I progressi nella lavorazione dei materiali hanno offerto opportunità uniche nel campo della produzione di tubi in acciaio inossidabile.Le applicazioni tipiche includono tubi di scarico, tubi del carburante, iniettori di carburante e altri componenti.Nella produzione di tubi in acciaio inossidabile, viene prima formato un nastro piatto di acciaio e poi la sua forma viene trasformata in un tubo tondo.Una volta formate, le giunture dei tubi devono essere saldate insieme.Questa saldatura influisce notevolmente sulla formabilità della parte.Pertanto, è estremamente importante selezionare la tecnica di saldatura appropriata per ottenere un profilo di saldatura in grado di soddisfare i severi requisiti di prova dell'industria manifatturiera.Non vi è dubbio che la saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW), la saldatura ad alta frequenza (HF) e la saldatura laser siano state applicate nella produzione di tubi in acciaio inossidabile.
Saldatura ad induzione ad alta frequenza
Nella saldatura a contatto ad alta frequenza e nella saldatura a induzione ad alta frequenza, l'attrezzatura che fornisce la corrente e l'attrezzatura che fornisce la forza di pressione sono indipendenti l'una dall'altra.Inoltre, entrambi i metodi possono utilizzare barre magnetiche, ovvero elementi magnetici morbidi posti all'interno del corpo del tubo, che aiutano a concentrare il flusso di saldatura sul bordo della striscia.
In entrambi i casi il nastro viene tagliato e pulito, arrotolato e inviato al punto di saldatura.Inoltre, viene utilizzato un liquido refrigerante per raffreddare le bobine di induzione utilizzate nel processo di riscaldamento.Infine, per il processo di estrusione verrà utilizzato del liquido refrigerante.Qui viene applicata molta forza alla puleggia di compressione per evitare di creare porosità nella zona di saldatura;tuttavia, l'utilizzo di una forza di compressione maggiore comporterà un aumento delle bave (o dei cordoni di saldatura).Pertanto, per sbavare l'interno e l'esterno del tubo vengono utilizzati coltelli appositamente progettati.
Il vantaggio principale del processo di saldatura ad alta frequenza è che consente la lavorazione ad alta velocità di tubi di acciaio.Tuttavia, come è tipico nella maggior parte dei giunti di forgiatura in fase solida, i giunti saldati ad alta frequenza non possono essere facilmente testati in modo affidabile utilizzando tecniche non distruttive convenzionali (NDT).Le cricche di saldatura possono verificarsi in aree piatte e sottili di giunti a bassa resistenza che non possono essere rilevate utilizzando i metodi tradizionali e potrebbero non essere affidabili in alcune applicazioni automobilistiche impegnative.
Saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW)
Tradizionalmente, i produttori di tubi in acciaio hanno optato per la saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW) per completare il processo di saldatura.GTAW crea un arco elettrico tra due elettrodi di tungsteno non consumabili.Allo stesso tempo, un gas di protezione inerte viene introdotto dalla torcia per schermare gli elettrodi, generare un flusso di plasma ionizzato e proteggere il bagno di saldatura fuso.Si tratta di un processo consolidato e compreso che si tradurrà in un processo di saldatura ripetibile di alta qualità.
I vantaggi di questo processo sono la ripetibilità, la saldatura senza spruzzi e l'eliminazione della porosità.GTAW è considerato un processo di conduzione elettrica, quindi, relativamente parlando, il processo è relativamente lento.
Impulso dell'arco ad alta frequenza
Negli ultimi anni, i generatori di saldatura GTAW, noti anche come interruttori ad alta velocità, hanno consentito impulsi dell'arco superiori a 10.000 Hz.I clienti dell'impianto di lavorazione dei tubi di acciaio beneficiano di questa nuova tecnologia, l'impulso dell'arco ad alta frequenza provoca una pressione dell'arco che è cinque volte maggiore di quella del GTAW convenzionale.I miglioramenti rappresentativi includono una maggiore resistenza allo scoppio, velocità della linea di saldatura più elevate e riduzione degli scarti.
Il cliente del produttore di tubi in acciaio ha subito scoperto che il profilo di saldatura ottenuto con questo processo di saldatura doveva essere ridotto.Inoltre, la velocità di saldatura è ancora relativamente lenta.
Saldatura laser
In tutte le applicazioni di saldatura di tubi in acciaio, i bordi del nastro di acciaio vengono fusi e solidificati quando i bordi del tubo di acciaio vengono schiacciati insieme utilizzando staffe di bloccaggio.Tuttavia, una proprietà unica della saldatura laser è l’elevata densità del raggio energetico.Il raggio laser non solo ha fuso lo strato superficiale del materiale, ma ha anche creato un buco della serratura in modo che il profilo di saldatura sia molto stretto.Densità di potenza inferiori a 1 MW/cm2, come la tecnologia GTAW, non producono densità di energia sufficiente per creare buchi di serratura.In questo modo, il processo senza foro di serratura si traduce in un profilo di saldatura ampio e poco profondo.L'elevata precisione della saldatura laser porta ad una penetrazione più efficiente, che a sua volta riduce la crescita del grano e porta ad una migliore qualità metallografica;d'altro canto, il maggiore apporto di energia termica e il processo di raffreddamento più lento del GTAW portano a una costruzione saldata grossolanamente.
