การวิเคราะห์องค์ประกอบกระบวนการที่มีผลต่อท่อเชื่อมตามยาวความถี่สูง

พารามิเตอร์กระบวนการหลักของท่อเชื่อมตะเข็บตรงความถี่สูงปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณความร้อนในการเชื่อม แรงดันในการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม มุมเปิด ตำแหน่งและขนาดของขดลวดเหนี่ยวนำ ตำแหน่งของอิมพีแดนซ์ เป็นต้น พารามิเตอร์เหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อการปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ท่อเชื่อมความถี่สูง ประสิทธิภาพการผลิต และกำลังการผลิตต่อหน่วย การปรับพารามิเตอร์ต่างๆ ให้เหมาะสมจะช่วยให้ผู้ผลิตได้รับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก

1. การป้อนความร้อนในการเชื่อม
ในการเชื่อมท่อเหล็กแบบตะเข็บตรงด้วยความถี่สูง กำลังการเชื่อมจะเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าไป เมื่อสภาวะภายนอกคงที่และความร้อนที่ป้อนเข้าไปไม่เพียงพอ ขอบของแผ่นเหล็กที่ได้รับความร้อนจะไม่สามารถถึงอุณหภูมิการเชื่อมได้ และยังคงรักษาสภาพโครงสร้างแข็งไว้ ​​ทำให้เกิดการเชื่อมเย็นที่ไม่สามารถหลอมรวมกันได้ การไม่หลอมรวมกันนี้เกิดจากความร้อนที่ป้อนเข้าไปน้อยเกินไป ซึ่งมักจะแสดงออกมาในรูปของการไม่ผ่านการทดสอบการดัดให้เรียบ การแตกของท่อเหล็กในระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ หรือการแตกร้าวของรอยเชื่อมเมื่อดัดท่อเหล็กให้ตรง นี่เป็นข้อบกพร่องที่ร้ายแรง นอกจากนี้ คุณภาพของขอบแผ่นเหล็กยังส่งผลต่อความร้อนที่ป้อนเข้าไปด้วย ตัวอย่างเช่น หากมีเสี้ยนอยู่บนขอบแผ่นเหล็ก เสี้ยนเหล่านั้นจะทำให้เกิดการลุกไหม้ก่อนที่ลูกกลิ้งจะเข้าถึงจุดเชื่อม ส่งผลให้กำลังการเชื่อมลดลงและความร้อนที่ป้อนเข้าไปน้อยลง ทำให้เกิดการเชื่อมที่ไม่หลอมรวมกันหรือการเชื่อมเย็น เมื่อความร้อนที่ป้อนเข้าไปสูงเกินไป ขอบของแผ่นโลหะที่ร้อนจะเกินอุณหภูมิการเชื่อม ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือแม้กระทั่งไหม้เกรียม และรอยเชื่อมจะแตกร้าวหลังจากได้รับแรงกด และบางครั้งโลหะหลอมเหลวจะกระเด็นและเกิดเป็นรูเนื่องจากการแตกร้าวของรอยเชื่อม รูที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปเหล่านี้ ส่วนใหญ่จะแสดงออกมาในรูปของการทดสอบการดัดงอ 90° ที่ไม่ผ่านเกณฑ์ การทดสอบแรงกระแทกที่ไม่ผ่านเกณฑ์ และการแตกหรือรั่วของท่อเหล็กในระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ

