Достижения в области обработки материалов открыли уникальные возможности в области производства труб из нержавеющей стали.Типичные области применения включают выхлопные трубы, топливные трубки, топливные форсунки и другие компоненты.При производстве труб из нержавеющей стали сначала формуют плоскую стальную полосу, а затем ей придают форму круглой трубы.После формирования швы трубок необходимо сварить между собой.Этот сварной шов существенно влияет на формуемость детали.Поэтому чрезвычайно важно выбрать подходящую технологию сварки, чтобы получить сварочный профиль, отвечающий строгим требованиям испытаний в обрабатывающей промышленности.Нет сомнений в том, что при производстве труб из нержавеющей стали применялись газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW), высокочастотная (ВЧ) сварка и лазерная сварка.
Высокочастотная индукционная сварка
При контактной высокочастотной сварке и высокочастотной индукционной сварке оборудование, обеспечивающее ток, и оборудование, обеспечивающее прижимную силу, независимы друг от друга.Кроме того, в обоих методах можно использовать стержневые магниты — магнитомягкие элементы, размещенные внутри корпуса трубы, которые помогают концентрировать сварочный поток на краю полосы.
В обоих случаях полосу разрезают, зачищают, сворачивают и отправляют к месту сварки.Кроме того, охлаждающая жидкость используется для охлаждения индукционных катушек, используемых в процессе нагрева.Наконец, для процесса экструзии будет использоваться некоторое количество охлаждающей жидкости.Здесь к нажимному шкиву прикладывается большое усилие, чтобы избежать образования пористости в области сварного шва;однако использование более высокой силы сжатия приведет к увеличению заусенцев (или сварных швов).Поэтому для удаления заусенцев внутри и снаружи трубы используются специально разработанные ножи.
Основным преимуществом процесса высокочастотной сварки является то, что он обеспечивает высокоскоростную обработку стальных труб.Однако, как это типично для большинства твердофазных ковочных соединений, высокочастотные сварные соединения нелегко проверить с помощью традиционных неразрушающих методов (NDT).Трещины в сварных швах могут возникать на плоских тонких участках низкопрочных соединений, которые невозможно обнаружить традиционными методами и которые могут оказаться недостаточно надежными в некоторых требовательных автомобильных приложениях.
Газо-вольфрамовая дуговая сварка (GTAW)
Традиционно производители стальных труб для завершения процесса сварки выбирают газовую вольфрамовую дуговую сварку (GTAW).GTAW создает электрическую дугу между двумя неплавящимися вольфрамовыми электродами.В то же время из горелки подается инертный защитный газ для защиты электродов, создания потока ионизированной плазмы и защиты расплавленной сварочной ванны.Это устоявшийся и понятный процесс, результатом которого является воспроизводимый высококачественный процесс сварки.
Преимуществами этого процесса являются повторяемость, сварка без брызг и устранение пористости.GTAW считается процессом электропроводности, поэтому, условно говоря, этот процесс относительно медленный.
Высокочастотный дуговой импульс
В последние годы источники сварочного тока GTAW, также известные как высокоскоростные переключатели, обеспечивают импульсы дуги более 10 000 Гц.Клиенты завода по обработке стальных труб получают выгоду от этой новой технологии: высокочастотный импульс дуги создает давление прижима дуги, которое в пять раз превышает давление обычной GTAW.Характерные улучшения включают повышенную прочность на разрыв, более высокую скорость линии сварки и уменьшение количества отходов.
Клиент производителя стальных труб быстро обнаружил, что профиль сварного шва, полученный в результате этого процесса сварки, необходимо уменьшить.Кроме того, скорость сварки все еще относительно низкая.
Лазерная сварка
Во всех случаях сварки стальных труб края стальной полосы плавятся и затвердевают, когда края стальной трубы сжимаются вместе с помощью зажимных скоб.Однако уникальным свойством лазерной сварки является высокая плотность энергетического луча.Лазерный луч не только расплавил поверхностный слой материала, но и создал замочную скважину, благодаря чему профиль сварного шва стал очень узким.Плотность мощности ниже 1 МВт/см2, такая как технология GTAW, не обеспечивает достаточную плотность энергии для образования замочных скважин.Таким образом, процесс без замочной скважины приводит к получению широкого и мелкого профиля сварного шва.Высокая точность лазерной сварки приводит к более эффективному провару, что, в свою очередь, уменьшает рост зерна и приводит к улучшению металлографического качества;с другой стороны, более высокое потребление тепловой энергии и более медленный процесс охлаждения GTAW приводят к грубосварной конструкции.
