การวิเคราะห์ปัจจัยที่มีผลต่อกระบวนการเชื่อมท่อตะเข็บตรงความถี่สูง

พารามิเตอร์กระบวนการหลักของความถี่สูงท่อเชื่อมตะเข็บตรงพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ปริมาณความร้อนในการเชื่อม แรงดันในการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม ขนาดมุมเปิด ตำแหน่งและขนาดของขดลวดเหนี่ยวนำ ตำแหน่งของตัวต้านทาน เป็นต้น ล้วนมีผลกระทบอย่างมากต่อการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ท่อเชื่อมความถี่สูง ประสิทธิภาพการผลิต และกำลังการผลิตต่อหน่วย การปรับพารามิเตอร์ต่างๆ ให้เหมาะสมจะช่วยให้ผู้ผลิตได้รับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก

1. ปริมาณความร้อนในการเชื่อม: ในการเชื่อมท่อแบบตะเข็บตรงด้วยความถี่สูง กำลังการเชื่อมเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนในการเชื่อม เมื่อเงื่อนไขภายนอกแน่นอน แต่ปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าไปไม่เพียงพอ ขอบของแผ่นโลหะที่ได้รับความร้อนจะไม่สามารถถึงอุณหภูมิการเชื่อมได้ และยังคงเป็นโครงสร้างแข็งที่เกิดการเชื่อมเย็นหรือไม่สามารถหลอมรวมกันได้ ความสับสนนี้เกิดจากปริมาณความร้อนในการเชื่อมที่น้อยเกินไป

การเชื่อมที่ไม่หลอมรวมกันอย่างสมบูรณ์ระหว่างการตรวจสอบ มักจะแสดงออกมาในรูปแบบของการทดสอบการแบนที่ไม่ผ่าน การแตกของท่อเหล็กในระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ หรือการแตกร้าวของรอยเชื่อมในระหว่างการดัดท่อเหล็ก ซึ่งถือเป็นข้อบกพร่องร้ายแรง นอกจากนี้ คุณภาพของขอบแผ่นเหล็กยังส่งผลต่อปริมาณความร้อนที่ใช้ในการเชื่อมด้วย ตัวอย่างเช่น หากมีเสี้ยนอยู่ที่ขอบแผ่นเหล็ก เสี้ยนเหล่านั้นจะทำให้เกิดประกายไฟก่อนที่จะเข้าสู่จุดเชื่อมของลูกกลิ้งบีบ ทำให้กำลังการเชื่อมลดลงและลดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าไป ส่งผลให้การเชื่อมไม่หลอมรวมกันหรือเกิดการเชื่อมเย็น เมื่อความร้อนที่ป้อนเข้าไปสูงเกินไป ขอบของแผ่นเหล็กที่ร้อนจะเกินอุณหภูมิการเชื่อม ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือแม้กระทั่งไหม้เกรียม รอยเชื่อมจะแตกร้าวหลังจากได้รับแรงกด บางครั้งโลหะหลอมเหลวจะกระเด็นและเกิดเป็นรูเนื่องจากการแตกร้าวของรอยเชื่อม การเกิดตุ่มและรูเกิดจากความร้อนที่ป้อนเข้าไปมากเกินไป ในระหว่างการตรวจสอบ ข้อบกพร่องเหล่านี้ส่วนใหญ่จะปรากฏให้เห็นในรูปแบบของการไม่ผ่านการทดสอบการดัดให้แบน 90 องศา การไม่ผ่านการทดสอบแรงกระแทก และการแตกหรือรั่วของท่อเหล็กในระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ

2. แรงดันในการเชื่อม (การลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง): แรงดันในการเชื่อมเป็นพารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อม หลังจากที่ขอบของแผ่นโลหะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิการเชื่อม อะตอมของโลหะจะรวมตัวกันภายใต้แรงดันจากลูกกลิ้งบีบอัดเพื่อสร้างรอยเชื่อม ขนาดของแรงดันในการเชื่อมส่งผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม หากแรงดันในการเชื่อมที่ใช้มีขนาดเล็กเกินไป ขอบของรอยเชื่อมจะไม่สามารถหลอมรวมกันได้อย่างสมบูรณ์ และออกไซด์ของโลหะที่เหลืออยู่ในรอยเชื่อมจะไม่สามารถถูกกำจัดออกไปและก่อให้เกิดสิ่งเจือปน ส่งผลให้ความแข็งแรงดึงของรอยเชื่อมลดลงอย่างมากและรอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวหลังจากรับแรงดึง หากแรงดันในการเชื่อมที่ใช้มีขนาดใหญ่เกินไป โลหะส่วนใหญ่ที่ถึงอุณหภูมิการเชื่อมจะถูกบีบอัด ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น ครีบภายในและภายนอกมากเกินไป หรือการเชื่อมซ้อน

