การวิเคราะห์ปัจจัยกระบวนการที่มีผลต่อท่อเชื่อมตะเข็บตรงความถี่สูง

พารามิเตอร์หลักของกระบวนการเชื่อมท่อเชื่อมตะเข็บตรงความถี่สูง ได้แก่ ความร้อนที่ป้อนเข้าในการเชื่อม แรงดันในการเชื่อม ความเร็วในการเชื่อม มุมเปิด ตำแหน่งและขนาดของขดลวดเหนี่ยวนำ ตำแหน่งอิมพีแดนซ์ ฯลฯ พารามิเตอร์เหล่านี้มีผลกระทบอย่างมากต่อการปรับปรุงคุณภาพ ประสิทธิภาพการผลิต และกำลังการผลิตต่อหน่วยของท่อเชื่อมความถี่สูง การจับคู่พารามิเตอร์ต่างๆ ได้ดีจะช่วยให้ผู้ผลิตได้รับประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมาก

1. ความร้อนจากการเชื่อม
ในการเชื่อมท่อด้วยรอยเชื่อมตะเข็บตรงความถี่สูง กำลังเชื่อมจะเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ป้อนเข้า เมื่อสภาวะภายนอกมีความแน่นอนและความร้อนที่ป้อนเข้าไม่เพียงพอ ขอบของแผ่นเหล็กแผ่นที่ได้รับความร้อนจะไม่สามารถไปถึงอุณหภูมิการเชื่อมได้ และยังคงรักษาโครงสร้างให้แข็งแรงเพื่อสร้างรอยเชื่อมเย็นหรือแม้กระทั่งไม่หลอมละลาย ภาวะหลอมละลายนี้เกิดจากความร้อนที่ป้อนเข้าน้อยเกินไป ในระหว่างการตรวจพบ ภาวะหลอมละลายนี้มักปรากฏเป็นการทดสอบการแบนที่ไม่ได้มาตรฐาน ท่อเหล็กแตกระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ หรือการแตกร้าวของรอยเชื่อมระหว่างการยืดท่อเหล็ก ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่ร้ายแรงกว่า นอกจากนี้ ความร้อนที่ป้อนเข้ายังได้รับผลกระทบจากคุณภาพของขอบแผ่นเหล็กด้วย ตัวอย่างเช่น เมื่อมีเสี้ยนบนขอบแผ่นเหล็ก เสี้ยนจะทำให้เกิดประกายไฟก่อนที่จะเข้าสู่จุดเชื่อมของลูกกลิ้งบีบ ส่งผลให้สูญเสียกำลังการเชื่อมและลดความร้อนที่ป้อนเข้า ทำให้เกิดการเชื่อมแบบหลอมละลายหรือเชื่อมเย็น เมื่อความร้อนที่ป้อนเข้าสูงเกินไป ขอบแผ่นเหล็กแผ่นที่ได้รับความร้อนจะร้อนเกินอุณหภูมิการเชื่อม ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรืออาจถึงขั้นไหม้เกรียมได้ รอยเชื่อมจะแตกร้าวหลังจากรับแรงดึง และบางครั้งโลหะหลอมเหลวอาจกระเด็นและเกิดเป็นรูเนื่องจากรอยเชื่อมแตก รูทรายและรูที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไปมักพบในการทดสอบการแบน 90° ที่ไม่ได้มาตรฐาน การทดสอบแรงกระแทกที่ไม่ได้มาตรฐาน และการแตกหรือรั่วของท่อเหล็กระหว่างการทดสอบแรงดันน้ำ

2. แรงดันในการเชื่อม (ลด)
แรงดันในการเชื่อมเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักของกระบวนการเชื่อม หลังจากที่ขอบแผ่นโลหะถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิการเชื่อม อะตอมของโลหะจะรวมตัวกันภายใต้แรงอัดของลูกกลิ้งบีบเพื่อก่อให้เกิดรอยเชื่อม ขนาดของแรงดันในการเชื่อมมีผลต่อความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม หากแรงดันในการเชื่อมต่ำเกินไป ขอบเชื่อมจะไม่สามารถหลอมรวมได้อย่างสมบูรณ์ และออกไซด์ของโลหะที่เหลืออยู่ในรอยเชื่อมจะไม่สามารถถูกระบายออกและก่อตัวเป็นสารเจือปน ส่งผลให้ความต้านทานแรงดึงของรอยเชื่อมลดลงอย่างมาก และรอยเชื่อมมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวหลังจากรับแรงดึง หากแรงดันในการเชื่อมสูงเกินไป โลหะส่วนใหญ่ที่ร้อนถึงอุณหภูมิการเชื่อมจะถูกบีบออก ซึ่งไม่เพียงแต่ลดความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อมเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รอยเสี้ยนภายในและภายนอกที่มากเกินไป หรือรอยเชื่อมแบบทับซ้อน

