Những tiến bộ trong xử lý vật liệu đã mang lại những cơ hội có một không hai trong lĩnh vực sản xuất ống thép không gỉ.Các ứng dụng điển hình bao gồm ống xả, ống nhiên liệu, kim phun nhiên liệu và các bộ phận khác.Trong quá trình sản xuất ống thép không gỉ, đầu tiên một dải thép phẳng được hình thành, sau đó hình dạng của nó được chế tạo thành một ống tròn.Sau khi hình thành, các đường nối của ống phải được hàn lại với nhau.Mối hàn này ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo hình của chi tiết.Vì vậy, việc lựa chọn kỹ thuật hàn phù hợp để có được profile hàn có thể đáp ứng các yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt trong ngành sản xuất là vô cùng quan trọng.Không còn nghi ngờ gì nữa, hàn hồ quang khí vonfram (GTAW), hàn tần số cao (HF) và hàn laser đều đã được áp dụng trong sản xuất ống thép không gỉ.
Hàn cảm ứng tần số cao
Trong hàn tiếp xúc tần số cao và hàn cảm ứng tần số cao, thiết bị cung cấp dòng điện và thiết bị cung cấp lực ép độc lập với nhau.Ngoài ra, cả hai phương pháp đều có thể sử dụng nam châm dạng thanh là phần tử từ mềm được đặt bên trong thân ống, giúp tập trung dòng hàn ở mép dải.
Trong cả hai trường hợp, dải được cắt và làm sạch, cuộn lại và gửi đến điểm hàn.Ngoài ra, chất làm mát còn được sử dụng để làm mát cuộn dây cảm ứng được sử dụng trong quá trình gia nhiệt.Cuối cùng, một số chất làm mát sẽ được sử dụng cho quá trình ép đùn.Ở đây, lực tác dụng lên ròng rọc ép là rất lớn để tránh tạo ra độ rỗ ở vùng hàn;tuy nhiên, sử dụng lực ép cao hơn sẽ làm tăng các gờ (hoặc đường hàn).Do đó, những con dao được thiết kế đặc biệt được sử dụng để làm sạch bên trong và bên ngoài ống.
Ưu điểm chính của quy trình hàn tần số cao là nó cho phép gia công ống thép tốc độ cao.Tuy nhiên, như điển hình ở hầu hết các mối nối rèn pha rắn, các mối hàn tần số cao không dễ dàng được kiểm tra một cách đáng tin cậy bằng cách sử dụng các kỹ thuật không phá hủy thông thường (NDT).Các vết nứt hàn có thể xảy ra ở những vùng phẳng, mỏng của các mối nối có độ bền thấp mà không thể phát hiện được bằng các phương pháp truyền thống và có thể thiếu độ tin cậy trong một số ứng dụng ô tô đòi hỏi khắt khe.
Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW)
Theo truyền thống, các nhà sản xuất ống thép đã lựa chọn phương pháp hàn hồ quang vonfram khí (GTAW) để hoàn tất quá trình hàn.GTAW tạo ra hồ quang điện giữa hai điện cực vonfram không tiêu hao.Đồng thời, khí bảo vệ trơ được đưa vào từ mỏ hàn để che chắn các điện cực, tạo ra dòng plasma bị ion hóa và bảo vệ vũng hàn nóng chảy.Đây là một quy trình được thiết lập và hiểu rõ sẽ mang lại một quy trình hàn chất lượng cao có thể lặp lại.
Ưu điểm của quá trình này là khả năng lặp lại, hàn không bị bắn tóe và loại bỏ độ xốp.GTAW được coi là một quá trình dẫn điện, do đó, nói một cách tương đối, quá trình này diễn ra tương đối chậm.
Xung hồ quang tần số cao
Trong những năm gần đây, nguồn điện hàn GTAW hay còn gọi là công tắc tốc độ cao đã cho phép tạo xung hồ quang trên 10.000 Hz.Khách hàng của nhà máy gia công ống thép được hưởng lợi từ công nghệ mới này, xung hồ quang tần số cao gây ra áp suất hạ hồ quang lớn gấp 5 lần so với GTAW thông thường.Những cải tiến tiêu biểu bao gồm tăng cường độ nổ, tốc độ đường hàn nhanh hơn và giảm phế liệu.
Khách hàng của nhà sản xuất ống thép nhanh chóng nhận thấy rằng cần phải giảm biên dạng mối hàn thu được từ quá trình hàn này.Ngoài ra, tốc độ hàn vẫn còn tương đối chậm.
Hàn laser
Trong tất cả các ứng dụng hàn ống thép, các cạnh của dải thép bị nóng chảy và đông cứng lại khi các cạnh của ống thép được ép lại với nhau bằng các giá kẹp.Tuy nhiên, một đặc tính độc đáo của hàn laser là mật độ chùm năng lượng cao.Chùm tia laser không chỉ làm nóng chảy lớp bề mặt của vật liệu mà còn tạo ra lỗ khóa khiến đường hàn rất hẹp.Mật độ năng lượng dưới 1 MW/cm2, chẳng hạn như công nghệ GTAW, không tạo ra đủ mật độ năng lượng để tạo ra lỗ khóa.Bằng cách này, quy trình không có lỗ khóa sẽ tạo ra biên dạng mối hàn rộng và nông.Độ chính xác cao của hàn laser dẫn đến sự thâm nhập hiệu quả hơn, từ đó làm giảm sự phát triển của hạt và dẫn đến chất lượng kim loại tốt hơn;mặt khác, năng lượng nhiệt đầu vào cao hơn và quá trình làm mát chậm hơn của GTAW dẫn đến kết cấu hàn thô.
