Kemajuan dalam pemrosesan material telah menghadirkan peluang unik di bidang produksi pipa baja tahan karat. Aplikasi tipikal meliputi pipa knalpot, pipa bahan bakar, injektor bahan bakar, dan komponen lainnya. Dalam produksi pipa baja tahan karat, strip baja pipih dibentuk terlebih dahulu, kemudian bentuknya dibuat menjadi tabung bulat. Setelah terbentuk, sambungan tabung harus dilas. Pengelasan ini sangat memengaruhi kemampuan pembentukan bagian tersebut. Oleh karena itu, sangat penting untuk memilih teknik pengelasan yang tepat untuk mendapatkan profil pengelasan yang dapat memenuhi persyaratan pengujian yang ketat di industri manufaktur. Tidak diragukan lagi bahwa pengelasan busur tungsten gas (GTAW), pengelasan frekuensi tinggi (HF), dan pengelasan laser masing-masing telah diterapkan dalam pembuatan pipa baja tahan karat.
Pengelasan induksi frekuensi tinggi
Pada pengelasan kontak frekuensi tinggi dan pengelasan induksi frekuensi tinggi, peralatan yang menyediakan arus dan peralatan yang menyediakan gaya tekan bersifat independen satu sama lain. Selain itu, kedua metode tersebut dapat menggunakan magnet batang, yaitu elemen magnetik lunak yang ditempatkan di dalam badan tabung, yang membantu memusatkan aliran pengelasan di tepi strip.
Dalam kedua kasus tersebut, strip dipotong dan dibersihkan, digulung, dan dikirim ke titik pengelasan. Selain itu, cairan pendingin digunakan untuk mendinginkan kumparan induksi yang digunakan dalam proses pemanasan. Terakhir, sebagian cairan pendingin akan digunakan untuk proses ekstrusi. Di sini, banyak gaya diterapkan pada puli penekan untuk menghindari terbentuknya porositas di area pengelasan; namun, penggunaan gaya tekan yang lebih tinggi akan menghasilkan peningkatan gerinda (atau manik las). Oleh karena itu, pisau yang dirancang khusus digunakan untuk menghilangkan gerinda di bagian dalam dan luar tabung.
Keunggulan utama dari proses pengelasan frekuensi tinggi adalah kemampuannya untuk memungkinkan pemesinan tabung baja dengan kecepatan tinggi. Namun, seperti yang lazim terjadi pada sebagian besar sambungan tempa fase padat, sambungan las frekuensi tinggi tidak mudah diuji secara andal menggunakan teknik non-destruktif (NDT) konvensional. Retakan las dapat terjadi di area datar dan tipis pada sambungan berkekuatan rendah yang tidak dapat dideteksi menggunakan metode tradisional dan mungkin kurang andal dalam beberapa aplikasi otomotif yang menuntut.
Pengelasan busur tungsten gas (GTAW)
Secara tradisional, produsen pipa baja telah memilih pengelasan busur tungsten gas (GTAW) untuk menyelesaikan proses pengelasan. GTAW menciptakan busur listrik antara dua elektroda tungsten yang tidak habis pakai. Pada saat yang sama, gas pelindung inert dimasukkan dari obor untuk melindungi elektroda, menghasilkan aliran plasma terionisasi, dan melindungi kolam las cair. Ini adalah proses yang mapan dan dipahami yang akan menghasilkan proses pengelasan berkualitas tinggi yang dapat diulang.
Keunggulan dari proses ini adalah pengulangan yang baik, pengelasan tanpa percikan, dan penghilangan porositas. GTAW dianggap sebagai proses konduksi listrik, sehingga, secara relatif, prosesnya relatif lambat.
Pulsa busur frekuensi tinggi
Dalam beberapa tahun terakhir, sumber daya pengelasan GTAW, yang juga dikenal sebagai sakelar kecepatan tinggi, telah memungkinkan pulsa busur lebih dari 10.000 Hz. Pelanggan pabrik pengolahan pipa baja mendapat manfaat dari teknologi baru ini, pulsa busur frekuensi tinggi menyebabkan tekanan ke bawah busur yang lima kali lebih besar daripada GTAW konvensional. Peningkatan yang nyata meliputi peningkatan kekuatan pecah, kecepatan jalur pengelasan yang lebih cepat, dan pengurangan limbah.
Pelanggan dari produsen pipa baja tersebut dengan cepat menyadari bahwa profil las yang dihasilkan dari proses pengelasan ini perlu dikurangi. Selain itu, kecepatan pengelasannya masih relatif lambat.
Pengelasan laser
Dalam semua aplikasi pengelasan pipa baja, tepi strip baja dilelehkan dan dipadatkan ketika tepi pipa baja ditekan bersama menggunakan braket penjepit. Namun, sifat unik pengelasan laser adalah kepadatan pancaran energinya yang tinggi. Pancaran laser tidak hanya melelehkan lapisan permukaan material tetapi juga menciptakan lubang kunci sehingga profil las sangat sempit. Kepadatan daya di bawah 1 MW/cm2, seperti teknologi GTAW, tidak menghasilkan kepadatan energi yang cukup untuk menghasilkan lubang kunci. Dengan cara ini, proses tanpa lubang kunci menghasilkan profil las yang lebar dan dangkal. Presisi tinggi pengelasan laser menghasilkan penetrasi yang lebih efisien, yang pada gilirannya mengurangi pertumbuhan butir dan menghasilkan kualitas metalografi yang lebih baik; di sisi lain, masukan energi termal yang lebih tinggi dan proses pendinginan yang lebih lambat dari GTAW menyebabkan konstruksi las yang kasar.