โดยทั่วไปแรงเชื่อมจะถูกวัดและตัดสินโดยการเปลี่ยนแปลงของเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเหล็กก่อนและหลังลูกกลิ้งรีด และขนาดและรูปร่างของเสี้ยน อิทธิพลของแรงรีดที่มีต่อรูปร่างของเสี้ยน หากการเชื่อมรีดมีขนาดใหญ่เกินไป สะเก็ดโลหะจะกระจายตัวมาก และโลหะหลอมเหลวที่รีดออกมามีขนาดใหญ่ เสี้ยนจะกระจายตัวและพลิกคว่ำทั้งสองด้านของรอยเชื่อม หากการรีดมีขนาดเล็กเกินไป สะเก็ดโลหะจะกระจายตัวน้อยมากและกองซ้อนกัน เมื่อการรีดอยู่ในระดับปานกลาง เสี้ยนที่รีดออกมาจะตั้งตรง และโดยทั่วไปจะควบคุมความสูงไว้ที่ 2.5-3 มม. หากการควบคุมการเชื่อมรีดได้อย่างถูกต้อง มุมของเส้นเชื่อมจะสมมาตรกันทั้งด้านบนและด้านล่าง ซ้ายและขวา และมุมจะอยู่ที่ 55-65 องศา เมื่อการควบคุมการรีดอย่างถูกต้อง โลหะจะปรับรูปร่างของรอยเชื่อมให้เพรียวขึ้น

3. ความเร็วในการเชื่อม
ความเร็วในการเชื่อมยังเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักของกระบวนการเชื่อม ซึ่งเกี่ยวข้องกับระบบทำความร้อน ความเร็วในการเสียรูปของรอยเชื่อม และความเร็วในการตกผลึกของอะตอมโลหะ สำหรับการเชื่อมความถี่สูง คุณภาพการเชื่อมจะดีขึ้นเมื่อความเร็วในการเชื่อมเพิ่มขึ้น เนื่องจากเวลาในการทำความร้อนที่สั้นลงทำให้ความกว้างของบริเวณขอบเชื่อมแคบลง และลดเวลาในการขึ้นรูปโลหะออกไซด์ หากความเร็วในการเชื่อมลดลง ไม่เพียงแต่บริเวณขอบเชื่อมจะกว้างขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของรอยเชื่อมจะกว้างขึ้นเท่านั้น แต่ความกว้างของบริเวณหลอมเหลวจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของความร้อนขาเข้า และเกิดเสี้ยนภายในมากขึ้น ความกว้างของเส้นหลอมที่ความเร็วการเชื่อมต่างกัน เมื่อเชื่อมด้วยความเร็วต่ำ การเชื่อมจะยากเนื่องจากความร้อนขาเข้าลดลงตามไปด้วย ในขณะเดียวกัน คุณภาพของขอบแผ่นเชื่อมและปัจจัยภายนอกอื่นๆ เช่น แม่เหล็กของอิมพีแดนซ์และขนาดของมุมเปิดก็อาจเกิดข้อบกพร่องได้ง่าย ดังนั้น เมื่อทำการเชื่อมที่ความถี่สูง ควรเลือกความเร็วในการเชื่อมที่เร็วที่สุดให้มากที่สุดตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ ภายใต้เงื่อนไขที่ความจุต่อหน่วยและอุปกรณ์เชื่อมอนุญาต

4. มุมเปิด
มุมเปิดเรียกอีกอย่างว่ามุม V ของการเชื่อม ซึ่งหมายถึงมุมของขอบของแผ่นเชื่อมก่อนถึงลูกกลิ้งรีด ดังแสดงในรูปที่ 6 โดยทั่วไปมุมเปิดจะอยู่ระหว่าง 3° ถึง 6° ขนาดของมุมเปิดส่วนใหญ่กำหนดโดยตำแหน่งของลูกกลิ้งนำและความหนาของแผ่นนำ ขนาดของมุม V มีอิทธิพลอย่างมากต่อเสถียรภาพในการเชื่อมและคุณภาพการเชื่อม เมื่อมุม V ลดลง ระยะห่างระหว่างขอบของแผ่นเชื่อมจะลดลง จึงทำให้ผลกระทบของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงต่อความใกล้ชิดมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งสามารถลดกำลังเชื่อม เพิ่มความเร็วในการเชื่อม และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต มุมเปิดที่แคบเกินไปจะนำไปสู่การเชื่อมก่อนเวลาอันควร กล่าวคือ จุดเชื่อมจะถูกบีบและหลอมละลายก่อนที่จะถึงอุณหภูมิที่กำหนด ทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น สิ่งเจือปนและการเชื่อมเย็นในรอยเชื่อมได้ง่าย ส่งผลให้คุณภาพของรอยเชื่อมลดลง แม้ว่าการเพิ่มมุม V จะเพิ่มการใช้พลังงาน แต่ก็สามารถรับประกันความเสถียรของความร้อนที่ขอบแผ่นเชื่อมภายใต้เงื่อนไขบางประการ ลดการสูญเสียความร้อนที่ขอบ และลดบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน ในการผลิตจริง เพื่อให้แน่ใจถึงคุณภาพของการเชื่อม มุม V จะถูกควบคุมโดยทั่วไปที่ 4° ถึง 5°

