วิธีกระบวนการเชื่อมท่อสแตนเลส

ความก้าวหน้าในการแปรรูปวัสดุนำมาซึ่งโอกาสพิเศษในด้านการผลิตท่อสแตนเลสการใช้งานทั่วไป ได้แก่ ท่อไอเสีย ท่อน้ำมันเชื้อเพลิง หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง และส่วนประกอบอื่นๆในการผลิตท่อสแตนเลส แถบเหล็กแบนจะเกิดขึ้นก่อน จากนั้นจึงสร้างรูปร่างเป็นท่อกลมเมื่อขึ้นรูปแล้ว จะต้องเชื่อมตะเข็บของท่อเข้าด้วยกันการเชื่อมนี้ส่งผลอย่างมากต่อความสามารถในการขึ้นรูปของชิ้นส่วนดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกเทคนิคการเชื่อมที่เหมาะสมเพื่อให้ได้โปรไฟล์การเชื่อมที่สามารถตอบสนองข้อกำหนดการทดสอบที่เข้มงวดในอุตสาหกรรมการผลิตไม่ต้องสงสัยเลยว่าการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW) การเชื่อมความถี่สูง (HF) และการเชื่อมด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้ในการผลิตท่อสแตนเลส

การเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง
ในการเชื่อมแบบสัมผัสความถี่สูงและการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง อุปกรณ์ที่ให้กระแสและอุปกรณ์ที่ให้แรงกดจะเป็นอิสระจากกันนอกจากนี้ ทั้งสองวิธีสามารถใช้แม่เหล็กแท่งซึ่งเป็นองค์ประกอบแม่เหล็กอ่อนที่วางอยู่ภายในตัวท่อ ซึ่งจะช่วยให้กระแสการเชื่อมมีสมาธิที่ขอบของแถบ
ในทั้งสองกรณี แถบจะถูกตัด ทำความสะอาด ม้วนขึ้น และส่งไปยังจุดเชื่อมนอกจากนี้ ยังใช้สารหล่อเย็นเพื่อระบายความร้อนให้กับขดลวดเหนี่ยวนำที่ใช้ในกระบวนการทำความร้อนสุดท้ายจะใช้สารหล่อเย็นบางส่วนสำหรับกระบวนการอัดรีดในกรณีนี้ มีการใช้แรงมากกับลูกรอกบีบเพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้เกิดรูพรุนในบริเวณรอยเชื่อมอย่างไรก็ตาม การใช้แรงบีบที่สูงขึ้นจะส่งผลให้มีครีบ (หรือเม็ดเชื่อม) เพิ่มขึ้นดังนั้นจึงใช้มีดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อลบเสี้ยนด้านในและด้านนอกของท่อ
ข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการเชื่อมด้วยความถี่สูงคือช่วยให้สามารถตัดเฉือนท่อเหล็กด้วยความเร็วสูงได้อย่างไรก็ตาม ตามปกติในข้อต่อการตีขึ้นรูปด้วยเฟสของแข็งส่วนใหญ่ ข้อต่อเชื่อมความถี่สูงนั้นไม่สามารถทดสอบได้ง่าย ๆ ได้อย่างน่าเชื่อถือโดยใช้เทคนิคแบบไม่ทำลาย (NDT) ทั่วไปรอยร้าวจากการเชื่อมสามารถเกิดขึ้นได้ในพื้นที่เรียบและบางของข้อต่อที่มีความแข็งแรงต่ำซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้โดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิม และอาจขาดความน่าเชื่อถือในการใช้งานด้านยานยนต์ที่มีความต้องการสูงบางประเภท

การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW)
ตามเนื้อผ้า ผู้ผลิตท่อเหล็กมักเลือกใช้การเชื่อมอาร์กทังสเตนด้วยแก๊ส (GTAW) เพื่อให้กระบวนการเชื่อมเสร็จสมบูรณ์GTAW สร้างส่วนโค้งไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดทังสเตนที่ไม่สิ้นเปลืองสองตัวในเวลาเดียวกัน ก๊าซป้องกันเฉื่อยจะถูกส่งออกมาจากหัวเผาเพื่อปกป้องอิเล็กโทรด สร้างกระแสพลาสม่าที่แตกตัวเป็นไอออน และปกป้องสระเชื่อมหลอมเหลวนี่เป็นกระบวนการที่เป็นที่ยอมรับและเข้าใจซึ่งจะส่งผลให้กระบวนการเชื่อมคุณภาพสูงสามารถทำซ้ำได้
ข้อดีของกระบวนการนี้คือความสามารถในการทำซ้ำ การเชื่อมที่ไม่กระเด็น และการกำจัดความพรุนGTAW ถือเป็นกระบวนการนำไฟฟ้า ดังนั้นกระบวนการนี้จึงค่อนข้างช้า