Nói chung, quá trình hàn laser được coi là nhanh hơn GTAW, chúng có cùng tỷ lệ phế liệu và mang lại đặc tính kim loại tốt hơn, dẫn đến cường độ nổ cao hơn và khả năng định hình cao hơn.Khi so sánh với hàn tần số cao, quá trình oxy hóa không xảy ra trong quá trình xử lý vật liệu bằng laser, dẫn đến tỷ lệ phế liệu thấp hơn và khả năng tạo hình cao hơn.Ảnh hưởng của kích thước điểm: Trong quá trình hàn của các nhà máy sản xuất ống thép không gỉ, độ sâu hàn được xác định bởi độ dày của ống thép.Bằng cách này, mục tiêu sản xuất là tăng khả năng tạo hình bằng cách giảm chiều rộng của mối hàn, đồng thời đạt được tốc độ cao hơn.Khi chọn loại laser phù hợp nhất, người ta không chỉ phải xem xét chất lượng chùm tia mà còn phải xem xét độ chính xác của máy nghiền.Ngoài ra, các hạn chế về việc giảm điểm phải được xem xét trước khi phát sinh lỗi kích thước của máy nghiền ống.
Có rất nhiều vấn đề về kích thước đặc trưng của hàn ống thép, tuy nhiên yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình hàn chính là đường nối trên hộp hàn (cụ thể hơn là cuộn dây hàn).Khi dải được hình thành và sẵn sàng để hàn, các đặc điểm của mối hàn bao gồm khe hở dải, độ lệch mối hàn nghiêm trọng/nhẹ và thay đổi đường tâm mối hàn.Khoảng cách xác định lượng vật liệu được sử dụng để tạo thành vũng hàn.Áp lực quá lớn sẽ dẫn đến dư thừa vật liệu ở đường kính trên hoặc bên trong của ống.Mặt khác, độ lệch mối hàn nghiêm trọng hoặc nhẹ có thể dẫn đến hình dạng mối hàn kém.Ngoài ra, sau khi đi qua hộp hàn, ống thép sẽ được cắt gọt thêm.Điều này bao gồm điều chỉnh kích thước và điều chỉnh hình dạng (hình dạng).Mặt khác, công việc làm thêm có thể loại bỏ một số khuyết tật hàn nghiêm trọng/nhỏ, nhưng có lẽ không phải tất cả chúng.Tất nhiên, chúng tôi muốn đạt được không có sai sót nào.Theo nguyên tắc chung, khuyết tật mối hàn không được vượt quá 5% độ dày vật liệu.Vượt quá giá trị này sẽ ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm hàn.
Cuối cùng, sự hiện diện của đường tâm mối hàn rất quan trọng để sản xuất ống thép không gỉ chất lượng cao.Với sự chú trọng ngày càng tăng về khả năng định hình trong thị trường ô tô, có mối tương quan trực tiếp giữa nhu cầu về vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ hơn (HAZ) và giảm biên dạng mối hàn.Ngược lại, điều này đã dẫn đến những tiến bộ trong công nghệ laser giúp cải thiện chất lượng chùm tia để giảm kích thước điểm.Khi kích thước điểm tiếp tục nhỏ hơn, chúng ta cần chú ý hơn đến độ chính xác của việc quét đường tâm đường may.Nói chung, các nhà sản xuất ống thép sẽ cố gắng giảm độ lệch này càng nhiều càng tốt, nhưng trên thực tế, rất khó đạt được độ lệch 0,2mm (0,008 inch).Điều này dẫn đến nhu cầu sử dụng hệ thống theo dõi đường may.Hai kỹ thuật theo dõi phổ biến nhất là quét cơ học và quét laser.Một mặt, các hệ thống cơ khí sử dụng đầu dò để tiếp xúc với đường nối phía thượng nguồn của bể hàn, nơi dễ bị bụi, mài mòn và rung.Độ chính xác của các hệ thống này là 0,25mm (0,01 inch), không đủ chính xác để hàn laser chất lượng chùm tia cao.
Mặt khác, theo dõi đường may bằng laser có thể đạt được độ chính xác cần thiết.Thông thường, một chùm tia laze hoặc điểm laze được chiếu lên bề mặt mối hàn và hình ảnh thu được được đưa trở lại camera CMOS, sử dụng thuật toán để xác định vị trí của mối hàn, mối nối sai và khoảng trống.Mặc dù tốc độ chụp ảnh rất quan trọng nhưng máy theo dõi đường may bằng laser phải có bộ điều khiển đủ nhanh để biên dịch chính xác vị trí của mối hàn đồng thời cung cấp khả năng điều khiển vòng kín cần thiết để di chuyển đầu lấy nét laser trực tiếp trên đường may.Do đó, độ chính xác của việc theo dõi đường may là quan trọng và thời gian phản hồi cũng vậy.
Nhìn chung, công nghệ theo dõi đường may đã được phát triển đầy đủ để cho phép các nhà sản xuất ống thép sử dụng chùm tia laser chất lượng cao hơn để sản xuất các ống thép không gỉ có khả năng định hình tốt hơn.Nhờ đó, hàn laser đã tìm được nơi làm giảm độ xốp của mối hàn và giảm biên dạng mối hàn trong khi vẫn duy trì hoặc tăng tốc độ hàn.Các hệ thống laser, chẳng hạn như laser tấm làm mát bằng khuếch tán, đã cải thiện chất lượng chùm tia, cải thiện hơn nữa khả năng tạo hình bằng cách giảm chiều rộng mối hàn.Sự phát triển này đã dẫn đến nhu cầu kiểm soát kích thước chặt chẽ hơn và theo dõi đường nối bằng laser trong các nhà máy ống thép.
Thời gian đăng: 29/08/2022