طريقة عملية لحام أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ

في إنتاجأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأيُشكَّل شريط فولاذي مسطح أولًا، ثم يُشكَّل على شكل أنبوب دائري. بعد التشكيل، تُلحم طبقات الأنبوب معًا. يؤثر هذا اللحام بشكل كبير على قابلية تشكيل القطعة. لذلك، يُعد اختيار تقنية اللحام المناسبة أمرًا بالغ الأهمية للحصول على مقطع لحام يلبي متطلبات الاختبار الصارمة في قطاع التصنيع. ولا شك أن لحام قوس التنغستن الغازي (GTAW)، واللحام عالي التردد (HF)، واللحام بالليزر، قد استُخدمت في تصنيع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ.

اللحام الحثي عالي التردد
في لحام التلامس عالي التردد ولحام الحث عالي التردد، تكون المعدات التي توفر التيار والمعدات التي توفر قوة البثق مستقلة عن بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لكلتا الطريقتين استخدام مغناطيس قضيبي، وهو عنصر مغناطيسي ناعم يوضع داخل جسم الأنبوب، مما يساعد على تركيز تدفق اللحام على حافة الشريط. في كلتا الحالتين، يتم قطع الشريط وتنظيفه قبل لفه وإرساله إلى نقطة اللحام. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام سائل التبريد لتبريد ملفات الحث المستخدمة في عملية التسخين. وأخيرًا، سيتم استخدام بعض سائل التبريد في عملية البثق. هنا، يتم تطبيق الكثير من القوة على بكرة الضغط لتجنب تكوين مسامية في منطقة اللحام؛ ومع ذلك، فإن استخدام قوة ضغط أكبر سيؤدي إلى زيادة نتوءات اللحام (أو حبيبات اللحام). لذلك، يتم استخدام سكاكين مصممة خصيصًا لإزالة النتوءات داخل وخارج الأنبوب.

الميزة الرئيسية لعملية اللحام عالي التردد هي أنها تُمكّن من تشغيل الأنابيب الفولاذية بسرعة عالية. ومع ذلك، وكما هو الحال في معظم عمليات التشكيل بالطور الصلب، لا يُمكن اختبار الوصلات الملحومة عالي التردد بشكل موثوق باستخدام تقنيات الفحص غير الإتلافي التقليدية (NDT). قد تحدث شقوق اللحام في المناطق المسطحة والرفيعة من الوصلات منخفضة القوة، والتي لا يُمكن اكتشافها بالطرق التقليدية، وقد تفتقر إلى الموثوقية في بعض تطبيقات السيارات المُتطلبة.

لحام قوس غاز التنغستن (GTAW)
تقليديًا، اختار مصنعو الأنابيب إتمام عملية اللحام باستخدام لحام قوس التنغستن الغازي (GTAW). يُنشئ GTAW قوس لحام بين قطبين من التنغستن غير قابلين للاستهلاك. وفي الوقت نفسه، يُدخل غاز واقي خامل من الشعلة لحماية القطبين، وتوليد تيار بلازما مؤين، وحماية حوض اللحام المنصهر. هذه عملية راسخة ومفهومة تُنتج لحامات عالية الجودة قابلة للتكرار. ومن مزايا هذه العملية إمكانية التكرار، واللحام الخالي من التناثر، والتخلص من المسامية. تُعتبر GTAW عملية توصيل كهربائي، لذا، من الناحية العملية، بطيئة نسبيًا.

نبضة قوسية عالية التردد
في السنوات الأخيرة، سمحت مصادر طاقة لحام GTAW، المعروفة أيضًا باسم مفاتيح السرعة العالية، بنبضات قوسية تزيد عن 10,000 هرتز. يستفيد عملاء مصانع معالجة أنابيب الصلب من هذه التقنية الجديدة، حيث تُنتج نبضات القوس عالية التردد ضغطًا تنازليًا للقوس أكبر بخمس مرات مقارنةً بتقنية GTAW التقليدية. تشمل التحسينات النموذجية زيادة قوة الانفجار، وسرعات أعلى لخطوط اللحام، وتقليل الخردة. سرعان ما اكتشف عملاء مصنعي أنابيب الصلب ضرورة تقليل شكل اللحام الناتج عن عملية اللحام هذه. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال سرعة اللحام بطيئة نسبيًا.

اللحام بالليزر
في جميع تطبيقات لحام الأنابيب الفولاذية، تُصهر حواف الشريط الفولاذي وتُصلب عند ضغطها معًا باستخدام حوامل تثبيت. ومع ذلك، تتميز عملية لحام الليزر بكثافة شعاع الطاقة العالية. لا يقتصر عمل شعاع الليزر على إذابة الطبقة السطحية للمادة فحسب، بل يُنشئ أيضًا ثقبًا رئيسيًا، مما يُنتج شكلًا ضيقًا لخرز اللحام. لا تُنتج كثافات الطاقة التي تقل عن 1 ميجاوات/سم²، مثل تقنية GTAW، كثافة طاقة كافية لإنتاج ثقوب رئيسية. وبالتالي، تُنتج عملية اللحام بدون ثقب رئيسي شكلًا واسعًا وضحلًا. تُوفر الدقة العالية للحام الليزر اختراقًا أكثر كفاءة، مما يُقلل بدوره من نمو الحبيبات ويُحسن جودة المعادن؛ من ناحية أخرى، يؤدي ارتفاع مدخلات الطاقة الحرارية وبطء عملية التبريد في GTAW إلى بناء لحام خشن.

