Os avanços no processamento de materiais trouxeram oportunidades únicas na área de produção de tubos de aço inoxidável.As aplicações típicas incluem tubos de escape, tubos de combustível, injetores de combustível e outros componentes.Na produção de tubos de aço inoxidável, primeiro é formada uma tira de aço plana e, em seguida, seu formato é transformado em um tubo redondo.Depois de formadas, as costuras dos tubos devem ser soldadas.Esta solda afeta muito a conformabilidade da peça.Portanto, é extremamente importante selecionar a técnica de soldagem apropriada para obter um perfil de soldagem que possa atender aos rigorosos requisitos de testes da indústria de manufatura.Não há dúvida de que a soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW), a soldagem de alta frequência (HF) e a soldagem a laser têm sido aplicadas na fabricação de tubos de aço inoxidável.
Soldagem por indução de alta frequência
Na soldagem por contato de alta frequência e na soldagem por indução de alta frequência, o equipamento que fornece a corrente e o equipamento que fornece a força de pressão são independentes um do outro.Além disso, ambos os métodos podem utilizar barras magnéticas, que são elementos magnéticos macios colocados dentro do corpo do tubo, que ajudam a concentrar o fluxo de soldagem na borda da tira.
Em ambos os casos, a tira é cortada e limpa, enrolada e enviada ao ponto de soldagem.Além disso, um refrigerante é usado para resfriar as bobinas de indução utilizadas no processo de aquecimento.Finalmente, algum líquido refrigerante será usado para o processo de extrusão.Aqui, muita força é aplicada à polia de aperto para evitar a criação de porosidade na área de solda;entretanto, usar uma força de compressão maior resultará em aumento de rebarbas (ou cordões de solda).Portanto, facas especialmente projetadas são usadas para rebarbar o interior e o exterior do tubo.
A principal vantagem do processo de soldagem de alta frequência é que ele permite a usinagem de tubos de aço em alta velocidade.No entanto, como é típico na maioria das juntas forjadas em fase sólida, as juntas soldadas de alta frequência não são facilmente testadas de forma confiável usando técnicas não destrutivas convencionais (NDT).Trincas de solda podem ocorrer em áreas planas e finas de juntas de baixa resistência que não podem ser detectadas usando métodos tradicionais e podem não ter confiabilidade em algumas aplicações automotivas exigentes.
Soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW)
Tradicionalmente, os fabricantes de tubos de aço optam pela soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW) para completar o processo de soldagem.GTAW cria um arco elétrico entre dois eletrodos de tungstênio não consumíveis.Ao mesmo tempo, um gás de proteção inerte é introduzido na tocha para proteger os eletrodos, gerar um fluxo de plasma ionizado e proteger a poça de fusão fundida.Este é um processo estabelecido e compreendido que resultará em um processo de soldagem repetível e de alta qualidade.
As vantagens deste processo são a repetibilidade, a soldagem sem respingos e a eliminação de porosidade.GTAW é considerado um processo de condução elétrica, portanto, relativamente falando, o processo é relativamente lento.
Pulso de arco de alta frequência
Nos últimos anos, as fontes de energia de soldagem GTAW, também conhecidas como chaves de alta velocidade, permitiram pulsos de arco acima de 10.000 Hz.Os clientes da planta de processamento de tubos de aço se beneficiam desta nova tecnologia, o pulso de arco de alta frequência causa a pressão descendente do arco que é cinco vezes maior que a do GTAW convencional.Melhorias representativas incluem maior resistência ao rompimento, velocidades mais rápidas da linha de solda e redução de refugos.
O cliente do fabricante de tubos de aço descobriu rapidamente que o perfil de solda obtido por este processo de soldagem precisava ser reduzido.Além disso, a velocidade de soldagem ainda é relativamente lenta.
Soldagem a laser
Em todas as aplicações de soldagem de tubos de aço, as bordas da tira de aço são derretidas e solidificadas quando as bordas do tubo de aço são comprimidas usando suportes de fixação.No entanto, uma propriedade única da soldagem a laser é a alta densidade do feixe de energia.O feixe de laser não apenas derreteu a camada superficial do material, mas também criou um buraco de fechadura para que o perfil da solda ficasse muito estreito.Densidades de potência abaixo de 1 MW/cm2, como a tecnologia GTAW, não produzem densidade de energia suficiente para produzir buracos de fechadura.Desta forma, o processo sem buracos resulta em um perfil de solda amplo e raso.A alta precisão da soldagem a laser leva a uma penetração mais eficiente, o que por sua vez reduz o crescimento de grãos e leva a uma melhor qualidade metalográfica;por outro lado, a maior entrada de energia térmica e o processo de resfriamento mais lento do GTAW levam a uma construção soldada áspera.