2. แรงดันในการเชื่อม (การลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง)
แรงดันในการเชื่อมเป็นพารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อม หลังจากที่ขอบของแผ่นโลหะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิการเชื่อม อะตอมของโลหะจะรวมตัวกันเพื่อสร้างรอยเชื่อมภายใต้แรงดันจากลูกกลิ้งอัด แรงดันในการเชื่อมมีผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม หากแรงดันในการเชื่อมที่ใช้มีขนาดเล็กเกินไป ขอบของรอยเชื่อมจะไม่สามารถหลอมรวมกันได้อย่างสมบูรณ์ และออกไซด์ของโลหะที่เหลืออยู่ในรอยเชื่อมจะไม่สามารถถูกกำจัดออกไปเพื่อสร้างสิ่งเจือปน ซึ่งจะลดความแข็งแรงดึงของรอยเชื่อมลงอย่างมาก และรอยเชื่อมจะแตกง่ายหลังจากได้รับแรงกด หากแรงดันในการเชื่อมที่ใช้มีขนาดใหญ่เกินไป โลหะส่วนใหญ่ที่ถึงอุณหภูมิการเชื่อมจะถูกอัดออกมา ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น ครีบภายในและภายนอกมากเกินไป หรือการเชื่อมซ้อน แรงดันในการเชื่อมโดยทั่วไปจะวัดและตัดสินจากความเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเหล็กก่อนและหลังลูกกลิ้งอัด และขนาดและรูปร่างของครีบ ผลกระทบของแรงดันในการเชื่อมต่อรูปร่างของครีบ หากปริมาณการอัดขึ้นรูปจากการเชื่อมมากเกินไป จะเกิดการกระเด็นของโลหะมาก และโลหะหลอมเหลวที่ถูกอัดขึ้นรูปจะมากเกินไป ทำให้เกิดครีบขนาดใหญ่และพลิกคว่ำทั้งสองด้านของรอยเชื่อม หากปริมาณการอัดขึ้นรูปน้อยเกินไป จะแทบไม่มีการกระเด็นของโลหะ และครีบจะมีขนาดเล็กและกองรวมกัน หากปริมาณการอัดขึ้นรูปอยู่ในระดับที่เหมาะสม ครีบที่ถูกอัดขึ้นรูปจะตั้งตรง และความสูงโดยทั่วไปจะควบคุมอยู่ที่ 2.5~3 มม. หากควบคุมปริมาณการอัดขึ้นรูปจากการเชื่อมอย่างเหมาะสม มุมการไหลของโลหะของรอยเชื่อมจะสมมาตรจากบนลงล่าง ซ้ายและขวา และมุมจะอยู่ที่ 55°~65° รูปทรงการไหลของโลหะของรอยเชื่อมจะสวยงามเมื่อควบคุมปริมาณการอัดขึ้นรูปอย่างเหมาะสม

ความเร็วในการเชื่อม 3 ระดับ
ความเร็วในการเชื่อมเป็นพารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อม ซึ่งเกี่ยวข้องกับระบบทำความร้อน ความเร็วในการเปลี่ยนรูปของรอยเชื่อม และความเร็วในการตกผลึกของอะตอมโลหะ สำหรับการเชื่อมด้วยความถี่สูง คุณภาพการเชื่อมจะดีขึ้นเมื่อความเร็วในการเชื่อมเพิ่มขึ้น เนื่องจากเวลาในการทำความร้อนที่สั้นลงจะทำให้ความกว้างของบริเวณทำความร้อนที่ขอบแคบลง และลดเวลาในการเกิดออกไซด์ของโลหะ หากความเร็วในการเชื่อมลดลง ไม่เพียงแต่บริเวณทำความร้อนจะกว้างขึ้นเท่านั้น แต่บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของรอยเชื่อมก็จะกว้างขึ้นด้วย ความกว้างของบริเวณหลอมเหลวก็จะเปลี่ยนแปลงไปตามความร้อนที่ป้อนเข้าไป และครีบภายในที่เกิดขึ้นก็จะใหญ่ขึ้นด้วย ความกว้างของแนวหลอมเหลวที่ความเร็วในการเชื่อมที่แตกต่างกัน เมื่อเชื่อมด้วยความเร็วต่ำ เนื่องจากความร้อนที่ป้อนเข้าไปลดลงตามไปด้วย จะทำให้เกิดความยากลำบากในการเชื่อม ในขณะเดียวกันก็ได้รับผลกระทบจากคุณภาพของขอบแผ่นโลหะและปัจจัยภายนอกอื่นๆ เช่น ความต้านทานแม่เหล็ก ขนาดของมุมเปิด ฯลฯ และอาจทำให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ ได้ง่าย ดังนั้น ในระหว่างการเชื่อมด้วยความถี่สูง ควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่เร็วที่สุดสำหรับการผลิต โดยพิจารณาจากข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ ภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อกำลังการผลิตของอุปกรณ์และเครื่องเชื่อม

