การวิเคราะห์ปัจจัยกระบวนการที่มีผลต่อท่อเชื่อมตะเข็บตรงความถี่สูง

พารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อมท่อตรงด้วยความถี่สูง ได้แก่ ปริมาณความร้อนในการเชื่อม แรงดันในการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม มุมเปิด ตำแหน่งและขนาดของขดลวดเหนี่ยวนำ ตำแหน่งของอิมพีแดนซ์ เป็นต้น พารามิเตอร์เหล่านี้มีผลอย่างมากต่อการปรับปรุงคุณภาพ ประสิทธิภาพการผลิต และกำลังการผลิตต่อหน่วยของท่อเชื่อมด้วยความถี่สูง การปรับพารามิเตอร์ต่างๆ ให้เหมาะสมจะช่วยให้ผู้ผลิตได้รับผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก

1. ปริมาณความร้อนที่ใช้ในการเชื่อม
ในการเชื่อมท่อเหล็กแบบตะเข็บตรงด้วยความถี่สูง กำลังเชื่อมจะเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้าไป เมื่อเงื่อนไขภายนอกเหมาะสม แต่ความร้อนที่ป้อนเข้าไปไม่เพียงพอ ขอบของแผ่นเหล็กที่ถูกทำให้ร้อนจะไม่สามารถถึงอุณหภูมิการเชื่อมได้ และยังคงรักษาสภาพโครงสร้างแข็งไว้ ​​ทำให้เกิดการเชื่อมเย็น หรืออาจไม่หลอมรวมกันเลย การเชื่อมไม่หลอมรวมกันเนื่องจากความร้อนที่ป้อนเข้าไปน้อยเกินไป ในระหว่างการตรวจสอบ สภาวะที่ไม่หลอมรวมกันนี้มักจะแสดงออกมาในรูปแบบของการทดสอบการดัดที่ไม่ผ่านเกณฑ์ ท่อเหล็กแตกในระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ หรือรอยเชื่อมแตกในระหว่างการดัดท่อเหล็ก ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่ร้ายแรงกว่า นอกจากนี้ คุณภาพของขอบแผ่นเหล็กยังส่งผลต่อความร้อนที่ป้อนเข้าไปด้วย ตัวอย่างเช่น เมื่อมีครีบที่ขอบแผ่นเหล็ก ครีบเหล่านั้นจะทำให้เกิดประกายไฟก่อนที่จะเข้าสู่จุดเชื่อมของลูกกลิ้งบีบอัด ส่งผลให้กำลังเชื่อมลดลงและความร้อนที่ป้อนเข้าไปลดลง ทำให้เกิดการเชื่อมไม่หลอมรวมกันหรือการเชื่อมเย็น เมื่อความร้อนที่ป้อนเข้าไปสูงเกินไป ขอบแผ่นเหล็กที่ถูกทำให้ร้อนจะเกินอุณหภูมิการเชื่อม ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือแม้กระทั่งไหม้เกินไป รอยเชื่อมจะแตกร้าวหลังจากได้รับแรงกด และบางครั้งโลหะหลอมเหลวจะกระเด็นและก่อให้เกิดรูเนื่องจากการชำรุดของรอยเชื่อม รูที่เกิดจากทรายและรูที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปส่วนใหญ่จะแสดงออกมาในรูปแบบของการทดสอบการดัดงอ 90° ที่ไม่ผ่านเกณฑ์ การทดสอบแรงกระแทกที่ไม่ผ่านเกณฑ์ และท่อเหล็กแตกหรือรั่วระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ

2. แรงดันในการเชื่อม (ลดลง)
แรงดันในการเชื่อมเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อม หลังจากที่ขอบแผ่นโลหะถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิการเชื่อม อะตอมของโลหะจะรวมตัวกันภายใต้แรงอัดของลูกกลิ้งบีบอัดเพื่อสร้างรอยเชื่อม ขนาดของแรงดันในการเชื่อมส่งผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม หากแรงดันในการเชื่อมที่ใช้มีขนาดเล็กเกินไป ขอบเชื่อมจะไม่สามารถหลอมรวมกันได้อย่างสมบูรณ์ และออกไซด์ของโลหะที่ตกค้างในรอยเชื่อมจะไม่สามารถถูกกำจัดออกไปและก่อตัวเป็นสิ่งเจือปน ส่งผลให้ความแข็งแรงดึงของรอยเชื่อมลดลงอย่างมากและรอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวหลังจากได้รับแรงกด หากแรงดันในการเชื่อมที่ใช้มีขนาดใหญ่เกินไป โลหะส่วนใหญ่ที่ถึงอุณหภูมิการเชื่อมจะถูกบีบออก ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น ครีบภายในและภายนอกมากเกินไป หรือการเชื่อมซ้อน

