생산에서스테인리스 스틸 튜브먼저 평평한 강판을 성형한 후, 이를 원형 튜브 형태로 만듭니다. 성형이 완료되면 파이프의 이음매를 용접해야 합니다. 이 용접은 부품의 성형성에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 제조 산업의 엄격한 시험 요건을 충족하는 용접 형상을 얻으려면 적절한 용접 기법을 선택하는 것이 매우 중요합니다. 스테인리스 강관 제조에는 가스텅스텐 아크 용접(GTAW), 고주파(HF) 용접, 레이저 용접 등이 모두 적용되어 왔습니다.
고주파 유도용접
고주파 접촉 용접과 고주파 유도 용접에서 전류를 공급하는 장비와 압출력을 제공하는 장비는 서로 독립적입니다.또한 두 방법 모두 튜브 본체 내부에 배치된 연자성 요소인 막대 자석을 사용하여 용접 흐름을 스트립 가장자리에 집중시키는 데 도움이 됩니다.두 경우 모두 스트립을 자르고 세척한 후 말아서 용접 지점으로 보냅니다.또한 가열 공정에 사용되는 유도 코일을 냉각하기 위해 냉각수가 사용됩니다.마지막으로 압출 공정에 일부 냉각수가 사용됩니다.이 경우 용접 영역에 기공이 생성되는 것을 방지하기 위해 스퀴즈 풀리에 많은 힘이 가해지지만 더 많은 스퀴즈 힘을 사용하면 버(또는 용접 비드)가 증가합니다.따라서 특수 설계된 나이프를 사용하여 튜브의 내부와 외부의 버를 제거합니다.
고주파 용접 공정의 주요 장점은 강관의 고속 가공이 가능하다는 것입니다. 그러나 대부분의 고상 단조품에서 흔히 볼 수 있듯이, 고주파 용접 접합부는 기존의 비파괴 검사(NDT)로는 신뢰성 있는 검사가 불가능합니다. 용접 균열은 강도가 낮은 접합부의 평평하고 얇은 부분에서 발생할 수 있으며, 기존 방법으로는 감지할 수 없고, 일부 까다로운 자동차 분야에서는 신뢰성이 떨어질 수 있습니다.
가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)
전통적으로 파이프 제조업체는 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)으로 용접 공정을 완료해 왔습니다. GTAW는 두 개의 비소모성 텅스텐 전극 사이에 용접 아크를 생성합니다. 동시에 토치에서 불활성 차폐 가스가 주입되어 전극을 차폐하고, 이온화된 플라즈마 흐름을 생성하며, 용융 용접 풀을 보호합니다. 이는 반복 가능한 고품질 용접을 생성하는 정립되고 널리 알려진 공정입니다. 이 공정의 장점은 반복성, 스패터 없는 용접, 그리고 기공 제거입니다. GTAW는 전기 전도 공정으로 간주되므로 상대적으로 공정 속도가 느립니다.
고주파 아크 펄스
최근 몇 년 동안 고속 스위치라고도 하는 GTAW 용접 전원은 10,000Hz 이상의 아크 펄스를 허용합니다. 강관 가공 공장의 고객들은 이 새로운 기술의 혜택을 누리고 있는데, 고주파 아크 펄스는 기존 GTAW보다 5배 더 높은 아크 하강 압력을 발생시킵니다. 이러한 기술의 대표적인 개선 사항으로는 파열 강도 증가, 용접선 속도 향상, 그리고 스크랩 감소가 있습니다. 강관 생산업체 고객들은 이 용접 공정으로 얻는 용접 프로파일을 줄여야 한다는 것을 금방 깨달았습니다. 게다가 용접 속도도 여전히 상대적으로 느립니다.
레이저 용접
모든 강관 용접 작업에서 강관 가장자리를 클램핑 브래킷을 사용하여 누르면 강판의 가장자리가 용융되고 응고됩니다. 그러나 레이저 용접의 고유한 특성은 높은 에너지 빔 밀도입니다. 레이저 빔은 재료의 표면층을 용융시킬 뿐만 아니라 키홀을 생성하여 좁은 용접 비드 프로파일을 생성합니다. GTAW 기술과 같이 1MW/cm² 미만의 출력 밀도는 키홀을 생성하기에 충분한 에너지 밀도를 생성하지 못합니다. 따라서 키홀 없는 공정은 넓고 얕은 용접 프로파일을 생성합니다. 레이저 용접의 높은 정밀도는 더 효율적인 용입을 제공하여 입자 성장을 줄이고 더 나은 금속학적 품질을 제공합니다. 반면 GTAW의 높은 열 에너지 입력과 느린 냉각 과정은 거친 용접 구조로 이어집니다.
