วิธีกระบวนการเชื่อมท่อสแตนเลส

ในการผลิตของท่อเหล็กสแตนเลสขั้นแรกให้ขึ้นรูปเหล็กแผ่นแบนแล้วขึ้นรูปเป็นท่อกลมเมื่อขึ้นรูปแล้ว จะต้องเชื่อมตะเข็บของท่อเข้าด้วยกันการเชื่อมนี้ส่งผลอย่างมากต่อความสามารถในการขึ้นรูปของชิ้นส่วนดังนั้นการเลือกเทคนิคการเชื่อมที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการได้รับโปรไฟล์การเชื่อมที่สามารถตอบสนองข้อกำหนดการทดสอบที่เข้มงวดในอุตสาหกรรมการผลิตไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีการใช้การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW) การเชื่อมความถี่สูง (HF) และการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในการผลิตท่อสแตนเลส

การเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง
ในการเชื่อมแบบสัมผัสความถี่สูงและการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง อุปกรณ์ที่ให้กระแสและอุปกรณ์ที่ให้แรงอัดขึ้นรูปจะเป็นอิสระจากกันนอกจากนี้ ทั้งสองวิธีสามารถใช้แม่เหล็กแท่งซึ่งเป็นองค์ประกอบแม่เหล็กอ่อนที่วางอยู่ภายในตัวท่อ ซึ่งช่วยเน้นการไหลของการเชื่อมที่ขอบของแถบทั้งสองกรณีแถบจะถูกตัดและทำความสะอาดก่อนจะรีดและส่งไปยังจุดเชื่อมนอกจากนี้ ยังใช้สารหล่อเย็นเพื่อระบายความร้อนให้กับขดลวดเหนี่ยวนำที่ใช้ในกระบวนการทำความร้อนในที่สุดสารหล่อเย็นบางส่วนจะถูกนำมาใช้ในกระบวนการอัดรีดในกรณีนี้ มีการใช้แรงมากกับลูกรอกบีบเพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้เกิดรูพรุนในบริเวณรอยเชื่อมอย่างไรก็ตาม การใช้แรงบีบมากขึ้นจะส่งผลให้มีครีบ (หรือเม็ดเชื่อม) เพิ่มขึ้นดังนั้นจึงใช้มีดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อลบเสี้ยนด้านในและด้านนอกของท่อ

ข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการเชื่อมด้วยความถี่สูงคือช่วยให้สามารถตัดเฉือนท่อเหล็กด้วยความเร็วสูงได้อย่างไรก็ตาม ตามปกติในการตีขึ้นรูปด้วยเฟสของแข็งส่วนใหญ่ ข้อต่อเชื่อมความถี่สูงไม่สามารถทดสอบได้อย่างน่าเชื่อถือโดยใช้เทคนิคแบบไม่ทำลาย (NDT) ทั่วไปรอยร้าวจากการเชื่อมสามารถเกิดขึ้นได้ในพื้นที่เรียบและบางของข้อต่อที่มีความแข็งแรงต่ำซึ่งไม่สามารถตรวจพบได้โดยใช้วิธีการแบบดั้งเดิม และอาจขาดความน่าเชื่อถือในการใช้งานด้านยานยนต์ที่มีความต้องการสูงบางประเภท

การเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW)
ตามเนื้อผ้า ผู้ผลิตท่อเลือกที่จะทำกระบวนการเชื่อมให้เสร็จสิ้นด้วยการเชื่อมอาร์กทังสเตนแก๊ส (GTAW)GTAW สร้างส่วนโค้งการเชื่อมระหว่างอิเล็กโทรดทังสเตนที่ไม่สิ้นเปลืองสองตัวในเวลาเดียวกัน ก๊าซป้องกันเฉื่อยจะถูกส่งออกมาจากหัวเผาเพื่อปกป้องอิเล็กโทรด สร้างกระแสพลาสม่าที่แตกตัวเป็นไอออน และปกป้องสระเชื่อมหลอมเหลวนี่เป็นกระบวนการที่ได้รับการยอมรับและเข้าใจดีว่าจะผลิตรอยเชื่อมคุณภาพสูงที่สามารถทำซ้ำได้ข้อดีของกระบวนการนี้คือความสามารถในการทำซ้ำ การเชื่อมที่ไม่กระเด็น และการกำจัดความพรุนGTAW ถือเป็นกระบวนการนำไฟฟ้า ดังนั้นกระบวนการนี้จึงค่อนข้างช้า