5. ขนาดและตำแหน่งของขดลวดเหนี่ยวนำ
คอยล์เหนี่ยวนำเป็นเครื่องมือสำคัญในการเชื่อมเหนี่ยวนำความถี่สูง และขนาดและตำแหน่งของคอยล์ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิต

กำลังไฟฟ้าที่ขดลวดเหนี่ยวนำส่งผ่านไปยังท่อเหล็กเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของช่องว่างบนพื้นผิวท่อเหล็ก หากช่องว่างมีขนาดใหญ่เกินไป ประสิทธิภาพการผลิตจะลดลงอย่างรวดเร็ว หากช่องว่างมีขนาดเล็กเกินไป อาจทำให้เกิดประกายไฟที่พื้นผิวท่อเหล็กหรือเกิดความเสียหายจากหัวท่อเหล็กได้ โดยทั่วไป ช่องว่างระหว่างพื้นผิวด้านในของขดลวดเหนี่ยวนำและตัวท่อจะอยู่ที่ประมาณ 10 มม. ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำจะเลือกตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก หากขดลวดเหนี่ยวนำกว้างเกินไป ความเหนี่ยวนำจะลดลง แรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์จะลดลง และกำลังไฟฟ้าขาออกจะลดลง หากขดลวดเหนี่ยวนำแคบเกินไป กำลังไฟฟ้าขาออกจะเพิ่มขึ้น แต่การสูญเสียพลังงานของท่อและขดลวดเหนี่ยวนำจะเพิ่มขึ้นเช่นกัน โดยทั่วไป ความกว้างของขดลวดเหนี่ยวนำจะเหมาะสมกว่าที่ 1~1.5D (D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็ก)

ระยะห่างระหว่างปลายด้านหน้าของขดลวดเหนี่ยวนำและจุดศูนย์กลางของลูกกลิ้งรีดขึ้นรูปควรเท่ากับหรือมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย กล่าวคือ 1-1.2D จะเหมาะสมกว่า หากระยะห่างมากเกินไป ผลกระทบจากมุมเปิดจะลดลง ส่งผลให้ระยะความร้อนที่ขอบยาวเกินไป ทำให้จุดเชื่อมไม่สามารถทำอุณหภูมิในการเชื่อมที่สูงขึ้นได้ หากระยะห่างน้อยเกินไป ลูกกลิ้งรีดขึ้นรูปจะสร้างความร้อนเหนี่ยวนำที่สูงขึ้นและอายุการใช้งานลดลง

6. หน้าที่และตำแหน่งของอิมพีแดนซ์
แท่งแม่เหล็กอิมพีแดนซ์ใช้เพื่อลดกระแสความถี่สูงที่ไหลไปยังด้านหลังของท่อเหล็ก และในขณะเดียวกันก็รวมกระแสเพื่อให้ความร้อนแก่แผ่นเหล็กที่มุม V เพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนจะไม่สูญเสียไปเนื่องจากความร้อนที่ตัวท่อ หากไม่มีการระบายความร้อน แท่งแม่เหล็กจะเกินอุณหภูมิคูรี (ประมาณ 300 องศาเซลเซียส) และสูญเสียความเป็นแม่เหล็ก หากไม่มีอิมพีแดนซ์ กระแสและความร้อนเหนี่ยวนำจะกระจายไปทั่วทั้งตัวท่อ เพิ่มกำลังในการเชื่อมและทำให้ตัวท่อร้อนเกินไป ผลกระทบทางความร้อนจากการมีหรือไม่มีอิมพีแดนซ์ในท่อเปล่า ตำแหน่งของอิมพีแดนซ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อความเร็วในการเชื่อมและคุณภาพการเชื่อม จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าเมื่อปลายด้านหน้าของอิมพีแดนซ์อยู่ตรงแนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งรีดพอดี จะทำให้เกิดการแบนราบ แต่เมื่ออิมพีแดนซ์เกินแนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งรีดและยื่นออกไปด้านข้างของเครื่องคัดขนาด จะทำให้การแบนราบลดลงอย่างมาก เมื่อไม่ถึงแนวกึ่งกลาง แต่อยู่ด้านข้างของลูกกลิ้งนำ ความแข็งแรงในการเชื่อมจะลดลง ตำแหน่งคือให้อิมพีแดนซ์อยู่ในแผ่นท่อใต้ตัวเหนี่ยวนำ และส่วนหัวของท่อจะตรงกับแนวกึ่งกลางของลูกกลิ้งรีด หรือปรับให้อยู่ในทิศทางการขึ้นรูป 20 ถึง 40 มม. ซึ่งจะช่วยเพิ่มอิมพีแดนซ์ย้อนกลับในท่อ ลดการสูญเสียกระแสไฟฟ้าหมุนเวียน และลดกำลังในการเชื่อม