มุมเปิด 4 มุม
มุมเปิดหรือที่เรียกว่ามุมตัววีสำหรับการเชื่อม หมายถึงมุมระหว่างขอบของแผ่นโลหะก่อนถึงลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป ดังแสดงในรูปที่ 6 โดยปกติแล้ว มุมเปิดจะอยู่ระหว่าง 3° ถึง 6° และขนาดของมุมเปิดส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยตำแหน่งของลูกกลิ้งนำทางและความหนาของแผ่นนำทาง ขนาดของมุมตัววีมีผลอย่างมากต่อความเสถียรและคุณภาพของการเชื่อม เมื่อมุมตัววีลดลง ระยะห่างของขอบแผ่นโลหะจะลดลง ทำให้ผลกระทบจากกระแสไฟฟ้าความถี่สูงเพิ่มขึ้น ซึ่งสามารถลดกำลังการเชื่อมหรือเพิ่มความเร็วในการเชื่อมและปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต หากมุมเปิดเล็กเกินไป จะทำให้เกิดการเชื่อมก่อนกำหนด กล่าวคือ จุดเชื่อมจะถูกบีบและหลอมละลายก่อนที่จะถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม และง่ายต่อการเกิดสิ่งเจือปนและข้อบกพร่องจากการเชื่อมเย็นในรอยเชื่อม ซึ่งลดคุณภาพของรอยเชื่อม แม้ว่าการใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นเมื่อมุม V เพิ่มขึ้น แต่ก็สามารถรับประกันความเสถียรของการให้ความร้อนที่ขอบของแผ่นโลหะภายใต้เงื่อนไขบางประการ ลดการสูญเสียความร้อนที่ขอบ และลดพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ในการผลิตจริง เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของการเชื่อม มุม V โดยทั่วไปจะถูกควบคุมไว้ที่ 4°~5°

5. ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำ
ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นเครื่องมือสำคัญในการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง และขนาดและตำแหน่งของขดลวดมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต กำลังไฟฟ้าที่ส่งผ่านจากขดลวดเหนี่ยวนำไปยังท่อเหล็กเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของช่องว่างระหว่างผิวท่อเหล็ก หากช่องว่างกว้างเกินไป ประสิทธิภาพการผลิตจะลดลงอย่างมาก โดยทั่วไปจะเลือกช่องว่างประมาณ 10 มม. ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำจะเลือกตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก หากขดลวดเหนี่ยวนำกว้างเกินไป ค่าเหนี่ยวนำจะลดลง แรงดันไฟฟ้าของตัวเหนี่ยวนำก็จะลดลง และกำลังไฟฟ้าที่ได้จะลดลง หากขดลวดเหนี่ยวนำแคบเกินไป กำลังไฟฟ้าที่ได้จะเพิ่มขึ้น แต่การสูญเสียพลังงานในท่อและขดลวดเหนี่ยวนำก็จะลดลงเช่นกัน โดยทั่วไป ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำที่เหมาะสมที่สุดคือ 1-1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก) ระยะห่างระหว่างปลายด้านหน้าของขดลวดเหนี่ยวนำกับศูนย์กลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปควรเท่ากับหรือใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย กล่าวคือ 1-1.2D จะเหมาะสมกว่า หากระยะห่างมากเกินไป ผลกระทบจากมุมเปิดจะลดลง ส่งผลให้ระยะการให้ความร้อนที่ขอบยาวเกินไป ทำให้รอยเชื่อมไม่ได้รับอุณหภูมิการเชื่อมที่สูงขึ้น และอายุการใช้งานจะลดลง

