の生産においてステンレス鋼管ステンレス鋼管の製造では、まず平鋼帯を成形し、次に円筒状に成形します。成形後、管の継ぎ目を溶接する必要があります。この溶接は部品の成形性に大きく影響します。したがって、製造業界の厳しい試験要件を満たす溶接プロファイルを得るには、適切な溶接技術を選択することが極めて重要です。ガスタングステンアーク溶接（GTAW）、高周波（HF）溶接、レーザー溶接は、ステンレス鋼管の製造に広く利用されてきました。
高周波誘導溶接
高周波接触溶接と高周波誘導溶接では、電流を供給する機器と押し出し力を供給する機器が独立しています。また、どちらの方法でも、棒磁石を使用できます。棒磁石は管体内に配置された軟磁性体で、溶接フローをストリップの端に集中させるのに役立ちます。 どちらの場合も、ストリップは切断および洗浄されてから巻き取られ、溶接点に送られます。さらに、加熱プロセスで使用される誘導コイルを冷却するために冷却剤が使用されます。最後に、押し出しプロセスでもいくらかの冷却剤が使用されます。 ここでは、溶接領域に気孔が生じないように、スクイーズプーリーに大きな力が加えられますが、スクイーズ力が高すぎるとバリ（または溶接ビード）が増加します。そのため、特別に設計されたナイフを使用して管の内側と外側のバリを取り除きます。
高周波溶接プロセスの主な利点は、鋼管の高速加工を可能にすることです。しかし、多くの固相鍛造品と同様に、高周波溶接継手は従来の非破壊検査（NDT）では信頼性の高い検査ができません。低強度接合部の平坦で薄い部分に溶接割れが発生する可能性があり、従来の方法では検出できないため、要求の厳しい自動車用途では信頼性に欠ける可能性があります。
ガスタングステンアーク溶接(GTAW)
従来、パイプメーカーは溶接工程をガスタングステンアーク溶接（GTAW）で完了させてきました。GTAWは、2本の非消耗性タングステン電極間に溶接アークを発生させます。同時に、トーチから不活性シールドガスが導入され、電極をシールドし、イオン化プラズマ流を生成して溶融池を保護します。これは、再現性の高い高品質の溶接を実現する確立されたプロセスです。このプロセスの利点は、再現性、スパッタフリー溶接、そして気孔の除去です。GTAWは電気伝導プロセスと考えられているため、相対的に見てプロセス時間は比較的長くなります。
高周波アークパルス
近年、高速スイッチとも呼ばれるGTAW溶接電源は、10,000Hzを超えるアークパルスを可能にしています。鋼管加工工場のお客様は、この新技術の恩恵を受けています。高周波アークパルスは、従来のGTAWと比較して5倍のアーク下向き圧力をもたらします。得られる主な改善点としては、破裂強度の向上、溶接ライン速度の高速化、スクラップの削減などが挙げられます。しかし、鋼管メーカーのお客様は、この溶接プロセスで得られる溶接プロファイルを縮小する必要があることにすぐに気付きました。さらに、溶接速度は依然として比較的遅いままです。
レーザー溶接
あらゆる鋼管溶接アプリケーションでは、クランプブラケットを使用して鋼管のエッジを一緒に押し付けると、鋼帯のエッジが溶融して凝固します。しかし、レーザー溶接のユニークな特性は、その高いエネルギービーム密度です。レーザービームは材料の表面層を溶融するだけでなく、キーホールを作成し、狭い溶接ビードプロファイルをもたらします。GTAW技術などの1 MW / cm2未満の電力密度では、キーホールを生成するのに十分なエネルギー密度が生成されません。したがって、キーホールレスプロセスでは、広く浅い溶接プロファイルが得られます。レーザー溶接の高精度により、より効率的な溶け込みが実現され、結晶粒の成長が抑えられ、金属組織品質が向上します。一方、GTAWでは熱エネルギー入力が高く、冷却プロセスが遅いため、溶接構造が粗くなります。