พัลส์อาร์คความถี่สูง
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แหล่งพลังงานการเชื่อม GTAW หรือที่เรียกว่าสวิตช์ความเร็วสูง อนุญาตให้มีพัลส์อาร์กมากกว่า 10,000 Hzลูกค้าในโรงงานแปรรูปท่อเหล็กจะได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีใหม่นี้ ซึ่งพัลส์อาร์คความถี่สูงส่งผลให้แรงดันอาร์คลดลงมากกว่าห้าเท่าเมื่อเทียบกับ GTAW ทั่วไปการปรับปรุงทั่วไปที่เกิดขึ้น ได้แก่ ความแข็งแรงในการระเบิดที่เพิ่มขึ้น ความเร็วของรอยเชื่อมที่เร็วขึ้น และเศษที่ลดลงลูกค้าของผู้ผลิตท่อเหล็กค้นพบอย่างรวดเร็วว่าโปรไฟล์การเชื่อมที่ได้จากกระบวนการเชื่อมนี้จำเป็นต้องลดลงนอกจากนี้ความเร็วในการเชื่อมยังค่อนข้างช้า

การเชื่อมด้วยเลเซอร์
ในการใช้งานเชื่อมท่อเหล็กทั้งหมด ขอบของแถบเหล็กจะละลายและแข็งตัวเมื่อขอบของท่อเหล็กถูกกดเข้าด้วยกันโดยใช้ขายึดอย่างไรก็ตาม คุณสมบัติพิเศษของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คือความหนาแน่นของลำแสงพลังงานสูงลำแสงเลเซอร์ไม่เพียงแต่ละลายชั้นผิวของวัสดุเท่านั้น แต่ยังสร้างรูกุญแจด้วย ส่งผลให้ได้โปรไฟล์รอยเชื่อมที่แคบความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่า 1 MW/cm2 เช่น เทคโนโลยี GTAW ไม่ได้สร้างความหนาแน่นของพลังงานเพียงพอที่จะสร้างรูกุญแจดังนั้น กระบวนการแบบไม่ใช้รูกุญแจ ส่งผลให้ได้แนวเชื่อมที่กว้างและตื้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงทำให้การเจาะทะลุมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจะช่วยลดการเจริญเติบโตของเกรนและทำให้คุณภาพทางโลหะวิทยาดีขึ้นในทางกลับกัน การป้อนพลังงานความร้อนที่สูงขึ้นและกระบวนการทำความเย็นที่ช้าลงของ GTAW ทำให้เกิดการก่อสร้างแบบเชื่อมหยาบ

โดยทั่วไปถือว่ากระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์เร็วกว่า GTAW โดยมีอัตราการปฏิเสธเท่ากัน และแบบแรกนำไปสู่คุณสมบัติทางโลหะวิทยาที่ดีกว่า ซึ่งนำไปสู่ความแข็งแรงในการระเบิดที่สูงขึ้นและความสามารถในการขึ้นรูปที่สูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมด้วยความถี่สูง เลเซอร์จะประมวลผลวัสดุโดยไม่มีการเกิดออกซิเดชัน ซึ่งส่งผลให้อัตราของเสียลดลงและมีความสามารถในการขึ้นรูปที่สูงขึ้นอิทธิพลของขนาดจุด: ในการเชื่อมโรงงานท่อสแตนเลส ความลึกในการเชื่อมจะถูกกำหนดโดยความหนาของท่อเหล็กดังนั้นเป้าหมายการผลิตคือการปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปโดยการลดความกว้างของการเชื่อมในขณะที่ได้ความเร็วที่สูงขึ้นเมื่อเลือกเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุด เราไม่สามารถพิจารณาเฉพาะคุณภาพของลำแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความแม่นยำของโรงสีด้วยนอกจากนี้ ก่อนที่ข้อผิดพลาดด้านมิติของโรงสีท่อจะมีบทบาท จะต้องพิจารณาข้อจำกัดในการลดจุดไฟก่อน

การเชื่อมท่อเหล็กมีปัญหาหลายมิติโดยเฉพาะ แต่ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการเชื่อมคือรอยต่อบนกล่องเชื่อม (โดยเฉพาะขดลวดเชื่อม)เมื่อแถบถูกสร้างขึ้นสำหรับการเชื่อม ลักษณะการเชื่อมจะรวมถึงช่องว่างของแถบ แนวเชื่อมที่รุนแรง/เล็กน้อย และการแปรผันของเส้นกึ่งกลางของแนวเชื่อมช่องว่างจะกำหนดจำนวนวัสดุที่ใช้ในการสร้างสระเชื่อมแรงดันมากเกินไปจะส่งผลให้มีวัสดุส่วนเกินที่ด้านบนหรือเส้นผ่านศูนย์กลางด้านในของท่อในทางกลับกัน การเชื่อมที่ผิดแนวอย่างรุนแรงหรือเล็กน้อยอาจส่งผลให้โปรไฟล์การเชื่อมไม่ดีนอกจากนี้หลังจากผ่านกล่องเชื่อมแล้วจะมีการตัดแต่งท่อเหล็กเพิ่มเติมซึ่งรวมถึงการปรับขนาดและการปรับรูปร่าง (รูปร่าง)ในทางกลับกัน การทำงานเพิ่มเติมสามารถขจัดข้อบกพร่องในการเชื่อมที่สำคัญ/เล็กน้อยบางส่วนได้ แต่อาจจะไม่ใช่ทั้งหมดแน่นอนว่าเราต้องการบรรลุข้อบกพร่องเป็นศูนย์ตามกฎทั่วไป ข้อบกพร่องในการเชื่อมไม่ควรเกินห้าเปอร์เซ็นต์ของความหนาของวัสดุเกินค่านี้จะส่งผลต่อความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ที่เชื่อม

