การวิเคราะห์องค์ประกอบกระบวนการที่มีผลต่อท่อเชื่อมตามยาวความถี่สูง

พารามิเตอร์กระบวนการหลักของท่อเชื่อมตะเข็บตรงความถี่สูงซึ่งรวมถึงความร้อนในการเชื่อม แรงดันในการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม มุมเปิด ตำแหน่งและขนาดของขดลวดเหนี่ยวนำ ตำแหน่งของอิมพีแดนซ์ ฯลฯ พารามิเตอร์เหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ท่อเชื่อมความถี่สูง ประสิทธิภาพการผลิต และกำลังการผลิตต่อหน่วย การจับคู่พารามิเตอร์ต่างๆ จะช่วยให้ผู้ผลิตได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก

1 อินพุตความร้อนในการเชื่อม
ในการเชื่อมท่อเชื่อมตะเข็บตรงความถี่สูง กำลังเชื่อมจะเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า เมื่อสภาวะภายนอกคงที่และความร้อนที่ป้อนเข้าไม่เพียงพอ ขอบของแผ่นเชื่อมที่ได้รับความร้อนจะไม่ถึงอุณหภูมิการเชื่อม และยังคงรักษาโครงสร้างที่แข็งแกร่งจนเกิดเป็นรอยเชื่อมเย็นที่ไม่สามารถหลอมรวมได้ การขาดการหลอมรวมนี้เกิดจากการใช้ความร้อนที่ป้อนเข้าน้อยเกินไป การขาดการหลอมรวมนี้มักปรากฏให้เห็นในรูปแบบของความล้มเหลวในการทดสอบการทำให้แบนราบ ท่อเหล็กแตกระหว่างการทดสอบไฮดรอลิก หรือการแตกร้าวของรอยเชื่อมเมื่อยืดท่อเหล็กให้ตรง ซึ่งถือเป็นข้อบกพร่องที่ร้ายแรง นอกจากนี้ ความร้อนที่ป้อนเข้ายังได้รับผลกระทบจากคุณภาพของขอบแผ่นเชื่อมด้วย ตัวอย่างเช่น เมื่อมีเสี้ยนที่ขอบแผ่นเชื่อม เสี้ยนจะทำให้เกิดการติดไฟก่อนที่จะเข้าสู่จุดเชื่อมของลูกกลิ้งรีด ส่งผลให้กำลังเชื่อมลดลงและความร้อนที่ป้อนเข้าน้อย ส่งผลให้รอยเชื่อมไม่หลอมรวมหรือรอยเชื่อมเย็น เมื่อความร้อนเข้าสูงเกินไป ขอบของแผ่นเชื่อมที่ได้รับความร้อนจะร้อนเกินอุณหภูมิในการเชื่อม ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรืออาจถึงขั้นไหม้เกรียม รอยเชื่อมจะแตกร้าวหลังจากรับแรงดึง และบางครั้งโลหะหลอมเหลวจะกระเด็นและเกิดเป็นรูเนื่องจากรอยเชื่อมแตก รูทรายและรูที่เกิดจากความร้อนเข้าสูงเกินไป ข้อบกพร่องเหล่านี้ส่วนใหญ่มักปรากฏให้เห็นจากการทดสอบการแบนราบ 90° ที่ไม่ได้มาตรฐาน การทดสอบแรงกระแทกที่ไม่ได้มาตรฐาน และการแตกหรือรั่วของท่อเหล็กระหว่างการทดสอบระบบไฮดรอลิก

