В производстветрубы из нержавеющей сталиСначала формуют плоскую стальную полосу, которой затем придают форму круглой трубы.После формирования швы трубы необходимо сварить вместе.Этот сварной шов существенно влияет на формуемость детали.Поэтому выбор правильной технологии сварки чрезвычайно важен для получения профиля сварного шва, который может соответствовать строгим требованиям испытаний в обрабатывающей промышленности.Несомненно, при производстве труб из нержавеющей стали применялись газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW), высокочастотная (HF) сварка и лазерная сварка.
Высокочастотная индукционная сварка
При высокочастотной контактной сварке и высокочастотной индукционной сварке оборудование, обеспечивающее ток, и оборудование, обеспечивающее силу выдавливания, независимы друг от друга.Кроме того, в обоих методах можно использовать стержневой магнит — магнитомягкий элемент, помещенный внутри корпуса трубы, который помогает фокусировать сварочный поток на краю полосы.В обоих случаях полосу разрезают и очищают перед свертыванием и отправкой в точку сварки.Кроме того, охлаждающая жидкость используется для охлаждения индукционных катушек, используемых в процессе нагрева.Наконец, в процессе экструзии будет использоваться некоторое количество охлаждающей жидкости.Здесь к нажимному шкиву прикладывается большое усилие, чтобы избежать образования пористости в области сварного шва;однако использование большей 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 позволяет выполнять высокоскоростную обработку стальных труб.Однако, как это типично для большинства твердофазных поковок, высокочастотные сварные соединения не могут быть надежно проверены с использованием обычных 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 труб предпочитают завершать процесс сварки газовой вольфрамовой дуговой сваркой (GTAW).GTAW создает сварочную 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, позволяющий производить повторяемые высококачественные сварные швы.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 быстродействующие переключатели, допускают импульсы дуги более 10 000 Гц.Клиенты на заводах по обработке стальных труб получают выгоду от этой новой технологии, при которой высокочастотные импульсы дуги приводят к увеличению давления дуги вниз в пять раз по сравнению с традиционной GTAW.Типичные улучшения включают повышенную прочность на разрыв, более высокую скорость линии сварки и уменьшение количества отходов.Клиенты производителей стальных труб быстро обнаружили, что профиль сварного шва, полученный с помощью 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 расплавляет поверхностный слой материала, но и создает «замочную скважину», в результате чего получается узкий профиль сварного шва.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 обеспечивает более эффективное проплавление, что, в свою очередь, уменьшает рост зерна и повышает металлографическое качество;с другой стороны, более высокое потребление тепловой энергии и более медленный процесс охлаждения GTAW приводят к грубосварной конструкции.
Вообще говоря, считается, что процесс лазерной сварки быстрее, чем GTAW, у них одинаковый процент брака, а первый приводит к лучшим металлографическим свойствам, что приводит к более высокой прочности на разрыв и более высокой формуемости.По сравнению с высокочастотной сваркой, лазер обрабатывает материалы без 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, производственная цель состоит в том, чтобы улучшить формуемость за счет уменьшения ширины сварного шва при одновременном достижении более высоких скоростей.При выборе наиболее подходящего лазера следует учитывать не только качество луча, но и точность фрезерования.Кроме того, прежде чем погрешность размеров трубопрокатного стана может сыграть свою роль, сначала необходимо рассмотреть ограничение уменьшения светового пятна.
Существует множество проблем с размерами, характерных для сварки стальных труб, однако основным фактором, влияющим на сварку, является шов сварочной коробки (точнее, сварочной катушки).После того, как полоса сформирована для сварки, характеристики сварного шва включают в себя зазоры между полосами, сильное/небольшое смещение сварного шва и отклонение осевой линии сварного шва.Зазор определяет, сколько материала используется для формирования сварочной ванны.Слишком большое давление приведет к избыточному материалу на 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 сварочной коробки стальная труба будет подвергаться дальнейшей обрезке.Сюда входит корректировка размера и корректировка формы (формы).С другой стороны, дополнительная работа может устранить некоторые крупные/мелкие дефекты сварного шва, но, вероятно, не все.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 напрямую связана потребность в меньших зонах термического влияния (ЗТВ) и уменьшенных профилях сварных швов.В свою очередь, это способствует развитию лазерных технологий, то есть повышению качества луча за счет уменьшения размера пятна.Поскольку размер пятна продолжает уменьшаться, нам необходимо уделять больше внимания точности сканирования осевой 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 вызывает необходимость использования системы отслеживания швов.Двумя наиболее распространенными методами отслеживания являются механическое сканирование и лазерное сканирование.С одной стороны, механические системы используют датчики для контакта со сварочной ванной перед швом, где они пылится, истираются и вибрируют.Точность этих систем составляет 0,25 мм (0,01 дюйма), что недостаточно для высококачественной лазерной сварки.С другой стороны, лазерное отслеживание швов позволяет достичь необходимой точности.Вообще говоря, лазерный свет или лазерные пятна проецируются на поверхность сварного шва, а полученное изображение передается обратно на CMOS-камеру, которая использует алгоритмы для определения местоположения сварных швов, мест соединений и зазоров.Хотя скорость визуализации важна, лазерный трекер шва должен 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 более пластичных труб из нержавеющей стали.Поэтому лазерная сварка нашла место, где ее используют для уменьшения пористости 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: 02 декабря 2022 г.