การวิเคราะห์ปัจจัยที่มีผลต่อกระบวนการเชื่อมท่อตะเข็บตรงความถี่สูง

พารามิเตอร์กระบวนการหลักของความถี่สูงท่อเชื่อมตะเข็บตรงปัจจัยต่างๆ เหล่านี้ประกอบด้วย ความร้อนในการเชื่อม แรงดันในการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม ขนาดมุมเปิด ตำแหน่งและขนาดของขดลวดเหนี่ยวนำ ตำแหน่งของตัวต้านทาน ฯลฯ พารามิเตอร์เหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ท่อเชื่อมความถี่สูง ประสิทธิภาพการผลิต และกำลังการผลิตต่อหน่วย การจับคู่พารามิเตอร์ต่างๆ จะช่วยให้ผู้ผลิตได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก

1. ปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าในการเชื่อม: ในการเชื่อมท่อตะเข็บตรงด้วยความถี่สูง กำลังเชื่อมจะเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าในการเชื่อม เมื่อสภาวะภายนอกมีความแน่นอนและความร้อนที่ป้อนเข้าไม่เพียงพอ ขอบของแผ่นเชื่อมที่ได้รับความร้อนจะไม่ถึงอุณหภูมิการเชื่อมและคงอยู่ โครงสร้างที่มั่นคงซึ่งก่อตัวเป็นรอยเชื่อมเย็นจะไม่สามารถหลอมรวมกันได้ ความสับสนที่เกิดจากปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าในการเชื่อมน้อยเกินไป

การขาดการหลอมเหลวระหว่างการตรวจสอบมักปรากฏให้เห็นในรูปแบบของการทดสอบการรีดเรียบที่ล้มเหลว การแตกของท่อเหล็กระหว่างการทดสอบไฮโดรสแตติก หรือการแตกร้าวของรอยเชื่อมระหว่างการยืดท่อเหล็ก ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่ร้ายแรง นอกจากนี้ ความร้อนจากการเชื่อมยังได้รับผลกระทบจากคุณภาพของขอบของแผ่นโลหะด้วย ตัวอย่างเช่น หากมีเสี้ยนที่ขอบของแผ่นโลหะ เสี้ยนจะทำให้เกิดประกายไฟก่อนที่จะเข้าสู่จุดเชื่อมของลูกกลิ้งบีบ ทำให้สูญเสียกำลังในการเชื่อมและลดความร้อนที่ป้อนเข้า ขนาดเล็ก ส่งผลให้เกิดการขาดการหลอมเหลวหรือการเชื่อมเย็น เมื่อความร้อนที่ป้อนเข้าสูงเกินไป ขอบของแผ่นโลหะที่ได้รับความร้อนจะร้อนเกินอุณหภูมิในการเชื่อม ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรืออาจถึงขั้นไหม้เกรียม รอยเชื่อมยังอาจแตกร้าวหลังจากถูกเค้น บางครั้งโลหะหลอมเหลวจะกระเด็นและเกิดเป็นรูเนื่องจากรอยเชื่อมแตก การเกิดตุ่มพองและรูเกิดจากการป้อนความร้อนที่มากเกินไป ระหว่างการตรวจสอบ ข้อบกพร่องเหล่านี้มักปรากฏให้เห็นเป็นความล้มเหลวในการทดสอบการแบน 90° ความล้มเหลวในการทดสอบแรงกระแทก และการระเบิดหรือการรั่วไหลของท่อเหล็กในระหว่างการทดสอบระบบไฮดรอลิก

2. แรงดันในการเชื่อม (การลดเส้นผ่านศูนย์กลาง): แรงดันในการเชื่อมเป็นพารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อม หลังจากที่ขอบของแผ่นโลหะถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิการเชื่อม อะตอมของโลหะจะรวมตัวกันภายใต้แรงอัดของลูกกลิ้งบีบเพื่อสร้างรอยเชื่อม ขนาดของแรงดันในการเชื่อมมีผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม หากแรงดันในการเชื่อมต่ำเกินไป ขอบเชื่อมจะไม่สามารถหลอมรวมได้อย่างสมบูรณ์ และออกไซด์ของโลหะที่เหลืออยู่ในรอยเชื่อมจะไม่สามารถถูกปล่อยออกมาและก่อตัวเป็นสารเจือปน ส่งผลให้ความต้านทานแรงดึงของรอยเชื่อมลดลงอย่างมาก และรอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวหลังจากรับแรงเค้น หากแรงดันในการเชื่อมสูงเกินไป โลหะส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิการเชื่อมจะถูกอัดรีด ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รอยเสี้ยนภายในและภายนอกที่มากเกินไป หรือรอยเชื่อมทับ

