Os principais parâmetros do processo de soldagem de tubos com costura reta de alta frequência incluem aporte térmico de soldagem, pressão de soldagem, velocidade de soldagem, ângulo de abertura, posição e tamanho da bobina de indução, posição da impedância, etc. Esses parâmetros têm um grande impacto na melhoria da qualidade, eficiência da produção e capacidade unitária dos tubos soldados por alta frequência. O ajuste adequado de diversos parâmetros permite aos fabricantes obter benefícios econômicos consideráveis.
1. Entrada de calor de soldagem
Na soldagem de tubos com costura reta de alta frequência, a potência de soldagem determina a quantidade de calor fornecida. Quando as condições externas são certas e o calor fornecido é insuficiente, a borda da tira de aço aquecida não atinge a temperatura de soldagem e permanece com uma estrutura sólida, formando uma solda fria ou até mesmo falhando na fusão. A falha na fusão ocorre devido à baixa entrada de calor. Durante a detecção, esse estado de falha na fusão geralmente se manifesta como um teste de achatamento reprovado, ruptura do tubo de aço durante o teste de pressão de água ou trincas na solda durante o endireitamento do tubo de aço, o que representa um defeito mais grave. Além disso, a qualidade da borda da tira também afeta a entrada de calor. Por exemplo, quando há rebarbas na borda da tira, essas rebarbas podem causar faíscas antes de atingirem o ponto de soldagem do rolo de compressão, resultando em perda de potência de soldagem e redução da entrada de calor, formando assim uma solda fria ou sem fusão. Quando a entrada de calor é excessiva, a borda da tira aquecida excede a temperatura de soldagem, resultando em superaquecimento ou até mesmo queima. A solda também pode trincar após ser submetida a tensão e, às vezes, o metal fundido pode espirrar e formar furos devido à ruptura da solda. Furos de areia e furos formados por excesso de calor se manifestam principalmente como reprovação no teste de achatamento a 90°, reprovação no teste de impacto e rompimento ou vazamento do tubo de aço durante o teste de pressão com água.
2. Pressão de soldagem (redução)
A pressão de soldagem é um dos principais parâmetros do processo de soldagem. Após a borda da tira ser aquecida até a temperatura de soldagem, os átomos de metal se combinam sob a força de extrusão do rolo de compressão para formar uma solda. A magnitude da pressão de soldagem afeta a resistência e a tenacidade da solda. Se a pressão aplicada for muito baixa, a borda da solda não se funde completamente e os óxidos metálicos residuais na solda não são expelidos, formando inclusões. Isso resulta em uma redução significativa da resistência à tração da solda, que fica propensa a trincas após ser submetida a tensão. Por outro lado, se a pressão aplicada for muito alta, a maior parte do metal que atinge a temperatura de soldagem é expelida, o que não só reduz a resistência e a tenacidade da solda, como também produz defeitos como rebarbas internas e externas excessivas ou soldas sobrepostas.
A pressão de soldagem é geralmente medida e avaliada pela variação do diâmetro do tubo de aço antes e depois do rolo de extrusão, bem como pelo tamanho e formato das rebarbas. A força de extrusão na soldagem influencia o formato das rebarbas. Se a extrusão for muito grande, haverá respingos e o metal fundido extrudado será abundante, resultando em rebarbas grandes e com formato irregular em ambos os lados da solda. Se a extrusão for muito pequena, quase não haverá respingos e as rebarbas serão pequenas e aglomeradas. Quando a extrusão for moderada, as rebarbas extrudadas serão eretas, com altura geralmente controlada entre 2,5 e 3 mm. Se a extrusão for controlada adequadamente, o ângulo de fluxo do metal na solda será simétrico em relação à vertical e à esquerda, variando entre 55° e 65°. O formato da solda apresenta um fluxo metálico uniforme quando a extrusão é controlada corretamente.
3. Velocidade de soldagem
A velocidade de soldagem também é um dos principais parâmetros do processo de soldagem. Ela está relacionada ao sistema de aquecimento, à velocidade de deformação da solda e à velocidade de cristalização dos átomos do metal. Para soldagem de alta frequência, a qualidade da solda melhora com o aumento da velocidade de soldagem. Isso ocorre porque a redução do tempo de aquecimento torna a largura da zona de aquecimento da borda mais estreita e diminui o tempo de formação do óxido metálico. Se a velocidade de soldagem for reduzida, não apenas a zona de aquecimento se torna mais larga, ou seja, a zona afetada pelo calor da solda se torna mais ampla, mas também a largura da zona de fusão varia com a mudança do calor fornecido, e a rebarba interna formada é maior. A largura da linha de fusão em diferentes velocidades de soldagem também varia. Ao soldar em baixa velocidade, a soldagem torna-se mais difícil devido à correspondente redução do calor fornecido. Ao mesmo tempo, é fácil causar uma série de defeitos devido à qualidade da borda da chapa e a outros fatores externos, como a impedância magnética e o tamanho do ângulo de abertura. Portanto, ao soldar em alta frequência, a velocidade de soldagem mais rápida possível deve ser selecionada de acordo com as especificações do produto, considerando as condições permitidas pela capacidade da unidade e pelo equipamento de soldagem.