โดยทั่วไปแล้ว แรงดันในการเชื่อมจะวัดและประเมินจากความเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเหล็กก่อนและหลังลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป รวมถึงขนาดและรูปร่างของครีบที่เกิดขึ้น อิทธิพลของแรงอัดขึ้นรูปในการเชื่อมมีผลต่อรูปร่างของครีบ หากแรงอัดขึ้นรูปมากเกินไป จะเกิดการกระเด็นของโลหะมาก และโลหะหลอมเหลวที่ถูกอัดขึ้นรูปจะมีปริมาณมาก ครีบจะมีขนาดใหญ่และพลิกคว่ำทั้งสองด้านของรอยเชื่อม หากแรงอัดขึ้นรูปน้อยเกินไป จะแทบไม่มีการกระเด็นของโลหะ และครีบจะมีขนาดเล็กและกองรวมกัน เมื่อแรงอัดขึ้นรูปอยู่ในระดับปานกลาง ครีบที่เกิดขึ้นจะตั้งตรง และความสูงโดยทั่วไปจะควบคุมอยู่ที่ 2.5~3 มม. หากควบคุมแรงอัดขึ้นรูปในการเชื่อมอย่างเหมาะสม มุมการไหลของโลหะในรอยเชื่อมจะสมมาตรทั้งขึ้นลงและซ้ายขวา โดยมีมุมอยู่ที่ 55°~65° รูปร่างของรอยเชื่อมจะเป็นไปตามรูปทรงของเส้นโลหะเมื่อควบคุมแรงอัดขึ้นรูปอย่างเหมาะสม

3. ความเร็วในการเชื่อม
ความเร็วในการเชื่อมก็เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อมเช่นกัน มันเกี่ยวข้องกับระบบทำความร้อน ความเร็วในการเปลี่ยนรูปของรอยเชื่อม และความเร็วในการตกผลึกของอะตอมโลหะ สำหรับการเชื่อมความถี่สูง คุณภาพการเชื่อมจะดีขึ้นเมื่อความเร็วในการเชื่อมเพิ่มขึ้น เนื่องจากการลดเวลาในการทำความร้อนทำให้ความกว้างของบริเวณทำความร้อนที่ขอบแคบลงและลดเวลาในการเกิดออกไซด์ของโลหะ หากลดความเร็วในการเชื่อมลง ไม่เพียงแต่บริเวณทำความร้อนจะกว้างขึ้นเท่านั้น นั่นคือบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของรอยเชื่อมจะกว้างขึ้น แต่ความกว้างของบริเวณหลอมเหลวก็จะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของความร้อนที่ป้อนเข้าไป และครีบภายในที่เกิดขึ้นก็จะใหญ่ขึ้นด้วย ความกว้างของแนวหลอมเหลวที่ความเร็วในการเชื่อมที่แตกต่างกัน เมื่อเชื่อมด้วยความเร็วต่ำ การเชื่อมจะทำได้ยากเนื่องจากการลดลงของความร้อนที่ป้อนเข้าไป ในขณะเดียวกันก็อาจทำให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ ได้ง่ายเนื่องจากคุณภาพของขอบแผ่นโลหะและปัจจัยภายนอกอื่นๆ เช่น ความต้านทานแม่เหล็กและขนาดของมุมเปิด ดังนั้น เมื่อทำการเชื่อมด้วยความถี่สูง ควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ ภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อกำลังการผลิตของอุปกรณ์และเครื่องเชื่อม

4. มุมเปิด
มุมเปิดหรือที่เรียกว่ามุมตัววีสำหรับการเชื่อม หมายถึงมุมของขอบแผ่นโลหะก่อนถึงลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป ดังแสดงในรูปที่ 6 โดยปกติแล้ว มุมเปิดจะอยู่ระหว่าง 3° ถึง 6° ขนาดของมุมเปิดส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยตำแหน่งของลูกกลิ้งนำทางและความหนาของแผ่นนำทาง ขนาดของมุมตัววีมีผลอย่างมากต่อความเสถียรและคุณภาพของการเชื่อม เมื่อมุมตัววีลดลง ระยะห่างระหว่างขอบแผ่นโลหะจะลดลง ทำให้เพิ่มผลกระทบของกระแสไฟฟ้าความถี่สูง ซึ่งสามารถลดกำลังการเชื่อม เพิ่มความเร็วในการเชื่อม และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ในทางกลับกัน หากมุมเปิดเล็กเกินไป จะทำให้เกิดการเชื่อมก่อนกำหนด กล่าวคือ จุดเชื่อมจะถูกบีบและหลอมละลายก่อนที่จะถึงอุณหภูมิที่กำหนด ทำให้เกิดข้อบกพร่องได้ง่าย เช่น สิ่งเจือปนและการเชื่อมเย็นในรอยเชื่อม ลดคุณภาพของรอยเชื่อม แม้ว่าการเพิ่มมุมตัววีจะเพิ่มการใช้พลังงาน แต่ก็สามารถรับประกันความเสถียรของการให้ความร้อนที่ขอบแผ่นโลหะภายใต้เงื่อนไขบางประการ ลดการสูญเสียความร้อนที่ขอบ และลดพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ในการผลิตจริง เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของรอยเชื่อม โดยทั่วไปมุม V จะถูกควบคุมไว้ที่ 4° ถึง 5°

5. ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำ
ขดลวดเหนี่ยวนำเป็นเครื่องมือสำคัญในการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำความถี่สูง และขนาดและตำแหน่งของขดลวดมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต

กำลังไฟฟ้าที่ส่งผ่านจากขดลวดเหนี่ยวนำไปยังท่อเหล็กนั้นแปรผันตรงกับกำลังสองของช่องว่างบนพื้นผิวของท่อเหล็ก หากช่องว่างกว้างเกินไป ประสิทธิภาพการผลิตจะลดลงอย่างมาก หากช่องว่างแคบเกินไป จะเกิดประกายไฟกับพื้นผิวของท่อเหล็กได้ง่าย หรืออาจเกิดความเสียหายกับหัวท่อเหล็กได้ โดยทั่วไปแล้ว ช่องว่างระหว่างพื้นผิวด้านในของขดลวดเหนี่ยวนำกับตัวท่อจะเลือกให้มีขนาดประมาณ 10 มม. ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำจะเลือกตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก หากขดลวดเหนี่ยวนำกว้างเกินไป ค่าความเหนี่ยวนำจะลดลง แรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ก็จะลดลง และกำลังไฟฟ้าขาออกก็จะลดลง หากขดลวดเหนี่ยวนำแคบเกินไป กำลังไฟฟ้าขาออกจะเพิ่มขึ้น แต่การสูญเสียพลังงานในท่อและขดลวดเหนี่ยวนำก็จะเพิ่มขึ้นด้วย โดยทั่วไปแล้ว ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำที่เหมาะสมที่สุดจะอยู่ที่ 1~1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก)

ระยะห่างระหว่างปลายด้านหน้าของขดลวดเหนี่ยวนำกับศูนย์กลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปควรเท่ากับหรือมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย กล่าวคือ 1~1.2D จะเหมาะสมกว่า หากระยะห่างมากเกินไป ผลกระทบจากมุมเปิดจะลดลง ส่งผลให้ระยะการให้ความร้อนที่ขอบยาวเกินไป ทำให้จุดเชื่อมไม่สามารถได้รับอุณหภูมิการเชื่อมที่สูงขึ้นได้ หากระยะห่างน้อยเกินไป ลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปจะสร้างความร้อนเหนี่ยวนำสูงขึ้นและลดอายุการใช้งานลง

6. หน้าที่และตำแหน่งของอิมพีแดนซ์
แท่งแม่เหล็กต้านทานใช้เพื่อลดกระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่ไหลไปด้านหลังของท่อเหล็ก และในขณะเดียวกันก็รวมกระแสไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนแก่เหล็กแผ่นรูปตัว V เพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนจะไม่สูญเสียไปเนื่องจากความร้อนของตัวท่อ หากไม่มีระบบระบายความร้อน แท่งแม่เหล็กจะเกินอุณหภูมิคูรี (ประมาณ 300 ℃) และสูญเสียคุณสมบัติแม่เหล็ก หากไม่มีตัวต้านทาน กระแสไฟฟ้าและความร้อนที่เกิดขึ้นจะกระจายไปทั่วตัวท่อ ทำให้กำลังการเชื่อมเพิ่มขึ้นและทำให้ตัวท่อร้อนเกินไป ผลกระทบทางความร้อนของการมีหรือไม่มีตัวต้านทานในชิ้นงานท่อ การวางตำแหน่งของตัวต้านทานมีผลอย่างมากต่อความเร็วในการเชื่อมและคุณภาพการเชื่อม การปฏิบัติจริงพิสูจน์แล้วว่าเมื่อปลายด้านหน้าของตัวต้านทานอยู่ตรงกลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปพอดี ผลลัพธ์การขึ้นรูปจะเรียบ เมื่อเลยเส้นกึ่งกลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปและยื่นออกไปด้านข้างของเครื่องปรับขนาด ผลลัพธ์การขึ้นรูปจะลดลงอย่างมาก เมื่อตัวเหนี่ยวนำไม่อยู่ตรงกลาง แต่ไปอยู่ด้านข้างของลูกกลิ้งนำทาง ความแข็งแรงในการเชื่อมจะลดลง ตำแหน่งที่เหมาะสมคือการวางตัวเหนี่ยวนำไว้ในท่อเปล่าใต้ตัวเหนี่ยวนำ และหัวของตัวเหนี่ยวนำตรงกับเส้นศูนย์กลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูป หรือปรับให้ห่างออกไป 20 ถึง 40 มม. ในทิศทางการขึ้นรูป ซึ่งจะช่วยเพิ่มความต้านทานย้อนกลับในท่อ ลดการสูญเสียกระแสหมุนเวียน และลดกำลังการเชื่อม