一般的に、レーザー溶接プロセスはGTAWよりも高速で、不良率は同じですが、前者は金属組織特性が優れているため、破裂強度が高く、成形性が高くなると考えられています。高周波溶接と比較すると、レーザーは酸化せずに材料を処理するため、スクラップ率が低くなり、成形性が高くなります。スポットサイズの影響：ステンレス鋼管工場の溶接では、溶接深さは鋼管の厚さによって決まります。したがって、生産目標は、溶接幅を狭くしながら速度を向上させることで成形性を向上させることです。最適なレーザーを選択する際には、ビーム品質だけでなく、ミルの精度も考慮する必要があります。さらに、パイプミルの寸法誤差が影響を与える前に、光スポットを小さくすることの制限をまず考慮する必要があります。
鋼管溶接には特有の寸法上の問題が数多くありますが、溶接に影響を与える主な要因は溶接ボックス（より具体的には溶接コイル）のシームです。溶接のために鋼板が形成されると、鋼板の隙間、溶接部の重大／軽微な位置ずれ、溶接部の中心線変動といった溶接特性が現れます。隙間は、溶融池を形成するために使用される材料の量を決定します。圧力が高すぎると、鋼管の上部または内径に余分な材料が残ります。一方、溶接部の重大／軽微な位置ずれは、溶接プロファイルの不良につながる可能性があります。さらに、溶接ボックスを通過後、鋼管はさらにトリミングされます。これには、サイズ調整と形状調整が含まれます。一方で、追加作業によって一部の重大／軽微な溶接欠陥を除去することは可能ですが、すべてを除去することは不可能でしょう。もちろん、私たちは欠陥ゼロを目指しています。一般的な目安として、溶接欠陥は材料の厚さの5%を超えてはなりません。この値を超えると、溶接製品の強度に影響を及ぼします。
最後に、高品質のステンレス鋼管の製造には、溶接中心線の存在が重要です。自動車市場における成形性への関心の高まりは、熱影響部（HAZ）の縮小と溶接プロファイルの縮小のニーズに直接関連しています。これは、レーザー技術の発展、すなわちビーム品質の向上によるスポットサイズの縮小を促進しています。スポットサイズの縮小が進むにつれて、継ぎ目中心線のスキャン精度にさらに注意を払う必要があります。一般的に、鋼管メーカーはこの偏差を可能な限り低減しようとしますが、実際には0.2mm（0.008インチ）の偏差を達成することは非常に困難です。
ここで、シームトラッキングシステムの必要性が浮上します。最も一般的なトラッキング技術は、機械式スキャンとレーザー式スキャンの2つです。機械式システムでは、プローブを用いてシーム上流の溶接プールに接触しますが、プローブは埃や摩耗、振動にさらされます。これらのシステムの精度は0.25mm（0.01インチ）であり、高ビーム品質のレーザー溶接には不十分です。一方、レーザーシームトラッキングは必要な精度を達成できます。一般的に、レーザー光またはレーザースポットが溶接面に投影され、得られた画像がCMOSカメラにフィードバックされます。カメラはアルゴリズムを用いて溶接部、接合不良、ギャップの位置を特定します。撮影速度は重要ですが、レーザーシームトラッカーには、溶接部の位置を正確に把握するのに十分な速度のコントローラーと、レーザーフォーカスヘッドをシームの真上に移動させるために必要な閉ループ制御機能が必要です。したがって、シームトラッキングの精度は重要ですが、応答時間も重要です。
一般的に、シームトラッキング技術は十分に発展しており、鋼管メーカーはより高品質のレーザービームを用いて、より成形性の高いステンレス鋼管を製造できるようになりました。そのため、レーザー溶接は、溶接速度を維持または向上させながら、溶接部の気孔率を低減し、溶接プロファイルを縮小するために利用されています。拡散冷却スラブレーザーなどのレーザーシステムは、ビーム品質を向上させ、溶接幅を狭めることで成形性をさらに向上させています。この進歩により、鋼管工場では、より厳格な寸法制御とレーザーシームトラッキングの必要性が高まっています。
投稿日時: 2022年12月2日