De modo geral, o processo de soldagem a laser é considerado mais rápido que o GTAW, possui o mesmo índice de refugo e o primeiro traz melhores propriedades metalográficas, o que leva a maior resistência ao rompimento e maior conformabilidade.Quando comparada à soldagem de alta frequência, nenhuma oxidação ocorre durante o processamento do material a laser, o que resulta em menores taxas de refugo e maior conformabilidade.Influência do tamanho do ponto: Na soldagem de fábricas de tubos de aço inoxidável, a profundidade da soldagem é determinada pela espessura do tubo de aço.Desta forma, o objetivo da produção é aumentar a conformabilidade reduzindo a largura da solda, ao mesmo tempo em que atinge velocidades mais altas.Ao escolher o laser mais adequado, não se deve considerar apenas a qualidade do feixe, mas também a precisão da fresadora.Além disso, as limitações da redução da mancha devem ser consideradas antes que o erro dimensional do moinho de tubos possa entrar em ação.
Existem muitos problemas dimensionais específicos da soldagem de tubos de aço, porém, o principal fator que afeta a soldagem é a costura na caixa soldada (mais especificamente, a bobina soldada).Uma vez formada a tira e pronta para soldagem, as características da solda incluem folga na tira, desalinhamento grave/leve da solda e alterações na linha central da solda.A lacuna determina quanto material é usado para formar a poça de fusão.Muita pressão resultará em excesso de material na parte superior ou no diâmetro interno do tubo.Por outro lado, um desalinhamento grave ou leve da solda pode resultar em um perfil de solda ruim.Além disso, após passar pela caixa soldada, o tubo de aço será ainda mais aparado.Isso inclui ajuste de tamanho e ajuste de forma (forma).Por outro lado, o trabalho extra pode remover alguns defeitos de solda graves/menores, mas provavelmente não todos.Claro, queremos atingir zero defeitos.Como regra geral, os defeitos de solda não devem exceder cinco por cento da espessura do material.Exceder este valor afetará a resistência do produto soldado.
Finalmente, a presença de uma linha central de solda é importante para a produção de tubos de aço inoxidável de alta qualidade.Com a crescente ênfase na conformabilidade no mercado automotivo, há uma correlação direta entre a necessidade de uma zona afetada pelo calor (HAZ) menor e um perfil de solda reduzido.Isto, por sua vez, levou a avanços na tecnologia laser que melhoram a qualidade do feixe para reduzir o tamanho do ponto.À medida que o tamanho do ponto continua a diminuir, precisamos prestar mais atenção à precisão da digitalização da linha central da costura.De modo geral, os fabricantes de tubos de aço tentarão reduzir esse desvio tanto quanto possível, mas na prática é muito difícil conseguir um desvio de 0,2 mm (0,008 polegadas).Isso traz a necessidade de usar um sistema de rastreamento de costura.As duas técnicas de rastreamento mais comuns são a varredura mecânica e a varredura a laser.Por um lado, os sistemas mecânicos utilizam sondas para entrar em contato com a costura a montante da poça de fusão, que está sujeita a poeira, desgaste e vibração.A precisão desses sistemas é de 0,25 mm (0,01 polegadas), o que não é preciso o suficiente para soldagem a laser de alta qualidade de feixe.
Por outro lado, o rastreamento de costura a laser pode atingir a precisão necessária.Normalmente, um feixe de laser ou ponto de laser é projetado na superfície da solda e a imagem resultante é enviada de volta para uma câmera CMOS, que usa algoritmos para determinar a localização de soldas, juntas incorretas e lacunas.Embora a velocidade da imagem seja importante, os rastreadores de costura a laser devem ter um controlador rápido o suficiente para compilar com precisão a posição da solda, ao mesmo tempo que fornece o controle de circuito fechado necessário para mover a cabeça de foco do laser diretamente sobre a costura.Portanto, a precisão do rastreamento da costura é importante, assim como o tempo de resposta.
Em geral, a tecnologia de rastreamento de costura está suficientemente desenvolvida para permitir também que os fabricantes de tubos de aço utilizem feixes de laser de maior qualidade para produzir tubos de aço inoxidável com melhor formação.Como resultado, a soldagem a laser encontrou um lugar para reduzir a porosidade e o perfil da solda, mantendo ou aumentando a velocidade de soldagem.Os sistemas de laser, como os lasers de placas resfriados por difusão, melhoraram a qualidade do feixe, melhorando ainda mais a conformabilidade ao reduzir a largura da solda.Este desenvolvimento levou à necessidade de um controle dimensional mais rígido e rastreamento de costura a laser em fábricas de tubos de aço.
Horário da postagem: 29 de agosto de 2022