4. Ângulo de abertura
O ângulo de abertura, também chamado de ângulo V de soldagem, refere-se ao ângulo da borda da tira antes do rolo de extrusão, conforme mostrado na Figura 6. Normalmente, o ângulo de abertura varia entre 3° e 6°. O tamanho do ângulo de abertura é determinado principalmente pela posição do rolo guia e pela espessura da chapa guia. O tamanho do ângulo V tem grande influência na estabilidade e na qualidade da soldagem. Quando o ângulo V é reduzido, a distância entre as bordas da tira diminui, intensificando o efeito de proximidade da corrente de alta frequência, o que pode reduzir a potência de soldagem, aumentar a velocidade de soldagem e melhorar a produtividade. Um ângulo de abertura muito pequeno leva à soldagem prematura, ou seja, o ponto de solda é comprimido e fundido antes de atingir a temperatura, o que facilita a formação de defeitos como inclusões e solda fria na solda, reduzindo a qualidade da mesma. Embora o aumento do ângulo V aumente o consumo de energia, ele pode garantir a estabilidade do aquecimento da borda da tira sob certas condições, reduzir a perda de calor na borda e diminuir a zona afetada pelo calor. Na produção real, para garantir a qualidade da solda, o ângulo em V é geralmente controlado entre 4° e 5°.
5. Dimensões e posição da bobina de indução
A bobina de indução é uma ferramenta importante na soldagem por indução de alta frequência, e seu tamanho e posição afetam diretamente a eficiência da produção.
A potência transmitida pela bobina de indução para o tubo de aço é proporcional ao quadrado da distância entre a bobina e o tubo. Se essa distância for muito grande, a eficiência da produção será drasticamente reduzida. Se for muito pequena, há maior probabilidade de faíscas com a superfície do tubo ou de danos causados pela cabeça do tubo. Normalmente, a distância entre a superfície interna da bobina de indução e o corpo do tubo é de aproximadamente 10 mm. A largura da bobina de indução é selecionada de acordo com o diâmetro externo do tubo de aço. Se a bobina for muito larga, sua indutância diminuirá, a tensão no sensor também diminuirá e a potência de saída será reduzida; se for muito estreita, a potência de saída aumentará, mas as perdas ativas no tubo e na bobina também aumentarão. Geralmente, a largura ideal da bobina de indução é de 1 a 1,5D (onde D é o diâmetro externo do tubo de aço).
A distância entre a extremidade frontal da bobina de indução e o centro do rolo de extrusão deve ser igual ou ligeiramente maior que o diâmetro do tubo, ou seja, entre 1 e 1,2D é o valor mais adequado. Se a distância for muito grande, o efeito de proximidade do ângulo de abertura será reduzido, resultando em uma distância de aquecimento da borda muito longa, o que impede que o ponto de soldagem atinja uma temperatura de soldagem mais alta; se a distância for muito pequena, o rolo de extrusão gerará mais calor por indução e reduzirá sua vida útil.
6. Função e posição da impedância
A barra magnética de impedância é utilizada para reduzir a corrente de alta frequência que flui para a parte traseira do tubo de aço e, ao mesmo tempo, concentrar a corrente para aquecer o ângulo em V da tira de aço, garantindo que o calor não seja perdido devido ao aquecimento do corpo do tubo. Se não houver resfriamento adequado, a barra magnética ultrapassará sua temperatura de Curie (cerca de 300 °C) e perderá o magnetismo. Sem a impedância, a corrente e o calor induzido se dispersarão por todo o corpo do tubo, aumentando a potência de soldagem e causando o superaquecimento do mesmo. O efeito térmico da presença ou ausência de uma impedância no tubo em bruto é significativo. O posicionamento da impedância influencia consideravelmente a velocidade e a qualidade da soldagem. A prática comprovou que, quando a extremidade frontal da impedância está exatamente na linha central do rolo de extrusão, os resultados de achatamento são satisfatórios. Quando ultrapassa a linha central do rolo de extrusão e se estende para a lateral da máquina de dimensionamento, o resultado de achatamento é significativamente reduzido. Quando a impedância não atinge a linha central, mas sim a lateral do rolo guia, a resistência da soldagem será reduzida. A solução é posicionar a impedância no tubo sob o indutor, de forma que sua extremidade coincida com a linha central do rolo de extrusão ou seja ajustada de 20 a 40 mm na direção de conformação. Isso aumenta a impedância na parte traseira do tubo, reduz as perdas por corrente circulante e, consequentemente, a resistência da soldagem.
Data da publicação: 08/10/2024