6. บทบาทและตำแหน่งของตัวต้านทาน
แท่งแม่เหล็กจักรพรรดิใช้เพื่อลดกระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่ไหลไปด้านหลังของท่อเหล็ก และในขณะเดียวกันก็รวมกระแสไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนแก่เหล็กแผ่นรูปตัว V เพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนจะไม่สูญเสียไปเนื่องจากความร้อนของตัวท่อ หากไม่มีระบบระบายความร้อนที่เหมาะสม แท่งแม่เหล็กจะเกินอุณหภูมิคูรี (ประมาณ 300 ℃) และสูญเสียคุณสมบัติแม่เหล็ก หากไม่มีตัวต้านทาน กระแสไฟฟ้าและความร้อนที่เกิดขึ้นจะกระจายไปทั่วทั้งตัวท่อ ทำให้กำลังการเชื่อมเพิ่มขึ้นและทำให้ตัวท่อร้อนเกินไป ตัวต้านทานไม่มีผลกระทบทางความร้อนต่อชิ้นงานท่อ การวางตำแหน่งของตัวต้านทานมีผลอย่างมากต่อความเร็วในการเชื่อม แต่ยังมีผลต่อคุณภาพการเชื่อมด้วย จากการทดลองพบว่า เมื่อตำแหน่งด้านหน้าของตัวต้านทานอยู่ตรงกลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปพอดี ผลลัพธ์การรีดเรียบจะดีที่สุด เมื่อเลยเส้นศูนย์กลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปและยื่นออกไปด้านข้างของเครื่องปรับขนาด ผลลัพธ์การรีดเรียบจะลดลงอย่างมาก เมื่อตำแหน่งของอิมพีแดนซ์อยู่ต่ำกว่าเส้นกึ่งกลางและอยู่ด้านข้างของลูกกลิ้งนำทาง ความแข็งแรงในการเชื่อมจะลดลง ตำแหน่งที่เหมาะสมคือการวางอิมพีแดนซ์ไว้ในท่อเปล่าใต้ตัวเหนี่ยวนำ และให้หัวของอิมพีแดนซ์ตรงกับเส้นกึ่งกลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป หรือปรับให้เยื้องไป 20-40 มม. ในทิศทางการขึ้นรูป ซึ่งจะช่วยเพิ่มอิมพีแดนซ์ด้านหลังของท่อ ลดการสูญเสียกระแสหมุนเวียน และลดกำลังการเชื่อม

7. บทสรุป
(1) การควบคุมปริมาณความร้อนในการเชื่อมอย่างเหมาะสมจะช่วยให้ได้คุณภาพการเชื่อมที่ดีขึ้น
(2) โดยทั่วไปแล้วควรควบคุมปริมาณการอัดรีดที่ 2.5~3 มม. ครีบที่อัดรีดจะตั้งตรง และรอยเชื่อมจะมีความเหนียวและความแข็งแรงดึงสูง
(3) ควบคุมมุม V ของการเชื่อมที่ 4°~5° และสร้างความเร็วในการเชื่อมให้สูงที่สุดเท่าที่จะทำได้ภายใต้เงื่อนไขที่อนุญาตโดยกำลังการผลิตของหน่วยและอุปกรณ์การเชื่อม ซึ่งสามารถลดการเกิดข้อบกพร่องบางอย่างและได้คุณภาพการเชื่อมที่ดี
(4) ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำคือ 1-1.5D ของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก และระยะห่างจากศูนย์กลางของลูกกลิ้งอัดรีดคือ 1-1.2D ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
(5) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลายด้านหน้าของตัวต้านทานอยู่ที่กึ่งกลางของลูกกลิ้งบีบพอดี เพื่อให้ได้ความแข็งแรงในการรับแรงดึงของการเชื่อมสูงและผลการทำให้เรียบที่ดี