Вообще говоря, процесс лазерной сварки считается более быстрым, чем GTAW, у них такой же процент брака, а первый обеспечивает лучшие металлографические свойства, что приводит к более высокой прочности на разрыв и более высокой формуемости.По сравнению с высокочастотной сваркой при лазерной обработке материала не происходит окисления, что приводит к снижению процента брака и повышению формуемости.Влияние размера пятна: при сварке труб из нержавеющей стали глубина сварки определяется толщиной стальной трубы.Таким образом, производственной целью является повышение формуемости за счет уменьшения ширины сварного шва при одновременном достижении более высоких скоростей.При выборе наиболее подходящего лазера необходимо учитывать не только качество луча, но и точность фрезерования.Кроме того, необходимо учитывать ограничения по уменьшению пятна, прежде чем возникнет погрешность размеров трубопрокатного стана.
Существует множество проблем с размерами, характерных для сварки стальных труб, однако основным фактором, влияющим на сварку, является шов сварной коробки (точнее, свариваемого рулона).После того как полоса сформирована и готова к сварке, характеристики сварного шва включают зазор полосы, сильное/небольшое смещение сварного шва и изменения осевой линии сварного шва.Зазор определяет, сколько материала используется для формирования сварочной ванны.Слишком большое давление приведет к избыточному материалу в верхней или внутренней части трубы.С другой стороны, сильное или незначительное смещение сварного шва может привести к ухудшению профиля сварного шва.Кроме того, после прохождения сварной коробки стальная труба будет подвергаться дальнейшей обрезке.Сюда входит регулировка размера и регулировка формы (формы).С другой стороны, дополнительная работа может устранить некоторые серьезные/незначительные дефекты пайки, но, вероятно, не все из них.Конечно, мы хотим добиться отсутствия дефектов.Как правило, дефекты сварного шва не должны превышать пяти процентов толщины материала.Превышение этого значения повлияет на прочность сварного изделия.
Наконец, наличие осевой линии сварного шва важно для производства высококачественных труб из нержавеющей стали.С растущим акцентом на формуемость на автомобильном рынке существует прямая корреляция между потребностью в меньшей зоне термического влияния (ЗТВ) и уменьшенным профилем сварного шва.Это, в свою очередь, привело к развитию лазерных технологий, которые улучшают качество луча и уменьшают размер пятна.Поскольку размер пятна продолжает уменьшаться, нам необходимо уделять больше внимания точности сканирования центральной линии шва.Вообще говоря, производители стальных труб стараются максимально уменьшить это отклонение, но на практике добиться отклонения в 0,2 мм (0,008 дюйма) очень сложно.Это приводит к необходимости использования системы отслеживания швов.Двумя наиболее распространенными методами отслеживания являются механическое сканирование и лазерное сканирование.С одной стороны, в механических системах используются датчики для контакта со швом перед сварочной ванной, который подвержен пыли, износу и вибрации.Точность этих систем составляет 0,25 мм (0,01 дюйма), что недостаточно для лазерной сварки с высоким качеством луча.
С другой стороны, лазерное отслеживание швов позволяет достичь необходимой точности.Обычно лазерный луч или лазерное пятно проецируется на поверхность сварного шва, а полученное изображение передается обратно на CMOS-камеру, которая использует алгоритмы для определения местоположения сварных швов, неправильных соединений и зазоров.Хотя скорость визуализации важна, лазерные устройства отслеживания швов должны иметь достаточно быстрый контроллер, чтобы точно определять положение сварного шва, обеспечивая при этом необходимое управление с обратной связью для перемещения лазерной фокусирующей головки непосредственно над швом.Поэтому важна точность отслеживания шва, а также время отклика.
В целом, технология отслеживания швов достаточно развита, чтобы позволить производителям стальных труб использовать лазерные лучи более высокого качества для производства труб из нержавеющей стали, которые лучше формуются.В результате лазерная сварка нашла применение для уменьшения пористости сварного шва и уменьшения профиля сварного шва при сохранении или увеличении скорости сварки.Лазерные системы, такие как слябовые лазеры с диффузионным охлаждением, улучшают качество луча, что еще больше улучшает формуемость за счет уменьшения ширины сварного шва.Это развитие привело к необходимости более строгого контроля размеров и лазерного отслеживания швов на заводах по производству стальных труб.
Время публикации: 29 августа 2022 г.