mit hoher Strahlqualität nicht präzise genug ist.Mit der Laser-Nahtverfolgung kann hingegen die erforderliche Präzision erreicht werden.Im Allgemeinen werden Laserlicht oder Laserpunkte auf die Oberfläche der Schweißnaht projiziert und das resultierende Bild an eine CMOS-Kamera zurückgegeben, die mithilfe von Algorithmen die Position von Schweißnähten, Fehlverbindungen und Lücken bestimmt.Während die Abbildungsgeschwindigkeit wichtig ist, muss ein Laser-Nahtverfolgungsgerät über eine Steuerung verfügen, die schnell genug ist, um die Position der Schweißnaht genau zu erfassen und gleichzeitig die erforderliche Regelung im geschlossenen Regelkreis bereitzustellen, um den Laserfokuskopf direkt über die Naht zu bewegen.Daher ist die Genauigkeit der Nahtverfolgung wichtig, aber auch die Reaktionszeit.
Im Allgemeinen hat sich die Nahtverfolgungstechnologie so weit entwickelt, dass Stahlrohrhersteller auch hochwertigere Laserstrahlen verwenden können, um besser formbare Edelstahlrohre herzustellen.Daher hat das Laserschweißen einen Platz gefunden, wo es zur Reduzierung der Porosität der Schweißnaht und zur Reduzierung des Schweißprofils bei gleichzeitiger Beibehaltung oder Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit eingesetzt wird.Lasersysteme wie diffusionsgekühlte Slab-Laser haben eine verbesserte Strahlqualität und eine weitere Verbesserung der Formbarkeit durch Reduzierung der Schweißnahtbreite.Diese Entwicklung hat dazu geführt, dass in Stahlrohrwerken eine strengere Maßkontrolle und Laser-Nahtverfolgung erforderlich ist.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 02.12.2022