พัลส์อาร์คความถี่สูง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แหล่งพลังงานการเชื่อม GTAW หรือที่เรียกว่าสวิตช์ความเร็วสูง ได้เปิดใช้งานอาร์คพัลส์มากกว่า 10,000 Hzลูกค้าของโรงงานแปรรูปท่อเหล็กได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีใหม่นี้ ซึ่งพัลส์อาร์กความถี่สูงทำให้เกิดแรงดันอาร์กดาวน์ซึ่งมากกว่า GTAW ทั่วไปถึงห้าเท่าการปรับปรุงที่เป็นตัวแทน ได้แก่ ความแข็งแรงในการระเบิดที่เพิ่มขึ้น ความเร็วของรอยเชื่อมที่เร็วขึ้น และเศษที่ลดลง
ลูกค้าของผู้ผลิตท่อเหล็กพบว่าจำเป็นต้องลดรูปแบบการเชื่อมที่ได้จากกระบวนการเชื่อมนี้ลงนอกจากนี้ความเร็วในการเชื่อมยังค่อนข้างช้า

การเชื่อมด้วยเลเซอร์
ในการใช้งานเชื่อมท่อเหล็กทั้งหมด ขอบของแถบเหล็กจะละลายและแข็งตัวเมื่อขอบของท่อเหล็กถูกบีบเข้าด้วยกันโดยใช้ขายึดอย่างไรก็ตาม คุณสมบัติเฉพาะของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คือความหนาแน่นของลำแสงพลังงานสูงลำแสงเลเซอร์ไม่เพียงแต่ละลายชั้นผิวของวัสดุ แต่ยังสร้างรูกุญแจเพื่อให้โปรไฟล์การเชื่อมแคบมากความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่า 1 MW/cm2 เช่น เทคโนโลยี GTAW ไม่ได้สร้างความหนาแน่นของพลังงานเพียงพอที่จะสร้างรูกุญแจด้วยวิธีนี้ กระบวนการไร้รูกุญแจ ส่งผลให้ได้แนวเชื่อมที่กว้างและตื้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงนำไปสู่การเจาะที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดการเจริญเติบโตของเกรนและนำไปสู่คุณภาพทางโลหะวิทยาที่ดีขึ้นในทางกลับกัน การป้อนพลังงานความร้อนที่สูงขึ้นและกระบวนการทำความเย็นที่ช้าลงของ GTAW นำไปสู่การก่อสร้างแบบเชื่อมหยาบ
โดยทั่วไป กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ถือว่าเร็วกว่า GTAW โดยมีอัตราเศษเท่ากัน และแบบแรกจะนำคุณสมบัติทางโลหะวิทยาที่ดีกว่า ซึ่งนำไปสู่ความแข็งแรงในการระเบิดที่สูงขึ้นและความสามารถในการขึ้นรูปที่สูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมด้วยความถี่สูง จะไม่เกิดออกซิเดชันระหว่างการประมวลผลด้วยเลเซอร์ของวัสดุ ซึ่งส่งผลให้อัตราของเสียลดลงและมีความสามารถในการขึ้นรูปสูงขึ้นอิทธิพลของขนาดจุด: ในการเชื่อมโรงงานท่อสแตนเลส ความลึกในการเชื่อมจะถูกกำหนดโดยความหนาของท่อเหล็กด้วยวิธีนี้ เป้าหมายการผลิตคือการเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปโดยการลดความกว้างของการเชื่อม ขณะเดียวกันก็ได้ความเร็วที่สูงขึ้นเมื่อเลือกเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด ไม่เพียงแต่จะต้องคำนึงถึงคุณภาพของลำแสงเท่านั้น แต่ยังต้องคำนึงถึงความแม่นยำของโรงสีด้วยนอกจากนี้ จะต้องพิจารณาข้อจำกัดในการลดจุดก่อนที่จะเกิดข้อผิดพลาดด้านมิติของโรงสีหลอด

การเชื่อมท่อเหล็กมีปัญหาหลายมิติโดยเฉพาะ แต่ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการเชื่อมคือรอยต่อบนกล่องเชื่อม (โดยเฉพาะรอยเชื่อมคอยล์)เมื่อแถบถูกสร้างขึ้นและพร้อมสำหรับการเชื่อม ลักษณะของการเชื่อมจะรวมถึงช่องว่างของแถบ แนวเชื่อมที่รุนแรง/เล็กน้อย และการเปลี่ยนแปลงเส้นกึ่งกลางของการเชื่อมช่องว่างจะกำหนดจำนวนวัสดุที่ใช้ในการสร้างสระเชื่อมแรงดันมากเกินไปจะส่งผลให้มีวัสดุส่วนเกินที่ด้านบนหรือเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของท่อในทางกลับกัน การเชื่อมที่ผิดแนวอย่างรุนแรงหรือเล็กน้อยอาจส่งผลให้โปรไฟล์การเชื่อมไม่ดีนอกจากนี้เมื่อผ่านกล่องเชื่อมแล้วก็จะทำการตัดแต่งท่อเหล็กเพิ่มเติมซึ่งรวมถึงการปรับขนาดและการปรับรูปร่าง (รูปร่าง)ในทางกลับกัน การทำงานเพิ่มเติมสามารถขจัดข้อบกพร่องร้ายแรง/ข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ ของการบัดกรีได้ แต่อาจจะไม่ใช่ทั้งหมดแน่นอนว่าเราต้องการบรรลุข้อบกพร่องเป็นศูนย์ตามกฎทั่วไป ข้อบกพร่องในการเชื่อมไม่ควรเกินห้าเปอร์เซ็นต์ของความหนาของวัสดุเกินค่านี้จะส่งผลต่อความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ที่เชื่อม

