В производстветрубы из нержавеющей сталиСначала формируется плоская стальная полоса, которая затем принимает форму круглой трубы. После формирования швы трубы необходимо сварить. Эта сварка существенно влияет на формуемость детали. Поэтому выбор правильной технологии сварки чрезвычайно важен для получения профиля сварного шва, соответствующего строгим требованиям испытаний в обрабатывающей промышленности. Несомненно, в производстве труб из нержавеющей стали применяются газовольфрамовая дуговая сварка (GTAW), высокочастотная сварка (HF) и лазерная сварка.
Высокочастотная индукционная сварка
При высокочастотной контактной сварке и высокочастотной индукционной сварке оборудование, подающее ток, и оборудование, создающее усилие экструзии, независимы друг от друга. Кроме того, в обоих методах может использоваться стержневой магнит — мягкий магнитный элемент, помещенный внутрь корпуса трубы, который помогает сфокусировать сварочный поток на краю полосы. В обоих случаях полоса разрезается и очищается перед тем, как быть свернутой и отправленной к месту сварки. Кроме того, для охлаждения индукционных катушек, используемых в процессе нагрева, используется охлаждающая жидкость. Наконец, некоторое количество охлаждающей жидкости используется в процессе экструзии. Здесь к зажимному шкиву прикладывается большое усилие, чтобы избежать образования пористости в зоне сварки; однако использование большего усилия сжатия приведет к увеличению заусенцев (или сварочных валиков). Поэтому для удаления заусенцев с внутренней и внешней стороны трубы используются специально разработанные ножи.
Главное преимущество высокочастотной сварки заключается в возможности высокоскоростной обработки стальных труб. Однако, как это типично для большинства кованых изделий, сварные соединения, полученные высокочастотной сваркой, не могут быть надежно проверены с помощью традиционных неразрушающих методов контроля (НК). В плоских, тонких участках низкопрочных соединений могут возникать трещины, которые невозможно обнаружить традиционными методами, и которые могут оказаться недостаточно надежными в некоторых сложных областях применения в автомобильной промышленности.
Газо-вольфрамовая дуговая сварка (GTAW)
Традиционно производители труб выбирают для сварки газодуговую сварку вольфрамовым электродом (GTAW). При GTAW сварочная дуга создается между двумя неплавящимися вольфрамовыми электродами. Одновременно из горелки подается инертный защитный газ для защиты электродов, генерации потока ионизированной плазмы и защиты расплавленной сварочной ванны. Это проверенный и понятный процесс, позволяющий получать высококачественные сварные швы с высокой степенью повторяемости. Преимуществами этого процесса являются повторяемость, сварка без разбрызгивания и устранение пористости. GTAW считается процессом электропроводности, поэтому, относительно говоря, он относительно медленный.
высокочастотный дуговой импульс
В последние годы сварочные аппараты GTAW, также известные как высокоскоростные переключатели, позволяют использовать дуговые импульсы с частотой более 10 000 Гц. Заказчики на предприятиях по переработке стальных труб получают выгоду от этой новой технологии, где высокочастотные дуговые импульсы приводят к пятикратному увеличению давления дуги по сравнению с традиционной сваркой GTAW. Типичные улучшения включают повышение прочности на разрыв, увеличение скорости сварки и снижение количества брака. Заказчики производителей стальных труб быстро обнаружили, что профиль сварного шва, получаемый этим методом сварки, необходимо уменьшить. Кроме того, скорость сварки по-прежнему относительно низкая.
Лазерная сварка
При всех видах сварки стальных труб края стальной полосы расплавляются и затвердевают, когда края стальной трубы сжимаются с помощью зажимных скоб. Однако уникальное свойство лазерной сварки — высокая плотность энергии луча. Лазерный луч не только расплавляет поверхностный слой материала, но и создает сквозное отверстие, что приводит к узкому профилю сварного шва. Плотность мощности ниже 1 МВт/см², как в технологии GTAW, не обеспечивает достаточной плотности энергии для образования сквозных отверстий. Таким образом, процесс без образования сквозных отверстий приводит к широкому и неглубокому профилю сварного шва. Высокая точность лазерной сварки обеспечивает более эффективное проплавление, что, в свою очередь, уменьшает рост зерен и обеспечивает лучшее металлографическое качество; с другой стороны, более высокая тепловая энергия и более медленный процесс охлаждения при GTAW приводят к грубой сварке.