일반적으로 레이저 용접 공정은 GTAW보다 빠르고, 불량률은 동일하며, 금속학적 특성이 더 우수하여 파열 강도와 성형성이 더 높다고 여겨집니다. 고주파 용접과 비교할 때, 레이저는 산화 없이 재료를 가공하여 스크랩률을 낮추고 성형성을 향상시킵니다. 스팟 크기의 영향: 스테인리스 강관 공장 용접에서 용접 깊이는 강관의 두께에 따라 결정됩니다. 따라서 생산 목표는 용접 폭을 줄이는 동시에 속도를 높여 성형성을 향상시키는 것입니다. 가장 적합한 레이저를 선택할 때는 빔 품질뿐만 아니라 밀의 정확도도 고려해야 합니다. 또한, 파이프 밀의 치수 오차가 영향을 미치기 전에 먼저 광 스팟을 줄이는 한계를 고려해야 합니다.
강관 용접에는 여러 가지 치수 문제가 있지만, 용접에 영향을 미치는 주요 요인은 용접 박스(더 구체적으로는 용접 코일)의 이음매입니다. 용접을 위해 스트립이 형성된 후, 용접 특성에는 스트립 갭, 심각하거나 약간의 용접 오정렬, 그리고 용접 중심선 변화가 포함됩니다. 갭은 용접 풀을 형성하는 데 사용되는 재료의 양을 결정합니다. 과도한 압력은 파이프의 상단 또는 내경에 과도한 재료를 발생시킵니다. 반면, 심각하거나 약간의 용접 오정렬은 용접 프로파일 불량을 초래할 수 있습니다. 또한, 용접 박스를 통과한 후 강관은 추가 트리밍됩니다. 여기에는 크기 조정 및 형상 조정이 포함됩니다. 한편, 추가 작업을 통해 일부 주요/사소한 용접 결함을 제거할 수 있지만, 모든 결함을 제거할 수는 없습니다. 물론, 결함을 완전히 없애는 것이 목표입니다. 일반적으로 용접 결함은 재료 두께의 5%를 초과해서는 안 됩니다. 이 값을 초과하면 용접 제품의 강도에 영향을 미칩니다.
마지막으로, 고품질 스테인리스 강관 생산에는 용접 중심선의 존재가 중요합니다. 자동차 시장에서 성형성에 대한 관심이 높아지는 것은 열영향부(HAZ)의 축소와 용접 단면의 축소에 대한 요구와 직접적인 관련이 있습니다. 이는 레이저 기술 개발, 즉 빔 품질을 개선하여 스팟 크기를 줄이는 데 기여합니다. 스팟 크기가 지속적으로 감소함에 따라, 이음매 중심선 스캐닝의 정확도에 더욱 주의를 기울여야 합니다. 일반적으로 강관 제조업체는 이 편차를 최대한 줄이려고 노력하지만, 실제로는 0.2mm(0.008인치)의 편차를 달성하는 것이 매우 어렵습니다.
이는 심 추적 시스템 사용의 필요성을 제기합니다. 가장 일반적인 두 가지 추적 기술은 기계식 스캐닝과 레이저 스캐닝입니다. 한편, 기계식 시스템은 프로브를 사용하여 심 상류의 용접 풀에 접촉하는데, 이때 프로브는 먼지, 마모성, 진동을 발생시킵니다. 이러한 시스템의 정확도는 0.25mm(0.01인치)로, 고품질 레이저 용접에는 충분하지 않습니다. 반면, 레이저 심 추적은 필요한 정밀도를 달성할 수 있습니다. 일반적으로 레이저 광 또는 레이저 스팟을 용접 표면에 투사하고, 그 결과 생성된 이미지를 CMOS 카메라로 전송합니다. 카메라는 알고리즘을 사용하여 용접, 오접합, 갭의 위치를 파악합니다. 이미징 속도도 중요하지만, 레이저 심 추적기는 레이저 초점 헤드를 심 바로 위로 이동시키는 데 필요한 폐루프 제어를 제공하면서 용접 위치를 정확하게 수집할 수 있을 만큼 빠른 컨트롤러를 갖춰야 합니다. 따라서 심 추적의 정확도는 중요하지만, 응답 시간 또한 중요합니다.
일반적으로 심 추적 기술은 강관 제조업체가 고품질 레이저 빔을 활용하여 더욱 성형성이 뛰어난 스테인리스 강관을 생산할 수 있을 만큼 충분히 발전했습니다. 따라서 레이저 용접은 용접 속도를 유지하거나 증가시키면서 용접부의 기공률을 줄이고 용접 단면을 줄이는 데 활용되고 있습니다. 확산 냉각 슬래브 레이저와 같은 레이저 시스템은 빔 품질을 향상시키고 용접 폭을 줄임으로써 성형성을 더욱 향상시킵니다. 이러한 발전으로 인해 강관 공장에서는 더욱 엄격한 치수 관리와 레이저 심 추적이 필요하게 되었습니다.
게시 시간: 2022년 12월 2일