โดยทั่วไปแรงกดในการเชื่อมจะวัดและตัดสินโดยการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเหล็กก่อนและหลังลูกกลิ้งรีด และขนาดและรูปร่างของเสี้ยน ผลของแรงกดในการเชื่อมต่อรูปร่างของเสี้ยน ปริมาณการเชื่อมที่ไหลออกมามากเกินไป สะเก็ดโลหะมีขนาดใหญ่ และโลหะหลอมเหลวที่ไหลออกมามีขนาดใหญ่ เสี้ยนมีขนาดใหญ่และพลิกคว่ำทั้งสองด้านของรอยเชื่อม ปริมาณการเชื่อมที่ไหลออกมาน้อยเกินไป แทบไม่มีสะเก็ดโลหะ และเสี้ยนมีขนาดเล็กและกองรวมกัน ปริมาณการเชื่อมที่ไหลออกมา เมื่ออยู่ในระดับปานกลาง เสี้ยนที่ไหลออกมาจะตั้งตรง และโดยทั่วไปจะควบคุมความสูงไว้ที่ 2.5-3 มม. หากควบคุมปริมาณการเชื่อมที่ไหลออกมาได้อย่างถูกต้อง มุมของเส้นเชื่อมจะสมมาตรกันทั้งด้านบน ด้านล่าง ด้านซ้าย และด้านขวา โดยทำมุม 55-65 องศา โลหะจะปรับรูปร่างของรอยเชื่อมให้เพรียวขึ้นเมื่อควบคุมปริมาณการเชื่อมที่ไหลออกมาอย่างเหมาะสม

3. ความเร็วในการเชื่อม: ความเร็วในการเชื่อมเป็นปัจจัยหลักของกระบวนการเชื่อม เกี่ยวข้องกับระบบทำความร้อน ความเร็วในการเสียรูปของรอยเชื่อม และความเร็วในการตกผลึกของอะตอมโลหะ สำหรับการเชื่อมความถี่สูง คุณภาพการเชื่อมจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วในการเชื่อมเพิ่มขึ้น เนื่องจากระยะเวลาในการให้ความร้อนที่สั้นลงทำให้ความกว้างของบริเวณขอบเชื่อมแคบลง และลดระยะเวลาในการเกิดออกไซด์ของโลหะ หากความเร็วในการเชื่อมลดลง ไม่เพียงแต่บริเวณขอบเชื่อมจะกว้างขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของรอยเชื่อมจะกว้างขึ้น ความกว้างของบริเวณหลอมเหลวจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของความร้อนที่ป้อนเข้า และการเกิดเสี้ยนภายในก็จะใหญ่ขึ้นด้วย ความกว้างของเส้นหลอมที่ความเร็วการเชื่อมต่างกัน ในการเชื่อมความเร็วต่ำ ความร้อนที่ป้อนเข้าจะลดลง ซึ่งจะทำให้การเชื่อมทำได้ยาก ในขณะเดียวกัน คุณภาพของขอบเชื่อมและปัจจัยภายนอกอื่นๆ เช่น แม่เหล็กของตัวต้านทาน ขนาดของมุมเปิด ฯลฯ ซึ่งอาจก่อให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ ได้ง่าย ดังนั้นในระหว่างการเชื่อมความถี่สูง ควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่เร็วที่สุดสำหรับการผลิตตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขที่ความจุต่อหน่วยและอุปกรณ์เชื่อมอนุญาต

4. มุมเปิด: มุมเปิดเรียกอีกอย่างว่ามุม V ของแผ่นเชื่อม ซึ่งหมายถึงมุมระหว่างขอบของแผ่นเชื่อมด้านหน้าลูกกลิ้งรีด ดังแสดงในรูปที่ 6 โดยทั่วไปมุมเปิดจะแตกต่างกันระหว่าง 3° ถึง 6° และขนาดของมุมเปิดส่วนใหญ่กำหนดโดยตำแหน่งของลูกกลิ้งนำและความหนาของแผ่นนำ ขนาดของมุม V มีผลอย่างมากต่อเสถียรภาพในการเชื่อมและคุณภาพการเชื่อม เมื่อมุม V ลดลง ระยะห่างระหว่างขอบแผ่นเชื่อมจะลดลง จึงเพิ่มผลกระทบของกระแสไฟฟ้าความถี่สูง ซึ่งสามารถลดกำลังในการเชื่อมหรือเพิ่มความเร็วในการเชื่อมและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต หากมุมเปิดแคบเกินไป จะทำให้การเชื่อมเกิดการหลอมละลายก่อนเวลาอันควร กล่าวคือ จุดเชื่อมจะถูกบีบและหลอมละลายก่อนที่จะถึงอุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งอาจก่อให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น สิ่งเจือปนและการเชื่อมเย็นในรอยเชื่อม ทำให้คุณภาพของรอยเชื่อมลดลง แม้ว่าการเพิ่มมุม V จะเพิ่มการใช้พลังงาน แต่ในบางกรณี สามารถเพิ่มความเสถียรของความร้อนที่ขอบแผ่นเชื่อม ลดการสูญเสียความร้อนที่ขอบ และลดบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนได้ ในการผลิตจริง เพื่อให้แน่ใจถึงคุณภาพของการเชื่อม มุม V จะถูกควบคุมโดยทั่วไปที่ 4° ถึง 5°

5. ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำ: ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นเครื่องมือสำคัญในการเชื่อมด้วยไฟฟ้าเหนี่ยวนำความถี่สูง ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต

กำลังไฟฟ้าที่ขดลวดเหนี่ยวนำส่งผ่านไปยังท่อเหล็กเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของช่องว่างบนพื้นผิวท่อเหล็ก หากช่องว่างมีขนาดใหญ่เกินไป ประสิทธิภาพการผลิตจะลดลงอย่างรวดเร็ว หากช่องว่างมีขนาดเล็กเกินไป อาจทำให้ติดไฟได้ง่ายกับพื้นผิวของท่อเหล็กหรือได้รับความเสียหายจากท่อเหล็ก โดยทั่วไปแล้ว พื้นผิวด้านในของขดลวดเหนี่ยวนำจะสัมผัสกับตัวท่อ ช่องว่างควรอยู่ที่ประมาณ 10 มม. ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำควรเลือกตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก หากขดลวดเหนี่ยวนำกว้างเกินไป ค่าความเหนี่ยวนำจะลดลง แรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำจะลดลง และกำลังไฟฟ้าขาออกจะลดลง หากขดลวดเหนี่ยวนำแคบเกินไป กำลังไฟฟ้าขาออกจะเพิ่มขึ้น แต่การสูญเสียกำลังไฟฟ้าของท่อและขดลวดเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นเช่นกัน โดยทั่วไป ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำจะอยู่ระหว่าง 1 ถึง 1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก) ซึ่งเหมาะสมกว่า

ระยะห่างระหว่างปลายด้านหน้าของขดลวดเหนี่ยวนำและจุดศูนย์กลางของลูกกลิ้งบีบต้องเท่ากับหรือมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย กล่าวคือ 1 ถึง 1.2D จะเหมาะสมกว่า หากระยะห่างมากเกินไป ผลกระทบจากมุมเปิดจะลดลง ทำให้ระยะห่างของความร้อนที่ขอบยาวเกินไป ทำให้ไม่สามารถเชื่อมจุดบัดกรีได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้น หากระยะห่างน้อยเกินไป ลูกกลิ้งรีดจะก่อให้เกิดความร้อนเหนี่ยวนำที่สูงขึ้น ส่งผลให้อายุการใช้งานสั้นลง

6. หน้าที่และตำแหน่งของตัวต้านทาน: แม่เหล็กตัวต้านทานใช้เพื่อลดการไหลของกระแสความถี่สูงไปยังด้านหลังของท่อเหล็ก และในขณะเดียวกันก็รวมกระแสเพื่อให้ความร้อนแก่แผ่นเหล็กที่มุม V เพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนจะไม่สูญเสียไปเนื่องจากความร้อนที่ตัวท่อ หากการระบายความร้อนไม่เพียงพอ แท่งแม่เหล็กจะเกินอุณหภูมิคูรี (ประมาณ 300°C) และสูญเสียความเป็นแม่เหล็ก หากไม่มีตัวต้านทาน กระแสและความร้อนเหนี่ยวนำจะกระจายไปทั่วทั้งท่อ เพิ่มกำลังในการเชื่อมและทำให้ท่อร้อนเกินไป ตัวต้านทานไม่มีผลต่อความร้อนในท่อเปล่า ตำแหน่งของตัวต้านทานมีผลอย่างมากต่อความเร็วในการเชื่อมและคุณภาพการเชื่อม จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อปลายด้านหน้าของตัวต้านทานอยู่ตรงแนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งบีบพอดี ผลลัพธ์ที่ได้คือความแบนราบ เมื่อยื่นออกไปเกินแนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งรีดไปทางด้านข้างของเครื่องคัดขนาด ประสิทธิภาพของความแบนราบจะลดลงอย่างมาก เมื่อค่าความต้านทานต่ำกว่าเส้นกึ่งกลาง แต่อยู่ด้านใดด้านหนึ่งของลูกกลิ้งนำ ความแข็งแรงในการเชื่อมจะลดลง ตำแหน่งคือให้ตัวต้านทานวางอยู่ในช่องว่างของท่อใต้ตัวเหนี่ยวนำ และส่วนหัวของตัวต้านทานต้องตรงกับเส้นกึ่งกลางของลูกกลิ้งรีด หรือปรับค่าความต้านทาน 20 ถึง 40 มม. ในทิศทางการขึ้นรูป ซึ่งจะช่วยเพิ่มความต้านทานย้อนกลับในท่อ ลดการสูญเสียกระแสไฟฟ้าหมุนเวียน และลดกำลังในการเชื่อม