สุดท้ายนี้ การมีเส้นกึ่งกลางการเชื่อมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลิตท่อสแตนเลสคุณภาพสูงด้วยการเน้นที่เพิ่มมากขึ้นในด้านความสามารถในการขึ้นรูปในตลาดยานยนต์ จึงมีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความต้องการเขตรับผลกระทบความร้อน (HAZ) ที่เล็กลงและโปรไฟล์การเชื่อมที่ลดลงในทางกลับกัน ได้นำไปสู่ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีเลเซอร์ที่ปรับปรุงคุณภาพลำแสงเพื่อลดขนาดจุดเนื่องจากขนาดจุดมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ เราจึงต้องให้ความสำคัญกับความแม่นยำในการสแกนเส้นกึ่งกลางของตะเข็บมากขึ้นโดยทั่วไป ผู้ผลิตท่อเหล็กจะพยายามลดการเบี่ยงเบนนี้ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ในทางปฏิบัติ การเบี่ยงเบน 0.2 มม. (0.008 นิ้ว) เป็นเรื่องยากมากทำให้จำเป็นต้องใช้ระบบติดตามตะเข็บเทคนิคการติดตามที่พบบ่อยที่สุดสองประการคือการสแกนเชิงกลและการสแกนด้วยเลเซอร์ในด้านหนึ่ง ระบบกลไกใช้โพรบเพื่อสัมผัสตะเข็บด้านเหนือของสระเชื่อม ซึ่งอาจมีฝุ่น การสึกหรอ และการสั่นสะเทือนความแม่นยำของระบบเหล่านี้คือ 0.25 มม. (0.01 นิ้ว) ซึ่งไม่แม่นยำเพียงพอสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์คุณภาพลำแสงสูง

ในทางกลับกัน การติดตามตะเข็บด้วยเลเซอร์สามารถบรรลุความแม่นยำที่ต้องการได้โดยทั่วไปแล้ว ลำแสงเลเซอร์หรือจุดเลเซอร์จะถูกฉายบนพื้นผิวของรอยเชื่อม และภาพที่ได้จะถูกป้อนกลับไปยังกล้อง CMOS ซึ่งใช้อัลกอริธึมเพื่อระบุตำแหน่งของรอยเชื่อม รอยต่อที่ผิด และช่องว่างแม้ว่าความเร็วในการถ่ายภาพจะเป็นสิ่งสำคัญ แต่เครื่องติดตามตะเข็บด้วยเลเซอร์จะต้องมีตัวควบคุมที่รวดเร็วพอที่จะรวบรวมตำแหน่งของการเชื่อมได้อย่างแม่นยำ ในขณะเดียวกันก็ให้การควบคุมวงปิดที่จำเป็นเพื่อเคลื่อนหัวโฟกัสด้วยเลเซอร์ไปเหนือตะเข็บโดยตรงดังนั้นความแม่นยำในการติดตามรอยตะเข็บจึงเป็นสิ่งสำคัญ และเวลาตอบสนองก็มีความสำคัญเช่นกัน

โดยทั่วไป เทคโนโลยีการติดตามตะเข็บได้รับการพัฒนาอย่างเพียงพอเพื่อให้ผู้ผลิตท่อเหล็กสามารถใช้ลำแสงเลเซอร์คุณภาพสูงเพื่อผลิตท่อสแตนเลสที่ขึ้นรูปได้ดีขึ้นเป็นผลให้การเชื่อมด้วยเลเซอร์พบที่ที่จะลดความพรุนของการเชื่อมและลดโปรไฟล์การเชื่อมในขณะที่ยังคงรักษาหรือเพิ่มความเร็วในการเชื่อมระบบเลเซอร์ เช่น เลเซอร์แผ่นคอนกรีตระบายความร้อนด้วยการแพร่กระจาย มีการปรับปรุงคุณภาพลำแสง และปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปเพิ่มเติมโดยการลดความกว้างของการเชื่อมการพัฒนานี้นำไปสู่ความจำเป็นในการควบคุมมิติที่เข้มงวดยิ่งขึ้นและการติดตามตะเข็บด้วยเลเซอร์ในโรงงานท่อเหล็ก