В целом, считается, что лазерная сварка быстрее, чем GTAW, у них одинаковый процент брака, и первая обеспечивает лучшие металлографические свойства, что приводит к большей прочности на разрыв и лучшей формуемости. По сравнению с высокочастотной сваркой, лазер обрабатывает материалы без окисления, что приводит к меньшему проценту брака и лучшей формуемости. Влияние размера пятна: При сварке труб из нержавеющей стали глубина сварки определяется толщиной стальной трубы. Таким образом, цель производства состоит в улучшении формуемости за счет уменьшения ширины сварного шва при одновременном достижении более высоких скоростей. При выборе наиболее подходящего лазера следует учитывать не только качество луча, но и точность прокатного стана. Кроме того, прежде чем погрешность размеров прокатного стана начнет играть роль, необходимо сначала учесть ограничение, связанное с уменьшением светового пятна.
Существует множество специфических проблем, связанных с размерами при сварке стальных труб, однако основным фактором, влияющим на сварку, является шов в сварочном коробе (точнее, сварочная катушка). После формирования полосы для сварки характеристики сварного шва включают зазоры между полосами, значительное/незначительное смещение сварного шва и отклонение осевой линии шва. Зазор определяет количество материала, используемого для формирования сварочной ванны. Слишком высокое давление приведет к избытку материала на верхней или внутренней поверхности трубы. С другой стороны, значительное или незначительное смещение сварного шва может привести к плохому профилю сварного шва. Кроме того, после прохождения через сварочный короб стальная труба подвергается дальнейшей обрезке. Это включает в себя корректировку размеров и формы. С другой стороны, дополнительные работы могут устранить некоторые основные/незначительные дефекты сварного шва, но, вероятно, не все. Конечно, мы стремимся к нулевому количеству дефектов. Как правило, количество дефектов сварного шва не должно превышать пяти процентов от толщины материала. Превышение этого значения повлияет на прочность сварного изделия.
Наконец, наличие центральной линии сварного шва имеет важное значение для производства высококачественных труб из нержавеющей стали. В связи с растущим вниманием к формуемости на автомобильном рынке возникает необходимость в уменьшении зон термического воздействия (ЗТВ) и уменьшении профиля сварного шва. В свою очередь, это стимулирует развитие лазерных технологий, то есть улучшение качества луча для уменьшения размера пятна. Поскольку размер пятна продолжает уменьшаться, необходимо уделять больше внимания точности сканирования центральной линии шва. Как правило, производители стальных труб стремятся максимально уменьшить это отклонение, но на практике очень сложно достичь отклонения в 0,2 мм (0,008 дюйма).
Это обуславливает необходимость использования системы отслеживания шва. Двумя наиболее распространенными методами отслеживания являются механическое сканирование и лазерное сканирование. С одной стороны, механические системы используют зонды для контакта со сварочной ванной перед швом, где они запыляются, абразивны и вибрируют. Точность этих систем составляет 0,25 мм (0,01 дюйма), чего недостаточно для высококачественной лазерной сварки. С другой стороны, лазерное отслеживание шва позволяет достичь необходимой точности. Как правило, лазерный свет или лазерные пятна проецируются на поверхность сварного шва, а полученное изображение передается на CMOS-камеру, которая использует алгоритмы для определения местоположения сварных швов, несоответствий и зазоров. Хотя скорость получения изображения важна, система лазерного отслеживания шва должна иметь достаточно быстрый контроллер для точного определения положения сварного шва, обеспечивая при этом необходимое замкнутое управление для перемещения фокусирующей головки лазера непосредственно над швом. Таким образом, точность отслеживания шва важна, но не менее важно и время отклика.
В целом, технология отслеживания шва достаточно развита, чтобы позволить производителям стальных труб использовать лазерные лучи более высокого качества для получения более формуемых труб из нержавеющей стали. Таким образом, лазерная сварка нашла применение в снижении пористости сварного шва и уменьшении его профиля при сохранении или увеличении скорости сварки. Лазерные системы, такие как лазеры с диффузионным охлаждением, улучшили качество луча, еще больше улучшив формуемость за счет уменьшения ширины сварного шва. Это развитие привело к необходимости более жесткого контроля размеров и лазерного отслеживания шва на сталепрокатных заводах.
Дата публикации: 02.12.2022