โดยทั่วไปแล้ว แรงดันในการเชื่อมจะวัดและประเมินจากการลดลงของเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเหล็กก่อนและหลังลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป รวมถึงขนาดและรูปร่างของครีบที่เกิดขึ้น ผลกระทบของแรงอัดขึ้นรูปต่อรูปร่างของครีบ หากปริมาณการอัดขึ้นรูปมากเกินไป จะเกิดการกระเด็นของโลหะมาก และโลหะหลอมเหลวที่ถูกอัดขึ้นรูปจะมีขนาดใหญ่ ครีบจะมีขนาดใหญ่และเอียงไปด้านข้างทั้งสองด้านของรอยเชื่อม หากปริมาณการอัดขึ้นรูปน้อยเกินไป จะแทบไม่มีการกระเด็นของโลหะ และครีบจะมีขนาดเล็กและกองรวมกัน หากปริมาณการอัดขึ้นรูปอยู่ในระดับที่เหมาะสม ครีบที่ถูกอัดขึ้นรูปจะตั้งตรง และความสูงโดยทั่วไปจะควบคุมอยู่ที่ 2.5~3 มม. หากควบคุมปริมาณการอัดขึ้นรูปอย่างเหมาะสม มุมการไหลของโลหะในรอยเชื่อมจะสมมาตรขึ้นลงซ้ายขวา โดยมีมุมอยู่ที่ 55°~65° รูปร่างของรอยเชื่อมจะเป็นไปตามแนวการไหลของโลหะเมื่อปริมาณการอัดขึ้นรูปถูกควบคุมอย่างเหมาะสม

3. ความเร็วในการเชื่อม: ความเร็วในการเชื่อมเป็นพารามิเตอร์หลักอีกอย่างหนึ่งของกระบวนการเชื่อม มันเกี่ยวข้องกับระบบทำความร้อน ความเร็วในการเปลี่ยนรูปของรอยเชื่อม และความเร็วในการตกผลึกของอะตอมโลหะ สำหรับการเชื่อมด้วยความถี่สูง คุณภาพการเชื่อมจะดีขึ้นเมื่อความเร็วในการเชื่อมเพิ่มขึ้น เนื่องจากการลดเวลาในการทำความร้อนจะทำให้ความกว้างของบริเวณทำความร้อนที่ขอบแคบลง และลดเวลาในการเกิดออกไซด์ของโลหะ หากลดความเร็วในการเชื่อมลง ไม่เพียงแต่บริเวณทำความร้อนจะกว้างขึ้นเท่านั้น แต่บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของรอยเชื่อมก็จะกว้างขึ้นด้วย ความกว้างของบริเวณหลอมเหลวก็จะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของความร้อนที่ป้อนเข้าไป และครีบภายในที่เกิดขึ้นก็จะใหญ่ขึ้นด้วย ความกว้างของแนวหลอมเหลวที่ความเร็วในการเชื่อมที่แตกต่างกันนั้นแตกต่างกัน ในระหว่างการเชื่อมด้วยความเร็วต่ำ การลดความร้อนที่ป้อนเข้าไปจะทำให้การเชื่อมทำได้ยากขึ้น ในขณะเดียวกันก็ได้รับผลกระทบจากคุณภาพของขอบแผ่นโลหะและปัจจัยภายนอกอื่นๆ เช่น สนามแม่เหล็กของตัวต้านทาน ขนาดของมุมเปิด ฯลฯ ซึ่งอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ ได้ง่าย ดังนั้น ในระหว่างการเชื่อมด้วยความถี่สูง ควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับการผลิต โดยคำนึงถึงข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์และข้อจำกัดต่างๆ ที่เครื่องและอุปกรณ์เชื่อมเอื้ออำนวย

4. มุมเปิด: มุมเปิดเรียกอีกอย่างว่ามุมตัววีสำหรับการเชื่อม ซึ่งหมายถึงมุมระหว่างขอบของแผ่นโลหะด้านหน้าลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป ดังแสดงในรูปที่ 6 โดยปกติมุมเปิดจะอยู่ระหว่าง 3° ถึง 6° และขนาดของมุมเปิดส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยตำแหน่งของลูกกลิ้งนำทางและความหนาของแผ่นนำทาง ขนาดของมุมตัววีมีผลอย่างมากต่อความเสถียรและคุณภาพของการเชื่อม เมื่อมุมตัววีลดลง ระยะห่างระหว่างขอบของแผ่นโลหะจะลดลง ทำให้เพิ่มผลกระทบจากความใกล้ชิดของกระแสความถี่สูง ซึ่งสามารถลดกำลังการเชื่อมหรือเพิ่มความเร็วในการเชื่อมและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต หากมุมเปิดเล็กเกินไป จะทำให้เกิดการเชื่อมก่อนกำหนด กล่าวคือ จุดเชื่อมจะถูกบีบและหลอมละลายก่อนที่จะถึงอุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งจะทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น สิ่งเจือปนและการเชื่อมเย็นในรอยเชื่อม ลดคุณภาพของรอยเชื่อม แม้ว่าการเพิ่มมุมตัววีจะเพิ่มการใช้พลังงาน แต่ภายใต้เงื่อนไขบางประการ สามารถรับประกันความเสถียรของการให้ความร้อนที่ขอบแผ่นโลหะ ลดการสูญเสียความร้อนที่ขอบ และลดพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้ ในการผลิตจริง เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของรอยเชื่อม โดยทั่วไปมุม V จะถูกควบคุมไว้ที่ 4° ถึง 5°

5. ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำ: ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นเครื่องมือสำคัญในการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง ขนาดและตำแหน่งของขดลวดมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต

กำลังไฟฟ้าที่ส่งผ่านจากขดลวดเหนี่ยวนำไปยังท่อเหล็กนั้นแปรผันตรงกับกำลังสองของช่องว่างบนพื้นผิวของท่อเหล็ก หากช่องว่างกว้างเกินไป ประสิทธิภาพการผลิตจะลดลงอย่างมาก หากช่องว่างแคบเกินไป ขดลวดจะติดไฟได้ง่ายกับพื้นผิวของท่อเหล็ก หรืออาจเสียหายจากท่อเหล็กได้ โดยปกติแล้ว พื้นผิวด้านในของขดลวดเหนี่ยวนำจะสัมผัสกับตัวท่อ ช่องว่างที่เลือกควรมีขนาดประมาณ 10 มม. ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำจะเลือกตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก หากขดลวดเหนี่ยวนำกว้างเกินไป ค่าความเหนี่ยวนำจะลดลง แรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำก็จะลดลง และกำลังไฟฟ้าที่ได้จะลดลง หากขดลวดเหนี่ยวนำแคบเกินไป กำลังไฟฟ้าที่ได้จะเพิ่มขึ้น แต่การสูญเสียพลังงานในท่อและขดลวดเหนี่ยวนำก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน โดยทั่วไป ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำที่เหมาะสมที่สุดคือ 1 ถึง 1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก)

ระยะห่างระหว่างปลายด้านหน้าของขดลวดเหนี่ยวนำและศูนย์กลางของลูกกลิ้งบีบอัดควรเท่ากับหรือใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย กล่าวคือ 1 ถึง 1.2D จะเหมาะสมกว่า หากระยะห่างมากเกินไป ผลกระทบจากมุมเปิดจะลดลง ทำให้ระยะการให้ความร้อนที่ขอบยาวเกินไป ทำให้ไม่สามารถได้อุณหภูมิการเชื่อมที่สูงขึ้นที่รอยเชื่อมได้ หากระยะห่างน้อยเกินไป ลูกกลิ้งบีบอัดจะสร้างความร้อนเหนี่ยวนำสูงขึ้น ลดอายุการใช้งานของลูกกลิ้ง

6. หน้าที่และตำแหน่งของตัวต้านทาน: แม่เหล็กตัวต้านทานใช้เพื่อลดการไหลของกระแสความถี่สูงไปยังด้านหลังของท่อเหล็ก และในขณะเดียวกันก็รวมกระแสเพื่อทำให้เหล็กแผ่นรูปตัว V ร้อนขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนจะไม่สูญเสียไปเนื่องจากความร้อนของตัวท่อ หากการระบายความร้อนไม่เพียงพอ แท่งแม่เหล็กจะเกินอุณหภูมิคูรี (ประมาณ 300°C) และสูญเสียอำนาจแม่เหล็ก หากไม่มีตัวต้านทาน กระแสและความร้อนที่เกิดขึ้นจะกระจายไปทั่วทั้งท่อ ทำให้กำลังการเชื่อมเพิ่มขึ้นและทำให้ท่อร้อนเกินไป ตัวต้านทานไม่มีผลกระทบทางความร้อนในชิ้นงานท่อ การวางตำแหน่งของตัวต้านทานมีผลอย่างมากต่อความเร็วในการเชื่อม แต่ยังรวมถึงคุณภาพการเชื่อมด้วย จากการปฏิบัติจริงพบว่า เมื่อปลายด้านหน้าของตัวต้านทานอยู่ตรงกลางของลูกกลิ้งอัดพอดี ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นการเชื่อมแบบแบนราบ เมื่อยื่นออกไปนอกเส้นศูนย์กลางของลูกกลิ้งอัดไปทางด้านข้างของเครื่องปรับขนาด ผลกระทบของการเชื่อมแบบแบนราบจะลดลงอย่างมาก เมื่อตำแหน่งของตัวต้านทานอยู่ต่ำกว่าเส้นกึ่งกลางแต่ด้านใดด้านหนึ่งของลูกกลิ้งนำทาง ความแข็งแรงในการเชื่อมจะลดลง ตำแหน่งที่เหมาะสมคือการวางตัวต้านทานไว้ในท่อเปล่าใต้ตัวเหนี่ยวนำ และหัวของตัวต้านทานตรงกับเส้นกึ่งกลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป หรือปรับให้ห่างออกไป 20 ถึง 40 มม. ในทิศทางการขึ้นรูป ซึ่งจะช่วยเพิ่มความต้านทานย้อนกลับในท่อ ลดการสูญเสียกระแสหมุนเวียน และลดกำลังการเชื่อม