Secara umum, proses pengelasan laser dianggap lebih cepat daripada GTAW, keduanya memiliki tingkat kerusakan yang sama, dan yang pertama menghasilkan sifat metalografi yang lebih baik, yang mengarah pada kekuatan pecah yang lebih tinggi dan kemampuan pembentukan yang lebih tinggi. Dibandingkan dengan pengelasan frekuensi tinggi, tidak terjadi oksidasi selama pemrosesan laser pada material, yang menghasilkan tingkat kerusakan yang lebih rendah dan kemampuan pembentukan yang lebih tinggi. Pengaruh ukuran titik: Dalam pengelasan pipa baja tahan karat di pabrik, kedalaman pengelasan ditentukan oleh ketebalan pipa baja. Dengan cara ini, tujuan produksi adalah untuk meningkatkan kemampuan pembentukan dengan mengurangi lebar las, sambil mencapai kecepatan yang lebih tinggi. Saat memilih laser yang paling sesuai, seseorang tidak hanya harus mempertimbangkan kualitas pancaran, tetapi juga akurasi mesin. Selain itu, batasan pengurangan titik harus dipertimbangkan sebelum kesalahan dimensi mesin pipa dapat berperan.
Terdapat banyak masalah dimensi khusus pada pengelasan pipa baja, namun faktor utama yang memengaruhi pengelasan adalah sambungan pada kotak las (lebih spesifiknya, gulungan las). Setelah strip terbentuk dan siap untuk dilas, karakteristik las meliputi celah strip, ketidaksejajaran las yang parah/ringan, dan perubahan garis tengah las. Celah menentukan berapa banyak material yang digunakan untuk membentuk kolam las. Tekanan yang terlalu tinggi akan mengakibatkan kelebihan material di bagian atas atau diameter dalam pipa. Di sisi lain, ketidaksejajaran las yang parah atau ringan dapat mengakibatkan profil las yang buruk. Selain itu, setelah melewati kotak las, pipa baja akan dipangkas lebih lanjut. Ini termasuk penyesuaian ukuran dan penyesuaian bentuk. Di sisi lain, pekerjaan tambahan dapat menghilangkan beberapa cacat las yang serius/ringan, tetapi mungkin tidak semuanya. Tentu saja, kita ingin mencapai nol cacat. Sebagai aturan umum, cacat las tidak boleh melebihi lima persen dari ketebalan material. Melebihi nilai ini akan memengaruhi kekuatan produk las.
Terakhir, keberadaan garis tengah las sangat penting untuk produksi pipa baja tahan karat berkualitas tinggi. Dengan semakin meningkatnya penekanan pada kemampuan pembentukan di pasar otomotif, terdapat korelasi langsung antara kebutuhan akan zona yang terpengaruh panas (HAZ) yang lebih kecil dan pengurangan profil las. Hal ini, pada gilirannya, telah menyebabkan kemajuan dalam teknologi laser yang meningkatkan kualitas pancaran untuk mengurangi ukuran titik. Karena ukuran titik terus mengecil, kita perlu lebih memperhatikan akurasi pemindaian garis tengah sambungan. Secara umum, produsen pipa baja akan mencoba mengurangi penyimpangan ini sebanyak mungkin, tetapi dalam praktiknya, sangat sulit untuk mencapai penyimpangan 0,2 mm (0,008 inci). Hal ini menimbulkan kebutuhan untuk menggunakan sistem pelacakan sambungan. Dua teknik pelacakan yang paling umum adalah pemindaian mekanis dan pemindaian laser. Di satu sisi, sistem mekanis menggunakan probe untuk menyentuh sambungan di hulu kolam las, yang rentan terhadap debu, keausan, dan getaran. Akurasi sistem ini adalah 0,25 mm (0,01 inci), yang tidak cukup presisi untuk pengelasan laser dengan kualitas pancaran tinggi.
Di sisi lain, pelacakan sambungan las laser dapat mencapai akurasi yang dibutuhkan. Biasanya, sinar laser atau titik laser diproyeksikan ke permukaan las, dan gambar yang dihasilkan dikirim kembali ke kamera CMOS, yang menggunakan algoritma untuk menentukan lokasi las, sambungan yang tidak tepat, dan celah. Meskipun kecepatan pencitraan penting, pelacak sambungan las laser harus memiliki pengontrol yang cukup cepat untuk secara akurat mengkompilasi posisi las sambil menyediakan kontrol loop tertutup yang diperlukan untuk menggerakkan kepala fokus laser langsung di atas sambungan. Oleh karena itu, akurasi pelacakan sambungan las sangat penting, begitu pula waktu responsnya.
Secara umum, teknologi pelacakan sambungan sudah cukup berkembang sehingga memungkinkan produsen pipa baja untuk menggunakan sinar laser berkualitas lebih tinggi guna menghasilkan pipa baja tahan karat yang lebih mudah dibentuk. Akibatnya, pengelasan laser telah menemukan tempatnya untuk mengurangi porositas las dan mengurangi profil las sambil mempertahankan atau meningkatkan kecepatan pengelasan. Sistem laser, seperti laser slab berpendingin difusi, telah meningkatkan kualitas sinar, yang selanjutnya meningkatkan kemampuan pembentukan dengan mengurangi lebar las. Perkembangan ini telah menyebabkan kebutuhan akan kontrol dimensi yang lebih ketat dan pelacakan sambungan laser di pabrik pipa baja.
Waktu posting: 29 Agustus 2022