تحليل عوامل العملية المؤثرة على الأنابيب الملحومة بالدرزات المستقيمة عالية التردد

تشمل المعايير الرئيسية لعملية لحام الأنابيب عالية التردد بالدرز المستقيم: مدخلات حرارة اللحام، وضغط اللحام، وسرعة اللحام، وزاوية الفتح، وموضع وحجم ملف الحث، وموضع المعاوقة، وغيرها. لهذه المعايير تأثير كبير على تحسين جودة وكفاءة إنتاج الأنابيب عالية التردد، وزيادة سعة الوحدة. ويُمكّن التوافق الجيد بين المعايير المختلفة المصنّعين من تحقيق فوائد اقتصادية كبيرة.

1. مدخلات حرارة اللحام
في لحام الأنابيب الملحومة بدرزة مستقيمة عالية التردد، تُحدد قوة اللحام كمية حرارة اللحام الداخلة. عند توفر الظروف الخارجية وعدم كفاية حرارة اللحام، لا تصل حافة الفولاذ الشريطي المُسخّن إلى درجة حرارة اللحام، وتظل متماسكة لتشكيل لحام بارد، أو حتى تفشل في الاندماج. يُعزى عدم الاندماج إلى قلة حرارة اللحام الداخلة. أثناء الكشف، عادةً ما تتجلى حالة عدم الاندماج هذه في اختبار تسطيح غير مؤهل، أو انفجار أنبوب فولاذي أثناء اختبار ضغط الماء، أو تشقق اللحام أثناء تقويم أنبوب فولاذي، وهو عيب أخطر. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر حرارة اللحام الداخلة بجودة حافة الشريط. على سبيل المثال، عند وجود نتوءات على حافة الشريط، تُسبب هذه النتوءات شرارات قبل دخول نقطة لحام أسطوانة الضغط، مما يؤدي إلى فقدان طاقة اللحام وانخفاض حرارة اللحام الداخلة، وبالتالي تشكيل لحام بارد أو غير مُدمج. عندما تكون حرارة اللحام الداخلة عالية جدًا، تتجاوز حافة الشريط المُسخّن درجة حرارة اللحام، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة أو حتى الاحتراق. سيتشقق اللحام أيضًا بعد تعرضه للإجهاد، وقد يتناثر المعدن المنصهر ويشكل ثقوبًا نتيجةً لانهيار اللحام. تتجلى ثقوب الرمل والثقوب الناتجة عن الحرارة الزائدة بشكل رئيسي في اختبار التسوية غير المؤهل بزاوية 90 درجة، واختبار التأثير غير المؤهل، وانفجار الأنابيب الفولاذية أو تسربها أثناء اختبار ضغط الماء.

2. ضغط اللحام (التخفيض)
يُعد ضغط اللحام أحد المعايير الرئيسية لعملية اللحام. بعد تسخين حافة الشريط إلى درجة حرارة اللحام، تتحد ذرات المعدن تحت قوة بثق أسطوانة الضغط لتشكيل لحام. يؤثر حجم ضغط اللحام على قوة ومتانة اللحام. إذا كان ضغط اللحام المطبق صغيرًا جدًا، لا يمكن دمج حافة اللحام بالكامل، ولا يمكن تفريغ أكاسيد المعادن المتبقية في اللحام وتكوين شوائب، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في قوة شد اللحام ويصبح اللحام عرضة للتشقق بعد التعرض للإجهاد. إذا كان ضغط اللحام المطبق كبيرًا جدًا، فسيتم ضغط معظم المعدن الذي يصل إلى درجة حرارة اللحام، مما لا يقلل فقط من قوة ومتانة اللحام، بل ينتج أيضًا عيوبًا مثل النتوءات الداخلية والخارجية المفرطة أو اللحام المتداخل.