2 แรงดันในการเชื่อม (ลดเส้นผ่านศูนย์กลาง)
แรงดันในการเชื่อมเป็นพารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อม หลังจากที่ขอบของแผ่นโลหะถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิการเชื่อม อะตอมของโลหะจะรวมตัวกันเพื่อสร้างรอยเชื่อมภายใต้แรงอัดของลูกกลิ้งอัด ขนาดของแรงดันในการเชื่อมมีผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม หากแรงดันในการเชื่อมต่ำเกินไป ขอบเชื่อมจะไม่สามารถหลอมรวมได้อย่างสมบูรณ์ และออกไซด์ของโลหะที่เหลืออยู่ในรอยเชื่อมจะไม่สามารถถูกปล่อยออกมาเป็นสารเจือปน ซึ่งจะลดความต้านทานแรงดึงของรอยเชื่อมลงอย่างมาก และรอยเชื่อมจะแตกได้ง่ายหลังจากรับแรงเค้น หากแรงดันในการเชื่อมสูงเกินไป โลหะส่วนใหญ่ที่ถึงจุดอุณหภูมิการเชื่อมจะถูกอัด ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รอยเชื่อมภายในและภายนอกที่มากเกินไป หรือรอยเชื่อมแบบทับ (Lap Welding) โดยทั่วไปแล้ว แรงดันในการเชื่อมจะถูกวัดและประเมินโดยการเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเหล็กก่อนและหลังลูกกลิ้งอัด รวมถึงขนาดและรูปร่างของรอยเชื่อม ผลของแรงอัดในการเชื่อมต่อรูปร่างของรอยเชื่อม การอัดขึ้นรูปชิ้นงานเชื่อมมากเกินไป สะเก็ดโลหะมีขนาดใหญ่ และโลหะหลอมเหลวที่ถูกอัดขึ้นรูปมีปริมาณมาก เศษโลหะมีขนาดใหญ่และพลิกคว่ำทั้งสองด้านของรอยเชื่อม ปริมาณการอัดขึ้นรูปน้อยเกินไป แทบไม่มีการกระเด็น และเศษโลหะมีขนาดเล็กและกองรวมกัน ปริมาณการอัดขึ้นรูป เมื่ออยู่ในระดับปานกลาง เศษโลหะที่อัดขึ้นรูปจะตั้งตรง และความสูงโดยทั่วไปจะถูกควบคุมไว้ที่ 2.5-3 มม. หากควบคุมปริมาณการอัดขึ้นรูปชิ้นงานเชื่อมได้อย่างถูกต้อง มุมของรอยเชื่อมจะสมมาตรจากบนลงล่าง ซ้ายและขวา และมุมจะอยู่ที่ 55-65° เมื่อควบคุมปริมาณการอัดขึ้นรูปได้อย่างถูกต้อง โลหะจะปรับรูปทรงของรอยเชื่อมให้เพรียวขึ้น

ความเร็วในการเชื่อม 3 ระดับ
ความเร็วในการเชื่อมยังเป็นปัจจัยหลักของกระบวนการเชื่อม ซึ่งเกี่ยวข้องกับระบบทำความร้อน ความเร็วในการเสียรูปของรอยเชื่อม และความเร็วในการตกผลึกของอะตอมโลหะ สำหรับการเชื่อมความถี่สูง คุณภาพการเชื่อมจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วในการเชื่อมที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากระยะเวลาในการให้ความร้อนที่สั้นลงทำให้ความกว้างของบริเวณขอบเชื่อมแคบลง และลดเวลาในการขึ้นรูปโลหะออกไซด์ หากความเร็วในการเชื่อมลดลง ไม่เพียงแต่บริเวณขอบเชื่อมจะกว้างขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของรอยเชื่อมจะกว้างขึ้น และความกว้างของบริเวณหลอมเหลวจะเปลี่ยนแปลงไปตามความร้อนที่ป้อนเข้า ส่งผลให้เสี้ยนภายในที่เกิดขึ้นมีขนาดใหญ่ขึ้นด้วย ความกว้างของเส้นหลอมที่ความเร็วการเชื่อมที่แตกต่างกัน เมื่อเชื่อมด้วยความเร็วต่ำ ความร้อนที่ป้อนเข้าจะลดลง อาจทำให้เกิดปัญหาในการเชื่อมได้ ขณะเดียวกัน คุณภาพของขอบเชื่อมและปัจจัยภายนอกอื่นๆ เช่น ความต้านทานแม่เหล็ก ขนาดมุมเปิด ฯลฯ ได้รับผลกระทบจากปัจจัยเหล่านี้ จึงทำให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ ได้ง่าย ดังนั้นในระหว่างการเชื่อมความถี่สูง ควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่เร็วที่สุดสำหรับการผลิตตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ภายใต้เงื่อนไขที่อนุญาตตามความจุต่อหน่วยและอุปกรณ์เชื่อม