In generale, il processo di saldatura laser è considerato più veloce del GTAW, ha lo stesso tasso di scarto e il primo offre migliori proprietà metallografiche, che portano a una maggiore resistenza allo scoppio e una maggiore formabilità.Rispetto alla saldatura ad alta frequenza, durante la lavorazione laser del materiale non si verifica alcuna ossidazione, il che si traduce in tassi di scarto inferiori e maggiore formabilità.Influenza della dimensione del punto: nella saldatura di fabbriche di tubi in acciaio inossidabile, la profondità di saldatura è determinata dallo spessore del tubo in acciaio.In questo modo, l'obiettivo della produzione è aumentare la formabilità riducendo la larghezza della saldatura, ottenendo velocità più elevate.Nella scelta del laser più adatto non bisogna considerare solo la qualità del raggio, ma anche la precisione della fresa.Inoltre, prima che possa entrare in gioco l'errore dimensionale del laminatoio tubi, è necessario considerare i limiti legati alla riduzione del punto.
Esistono molti problemi dimensionali specifici della saldatura di tubi in acciaio, tuttavia, il fattore principale che influenza la saldatura è la giuntura sulla scatola saldata (più specificamente, la bobina saldata).Una volta che la striscia è formata e pronta per la saldatura, le caratteristiche della saldatura includono interstizio tra la striscia, disallineamento grave/leggero della saldatura e modifiche dell'asse centrale della saldatura.Lo spazio determina la quantità di materiale utilizzato per formare il bagno di saldatura.Una pressione eccessiva provocherà un eccesso di materiale nella parte superiore o nel diametro interno del tubo.D’altro canto, un disallineamento grave o lieve della saldatura può comportare un profilo di saldatura inadeguato.Inoltre, dopo aver attraversato la scatola saldata, il tubo d'acciaio verrà ulteriormente rifilato.Ciò include la regolazione delle dimensioni e la regolazione della forma (forma).D'altra parte, il lavoro extra può rimuovere alcuni difetti di saldatura gravi/minori, ma probabilmente non tutti.Naturalmente, vogliamo raggiungere zero difetti.Come regola generale, i difetti di saldatura non dovrebbero superare il 5% dello spessore del materiale.Il superamento di questo valore influirà sulla resistenza del prodotto saldato.
Infine, la presenza di una linea centrale di saldatura è importante per la produzione di tubi in acciaio inossidabile di alta qualità.Con la crescente enfasi sulla formabilità nel mercato automobilistico, esiste una correlazione diretta tra la necessità di una zona termicamente alterata (HAZ) più piccola e un profilo di saldatura ridotto.Ciò, a sua volta, ha portato a progressi nella tecnologia laser che migliorano la qualità del raggio per ridurre le dimensioni dello spot.Poiché la dimensione del punto continua a ridursi, è necessario prestare maggiore attenzione alla precisione della scansione della linea centrale della giunzione.In generale, i produttori di tubi in acciaio cercheranno di ridurre il più possibile questa deviazione, ma in pratica è molto difficile ottenere una deviazione di 0,2 mm (0,008 pollici).Ciò comporta la necessità di utilizzare un sistema di tracciamento delle cuciture.Le due tecniche di tracciamento più comuni sono la scansione meccanica e la scansione laser.Da un lato, i sistemi meccanici utilizzano sonde per contattare il cordone a monte del bagno di saldatura, che è soggetto a polvere, usura e vibrazioni.La precisione di questi sistemi è di 0,25 mm (0,01 pollici), che non è sufficientemente precisa per una saldatura laser di qualità ad alto raggio.
D'altro canto, il tracciamento laser delle giunture può raggiungere la precisione richiesta.In genere, un raggio laser o un punto laser viene proiettato sulla superficie della saldatura e l'immagine risultante viene restituita a una fotocamera CMOS, che utilizza algoritmi per determinare la posizione di saldature, giunzioni errate e spazi vuoti.Sebbene la velocità dell'immagine sia importante, i tracciatori laser della giuntura devono disporre di un controller sufficientemente veloce per compilare con precisione la posizione della saldatura fornendo al tempo stesso il controllo a circuito chiuso necessario per spostare la testa di messa a fuoco del laser direttamente sopra la giuntura.Pertanto, la precisione del tracciamento della giunzione è importante, così come lo è il tempo di risposta.
In generale, la tecnologia di tracciamento delle giunzioni è sufficientemente sviluppata da consentire anche ai produttori di tubi in acciaio di utilizzare raggi laser di qualità superiore per produrre tubi in acciaio inossidabile meglio formabili.Di conseguenza, la saldatura laser ha trovato un modo per ridurre la porosità della saldatura e ridurre il profilo di saldatura mantenendo o aumentando la velocità di saldatura.I sistemi laser, come i laser per lastre raffreddati per diffusione, hanno migliorato la qualità del raggio, migliorando ulteriormente la formabilità riducendo la larghezza della saldatura.Questo sviluppo ha portato alla necessità di un controllo dimensionale e di un tracciamento laser delle giunzioni più rigorosi negli impianti di lavorazione dei tubi di acciaio.
Orario di pubblicazione: 29 agosto 2022