يتم قياس ضغط اللحام بشكل عام والحكم عليه من خلال تغير قطر الأنبوب الفولاذي قبل وبعد أسطوانة البثق وحجم وشكل النتوءات. تأثير قوة بثق اللحام على شكل النتوءات. إذا كان بثق اللحام كبيرًا جدًا، يكون التناثر كبيرًا والمعدن المنصهر المبثوق كبيرًا، تكون النتوءات كبيرة ومقلوبة على جانبي اللحام؛ إذا كان البثق صغيرًا جدًا، لا يوجد أي تناثر تقريبًا، وتكون النتوءات صغيرة ومكدسة؛ عندما يكون البثق معتدلاً، تكون النتوءات المبثوقة عمودية، ويتم التحكم في الارتفاع بشكل عام عند 2.5 ~ 3 مم. إذا تم التحكم في بثق اللحام بشكل صحيح، تكون زاوية انسيابية المعدن للحام متناظرة لأعلى ولأسفل، ولليسار ولليمين، وتكون الزاوية من 55 درجة إلى 65 درجة. ينساب المعدن شكل اللحام عندما يتم التحكم في البثق بشكل صحيح.

3. سرعة اللحام
تُعد سرعة اللحام أيضًا أحد المعايير الرئيسية لعملية اللحام. وهي مرتبطة بنظام التسخين وسرعة تشوه اللحام وسرعة تبلور ذرات المعدن. في اللحام عالي التردد، تتحسن جودة اللحام مع زيادة سرعة اللحام. وذلك لأن تقصير وقت التسخين يجعل عرض منطقة تسخين الحافة أضيق ويقصر وقت تكوين أكسيد المعدن. عند تقليل سرعة اللحام، لا تتسع منطقة التسخين فحسب، أي تصبح منطقة اللحام المتأثرة بالحرارة أوسع، بل يتغير أيضًا عرض منطقة الانصهار مع تغير حرارة الإدخال، وتصبح النتوءات الداخلية المتكونة أكبر. عرض خط الانصهار بسرعات لحام مختلفة. عند اللحام بسرعة منخفضة، سيكون اللحام صعبًا بسبب الانخفاض المقابل في حرارة الإدخال. في الوقت نفسه، من السهل التسبب في سلسلة من العيوب بسبب جودة حافة اللوحة وعوامل خارجية أخرى، مثل مغناطيسية المعاوقة وحجم زاوية الفتح. لذلك، عند اللحام بتردد عالي، يجب اختيار أسرع سرعة لحام قدر الإمكان وفقًا لمواصفات المنتج في ظل الظروف المسموح بها من خلال سعة الوحدة ومعدات اللحام.

4. زاوية الفتح
تُسمى زاوية الفتح أيضًا بزاوية اللحام V، وهي زاوية حافة الشريط أمام أسطوانة البثق، كما هو موضح في الشكل 6. تتراوح زاوية الفتح عادةً بين 3 و6 درجات. يُحدد حجم زاوية الفتح بشكل أساسي بموضع أسطوانة التوجيه وسمك صفيحة التوجيه. يؤثر حجم زاوية V بشكل كبير على استقرار اللحام وجودته. عند تقليل زاوية V، تقل المسافة بين حواف الشريط، مما يعزز تأثير القرب للتيار عالي التردد، مما يقلل من قوة اللحام ويزيد من سرعته ويحسن الإنتاجية. تؤدي زاوية الفتح الصغيرة جدًا إلى اللحام المبكر، أي أن نقطة اللحام تُضغط وتُصهر قبل الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، مما يُسهل تكوين عيوب مثل الشوائب واللحام البارد في اللحام، مما يُضعف جودته. على الرغم من أن زيادة زاوية V تزيد من استهلاك الطاقة، إلا أنها تضمن استقرار تسخين حافة الشريط في ظروف معينة، وتُقلل من فقدان الحرارة، وتُقلل من المنطقة المتأثرة بالحرارة. في الإنتاج الفعلي، لضمان جودة اللحام، يتم التحكم في زاوية V عمومًا عند 4° إلى 5°.