มุมเปิด 4 มุม
มุมเปิดเรียกอีกอย่างว่ามุม V ของการเชื่อม ซึ่งหมายถึงมุมระหว่างขอบของแผ่นเชื่อมก่อนถึงลูกกลิ้งรีด ดังแสดงในรูปที่ 6 โดยทั่วไปมุมเปิดจะแตกต่างกันระหว่าง 3° ถึง 6° และขนาดของมุมเปิดส่วนใหญ่กำหนดโดยตำแหน่งของลูกกลิ้งนำและความหนาของแผ่นนำ ขนาดของมุม V มีอิทธิพลอย่างมากต่อเสถียรภาพในการเชื่อมและคุณภาพการเชื่อม เมื่อมุม V ลดลง ระยะห่างของขอบของแผ่นเชื่อมจะลดลง ทำให้ผลกระทบของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงจากระยะใกล้เพิ่มขึ้น ซึ่งสามารถลดกำลังในการเชื่อมหรือเพิ่มความเร็วในการเชื่อมและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต หากมุมเปิดแคบเกินไป จะทำให้การเชื่อมเร็วขึ้น กล่าวคือ จุดเชื่อมจะถูกบีบและหลอมละลายก่อนที่จะถึงอุณหภูมิที่กำหนด และเกิดการปนเปื้อนและรอยเชื่อมเย็นได้ง่าย ซึ่งลดคุณภาพของรอยเชื่อม แม้ว่าการใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มมุม V แต่สามารถรับประกันความเสถียรของความร้อนที่ขอบของแผ่นเชื่อมภายใต้เงื่อนไขบางประการ ลดการสูญเสียความร้อนที่ขอบ และลดบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ในการผลิตจริง เพื่อรับประกันคุณภาพของรอยเชื่อม โดยทั่วไปมุม V จะถูกควบคุมไว้ที่ 4-5 องศา

5 ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำ
ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นเครื่องมือสำคัญในการเชื่อมด้วยไฟฟ้าเหนี่ยวนำความถี่สูง ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต กำลังไฟฟ้าที่ขดลวดเหนี่ยวนำส่งผ่านไปยังท่อเหล็กเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของช่องว่างผิวของท่อเหล็ก หากช่องว่างมีขนาดใหญ่เกินไป ประสิทธิภาพการผลิตจะลดลงอย่างมาก ช่องว่างควรอยู่ที่ประมาณ 10 มม. ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำควรเลือกตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก หากขดลวดเหนี่ยวนำกว้างเกินไป ค่าความเหนี่ยวนำจะลดลง แรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำจะลดลง และกำลังไฟฟ้าขาออกจะลดลง หากขดลวดเหนี่ยวนำแคบเกินไป กำลังไฟฟ้าขาออกจะเพิ่มขึ้น แต่การสูญเสียกำลังไฟฟ้าขาออกของท่อและขดลวดเหนี่ยวนำจะลดลงด้วย โดยทั่วไป ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำจะอยู่ระหว่าง 1-1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก) ซึ่งเหมาะสมกว่า ระยะห่างระหว่างปลายด้านหน้าของขดลวดเหนี่ยวนำและจุดศูนย์กลางของลูกกลิ้งรีดขึ้นรูปควรเท่ากับหรือมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย กล่าวคือ 1-1.2D จะเหมาะสมกว่า หากระยะห่างมากเกินไป ผลกระทบจากมุมเปิดจะลดลง ส่งผลให้ระยะความร้อนที่ขอบยาวเกินไป ทำให้จุดบัดกรีไม่สามารถรับอุณหภูมิในการเชื่อมที่สูงขึ้นได้ อายุการใช้งานยาวนานขึ้น