สุดท้ายนี้ การมีเส้นกึ่งกลางการเชื่อมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลิตท่อสแตนเลสคุณภาพสูงที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการมุ่งเน้นที่การเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูปในตลาดยานยนต์คือความต้องการเขตรับผลกระทบความร้อน (HAZ) ที่เล็กลงและโปรไฟล์การเชื่อมที่ลดลงในทางกลับกัน สิ่งนี้จะส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ ซึ่งก็คือการปรับปรุงคุณภาพลำแสงเพื่อลดขนาดจุดเนื่องจากขนาดจุดลดลงอย่างต่อเนื่อง เราจึงต้องให้ความสำคัญกับความแม่นยำในการสแกนเส้นกึ่งกลางของตะเข็บมากขึ้นโดยทั่วไป ผู้ผลิตท่อเหล็กจะพยายามลดการเบี่ยงเบนนี้ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ในทางปฏิบัติ การเบี่ยงเบน 0.2 มม. (0.008 นิ้ว) เป็นเรื่องยากมาก

ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ระบบติดตามตะเข็บเทคนิคการติดตามที่พบบ่อยที่สุดสองประการคือการสแกนเชิงกลและการสแกนด้วยเลเซอร์ในด้านหนึ่ง ระบบกลไกใช้โพรบเพื่อติดต่อกับสระเชื่อมที่อยู่ต้นทางของตะเข็บ ซึ่งจะมีฝุ่น เสียดสี และสั่นสะเทือนความแม่นยำของระบบเหล่านี้คือ 0.25 มม. (0.01 นิ้ว) ซึ่งไม่แม่นยำเพียงพอสำหรับการเชื่อมด้วยเลเซอร์คุณภาพสูงด้วยลำแสงในทางกลับกัน การติดตามตะเข็บด้วยเลเซอร์สามารถบรรลุความแม่นยำที่ต้องการได้โดยทั่วไปแล้ว แสงเลเซอร์หรือจุดเลเซอร์จะถูกฉายบนพื้นผิวของรอยเชื่อม และภาพที่ได้จะถูกป้อนกลับไปยังกล้อง CMOS ซึ่งใช้อัลกอริธึมเพื่อระบุตำแหน่งของรอยเชื่อม รอยเชื่อมที่ผิด และช่องว่างแม้ว่าความเร็วในการถ่ายภาพจะเป็นสิ่งสำคัญ แต่เครื่องติดตามตะเข็บด้วยเลเซอร์จะต้องมีตัวควบคุมที่รวดเร็วพอที่จะรวบรวมตำแหน่งของการเชื่อมได้อย่างแม่นยำ ในขณะเดียวกันก็ให้การควบคุมวงปิดที่จำเป็นเพื่อเคลื่อนหัวโฟกัสด้วยเลเซอร์ไปเหนือตะเข็บโดยตรงดังนั้นความแม่นยำในการติดตามรอยตะเข็บจึงเป็นสิ่งสำคัญ แต่เวลาตอบสนองก็มีความสำคัญเช่นกัน

โดยทั่วไป เทคโนโลยีการติดตามตะเข็บได้รับการพัฒนาอย่างเพียงพอเพื่อให้ผู้ผลิตท่อเหล็กสามารถใช้ลำแสงเลเซอร์คุณภาพสูงเพื่อผลิตท่อสแตนเลสที่ขึ้นรูปได้มากขึ้นดังนั้นการเชื่อมด้วยเลเซอร์จึงพบจุดที่ใช้เพื่อลดความพรุนของการเชื่อมและลดโปรไฟล์การเชื่อมโดยยังคงรักษาหรือเพิ่มความเร็วในการเชื่อมไว้ระบบเลเซอร์ เช่น เลเซอร์แผ่นคอนกรีตระบายความร้อนด้วยการแพร่กระจาย มีการปรับปรุงคุณภาพลำแสง และปรับปรุงความสามารถในการขึ้นรูปเพิ่มเติมโดยการลดความกว้างของการเชื่อมการพัฒนานี้นำไปสู่ความจำเป็นในการควบคุมมิติที่เข้มงวดยิ่งขึ้นและการติดตามตะเข็บด้วยเลเซอร์ในโรงงานท่อเหล็ก