5. حجم وموضع ملف الحث
ملف الحث هو أداة مهمة في اللحام الحثي عالي التردد، وحجمه وموقعه يؤثران بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج.

الطاقة التي ينقلها ملف الحث إلى الأنبوب الفولاذي تتناسب طرديًا مع مربع الفجوة على سطح الأنبوب الفولاذي. إذا كانت الفجوة كبيرة جدًا، ستنخفض كفاءة الإنتاج بشكل حاد. إذا كانت الفجوة صغيرة جدًا، فمن السهل أن تشتعل مع سطح الأنبوب الفولاذي أو تتلف بواسطة رأس الأنبوب الفولاذي. عادةً، يتم اختيار الفجوة بين السطح الداخلي لملف الحث وجسم الأنبوب لتكون حوالي 10 مم. يتم اختيار عرض ملف الحث وفقًا للقطر الخارجي للأنبوب الفولاذي. إذا كان ملف الحث واسعًا جدًا، سينخفض ​​محاثته، وينخفض ​​أيضًا جهد المستشعر، وستنخفض طاقة الخرج؛ إذا كان ملف الحث ضيقًا جدًا، ستزداد طاقة الخرج، ولكن سيزداد أيضًا الفقد النشط للأنبوب الخلفي وملف الحث. بشكل عام، يكون عرض ملف الحث أكثر ملاءمة عند 1 ~ 1.5D (D هو القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي).

المسافة بين الطرف الأمامي لملف الحث ومركز أسطوانة البثق تساوي أو تزيد قليلاً عن قطر الأنبوب، أي أن 1~1.2D هي الأنسب. إذا كانت المسافة كبيرة جدًا، سيقل تأثير قرب زاوية الفتح، مما يؤدي إلى طول مسافة تسخين الحافة، مما يمنع نقطة اللحام من الحصول على درجة حرارة لحام أعلى؛ أما إذا كانت المسافة صغيرة جدًا، فستولد أسطوانة البثق حرارة حث أعلى، مما يقلل من عمرها الافتراضي.

6. وظيفة وموضع المعاوقة
يُستخدم الشريط المغناطيسي ذو المقاومة لتقليل التيار عالي التردد المتدفق إلى الجزء الخلفي من الأنبوب الفولاذي، وفي الوقت نفسه، لتركيز التيار لتسخين زاوية V للشريط الفولاذي، لضمان عدم فقدان الحرارة نتيجة تسخين جسم الأنبوب. في حال عدم وجود نظام تبريد، سيتجاوز الشريط المغناطيسي درجة حرارة كوري (حوالي 300 درجة مئوية) ويفقد مغناطيسيته. في حال عدم وجود مقاومة، سينتشر التيار والحرارة المستحثة حول جسم الأنبوب بالكامل، مما يزيد من قوة اللحام ويؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة جسم الأنبوب. التأثير الحراري لوجود أو عدم وجود مقاومة في قطعة الأنبوب الخام. يؤثر موضع المقاومة بشكل كبير على سرعة اللحام وجودته. أثبتت التجربة أنه عندما تكون مقدمة المقاومة عند خط منتصف بكرة البثق تمامًا، تحدث عملية التسوية. أما عندما تتجاوز خط منتصف بكرة البثق وتمتد إلى جانب آلة التحجيم، فستقل نتيجة التسوية بشكل كبير. عندما لا تصل إلى خط الوسط، بل إلى جانب بكرة التوجيه، تنخفض قوة اللحام. ويتم ذلك بوضع المقاومة في قطعة الأنبوب أسفل المحث، بحيث يتزامن رأسها مع خط الوسط لأسطوانة البثق، أو يتم تعديله بمقدار 20 إلى 40 مم في اتجاه التشكيل، مما يزيد من المقاومة العكسية للأنبوب، ويقلل من فقدان تيار الدوران، ويقلل من قوة اللحام.