6 บทบาทและตำแหน่งของตัวต้านทาน
แท่งแม่เหล็ก Emperor ถูกใช้เพื่อลดกระแสความถี่สูงที่ไหลไปยังด้านหลังของท่อเหล็ก และในขณะเดียวกันก็รวมกระแสเพื่อให้ความร้อนแก่แผ่นเหล็กที่มุม V เพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนจะไม่สูญเสียไปเนื่องจากความร้อนที่ตัวท่อ หากไม่ได้ระบายความร้อน แท่งแม่เหล็กจะเกินอุณหภูมิคูรี (ประมาณ 300 องศาเซลเซียส) และสูญเสียความเป็นแม่เหล็ก หากไม่มีตัวต้านทาน กระแสและความร้อนเหนี่ยวนำจะกระจายไปทั่วทั้งตัวท่อ เพิ่มกำลังในการเชื่อมและทำให้ตัวท่อร้อนเกินไป ตัวต้านทานไม่มีผลต่อความร้อนในท่อเปล่า ตำแหน่งของตัวต้านทานมีอิทธิพลอย่างมากต่อความเร็วในการเชื่อมและคุณภาพการเชื่อม การปฏิบัติได้พิสูจน์แล้วว่าเมื่อตำแหน่งของปลายด้านหน้าของตัวต้านทานอยู่ตรงแนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งรีดพอดี ผลลัพธ์ของการทำให้แบนราบจะดีที่สุด เมื่อเกินแนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งบีบและยื่นออกไปด้านข้างของเครื่องคัดขนาด ผลลัพธ์ของการทำให้แบนราบจะลดลงอย่างมาก เมื่อค่าความต้านทานต่ำกว่าเส้นกึ่งกลางและอยู่ด้านข้างของลูกกลิ้งนำ ความแข็งแรงในการเชื่อมจะลดลง ตำแหน่งคือให้อิมพีแดนซ์อยู่ในช่องว่างของท่อใต้ตัวเหนี่ยวนำ และส่วนหัวของท่อจะตรงกับเส้นกึ่งกลางของลูกกลิ้งรีด หรือปรับให้อยู่ในทิศทางการขึ้นรูป 20-40 มม. ซึ่งจะช่วยเพิ่มอิมพีแดนซ์ด้านหลังของท่อ ลดการสูญเสียกระแสไฟฟ้าหมุนเวียน และลดกำลังในการเชื่อม

7 บทสรุป
(1) การควบคุมความร้อนในการเชื่อมอย่างเหมาะสมสามารถทำให้คุณภาพการเชื่อมสูงขึ้นได้
(2) โดยทั่วไปแล้ว การควบคุมปริมาณการอัดรีดให้อยู่ที่ 2.5-3 มม. ถือว่าเหมาะสม ครีบที่อัดรีดจะตั้งตรง ทำให้รอยเชื่อมมีความเหนียวและแรงดึงสูง
(3) ควบคุมมุมเชื่อม V ที่ 4°~5° และผลิตความเร็วในการเชื่อมให้สูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ภายใต้เงื่อนไขที่ความจุของหน่วยและอุปกรณ์เชื่อมอนุญาต ซึ่งสามารถลดการเกิดข้อบกพร่องบางประการและได้คุณภาพการเชื่อมที่ดี
(4) ความกว้างของคอยล์เหนี่ยวนำคือ 1-1.5D ของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก และระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของลูกกลิ้งรีดคือ 1-1.2D ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(5) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลายด้านหน้าของตัวต้านทานอยู่ที่แนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งบีบพอดี เพื่อให้ได้รับแรงดึงเชื่อมสูงและเอฟเฟกต์การทำให้แบนราบได้ดี