بشكل عام، يُعتقد أن عملية اللحام بالليزر أسرع من اللحام بالغاز والصهر (GTAW)، ولديهما نفس معدل الرفض، ويؤدي الأول إلى خصائص معدنية أفضل، مما يؤدي إلى قوة انفجار أعلى وقابلية تشكيل أعلى. بالمقارنة مع اللحام عالي التردد، يعالج الليزر المواد دون أكسدة، مما ينتج عنه معدلات خردة أقل وقابلية تشكيل أعلى. تأثير حجم البقعة: في لحام مصانع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، يتم تحديد عمق اللحام بسمك الأنبوب الفولاذي. وبالتالي، فإن هدف الإنتاج هو تحسين قابلية التشكيل عن طريق تقليل عرض اللحام مع تحقيق سرعات أعلى. عند اختيار الليزر الأنسب، لا ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار جودة الشعاع فحسب، بل أيضًا دقة المطحنة. بالإضافة إلى ذلك، قبل أن يلعب خطأ أبعاد مطحنة الأنابيب دورًا، يجب مراعاة قيود تقليل بقعة الضوء أولاً.

هناك العديد من مشاكل الأبعاد الخاصة بلحام الأنابيب الفولاذية، إلا أن العامل الرئيسي المؤثر على اللحام هو خط التماس في صندوق اللحام (وبشكل أكثر تحديدًا، ملف اللحام). بعد تشكيل الشريط للحام، تشمل خصائص اللحام فجوات في الشريط، وعدم محاذاة اللحام بشكل كبير أو طفيف، واختلاف خط مركز اللحام. تحدد هذه الفجوة كمية المادة المستخدمة في تشكيل حوض اللحام. سيؤدي الضغط الزائد إلى تراكم فائض من المادة على القطر العلوي أو الداخلي للأنبوب. من ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي عدم محاذاة اللحام بشكل كبير أو طفيف إلى ضعف شكل اللحام. بالإضافة إلى ذلك، بعد مرور الأنبوب الفولاذي عبر صندوق اللحام، سيتم تقليمه بشكل أكبر. يشمل ذلك تعديلات الحجم والشكل. من ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي العمل الإضافي إلى إزالة بعض عيوب اللحام الرئيسية أو الثانوية، ولكن ربما ليس جميعها. بالطبع، نريد تحقيق صفر عيوب. كقاعدة عامة، يجب ألا تتجاوز عيوب اللحام خمسة بالمائة من سمك المادة. سيؤثر تجاوز هذه القيمة على متانة المنتج الملحوم.

وأخيرًا، يُعدّ وجود خط مركزي للحام أمرًا بالغ الأهمية لإنتاج أنابيب فولاذية مقاومة للصدأ عالية الجودة. ويرتبط التركيز المتزايد على قابلية التشكيل في سوق السيارات ارتباطًا مباشرًا بالحاجة إلى مناطق متأثرة بالحرارة (HAZ) أصغر حجمًا ومقاطع لحام أصغر حجمًا. وهذا بدوره يُعزز تطوير تقنية الليزر، أي تحسين جودة الشعاع لتقليل حجم البقعة. ومع استمرار انخفاض حجم البقعة، يجب إيلاء المزيد من الاهتمام لدقة مسح خط مركز اللحام. وبشكل عام، يسعى مصنعو أنابيب الصلب إلى تقليل هذا الانحراف قدر الإمكان، ولكن عمليًا، من الصعب جدًا تحقيق انحراف قدره 0.2 مم (0.008 بوصة).

هذا يثير الحاجة إلى استخدام نظام تتبع اللحامات. أكثر تقنيتي التتبع شيوعًا هما المسح الميكانيكي والمسح بالليزر. من ناحية، تستخدم الأنظمة الميكانيكية مجسات للاتصال بحوض اللحام الواقع أعلى اللحام، حيث تصبح مغبرة وكاشطة وتهتز. تبلغ دقة هذه الأنظمة 0.25 مم (0.01 بوصة)، وهي دقة غير كافية للحام الليزر عالي الجودة. من ناحية أخرى، يمكن لتتبع اللحامات بالليزر تحقيق الدقة المطلوبة. بشكل عام، يُسقط ضوء الليزر أو بقع الليزر على سطح اللحام، وتُعاد الصورة الناتجة إلى كاميرا CMOS، التي تستخدم خوارزميات لتحديد مواقع اللحامات والوصلات الخاطئة والفجوات. على الرغم من أهمية سرعة التصوير، يجب أن يكون لدى جهاز تتبع اللحامات بالليزر وحدة تحكم سريعة بما يكفي لتجميع موضع اللحام بدقة مع توفير التحكم في الحلقة المغلقة اللازم لتحريك رأس تركيز الليزر مباشرة فوق اللحام. لذلك، تُعد دقة تتبع اللحامات مهمة، وكذلك زمن الاستجابة.

بشكل عام، تطورت تقنية تتبع اللحامات بشكل كافٍ، مما سمح لمصنعي أنابيب الصلب باستخدام أشعة ليزر عالية الجودة لإنتاج أنابيب فولاذية مقاومة للصدأ أكثر قابلية للتشكيل. لذلك، أصبح اللحام بالليزر يُستخدم لتقليل مسامية اللحام وتقليل شكله مع الحفاظ على سرعة اللحام أو زيادتها. وقد حسّنت أنظمة الليزر، مثل ليزرات الألواح المبردة بالانتشار، جودة الشعاع، مما زاد من قابلية التشكيل من خلال تقليل عرض اللحام. وقد أدى هذا التطور إلى الحاجة إلى تحكم أدق في الأبعاد وتتبع اللحامات بالليزر في مصانع أنابيب الصلب.