การเชื่อมแบบแพร่กระจายของเฟสของเหลวสำหรับท่อเจาะน้ำมัน

ท่อเจาะน้ำมันผลิตขึ้นโดยการเชื่อมต่อข้อต่อท่อเจาะและตัวแท่งเจาะหลังจากที่ผลิตแยกกันแล้ว แม้ว่าเทคโนโลยีการเชื่อมแบบเสียดทานจะถูกนำมาใช้ในการเชื่อมท่อเจาะได้สำเร็จแล้ว แต่ก็ยังมีข้อบกพร่องบางประการในกระบวนการเชื่อมจริง เช่น การเคลื่อนตัวของรอยเชื่อม การเกิดครีบที่ผนังด้านนอก และโครงสร้างที่ไม่เรียบในบริเวณรอยเชื่อม ด้วยเหตุนี้ จึงได้ทำการเชื่อมท่อเจาะด้วยวิธีการเชื่อมแบบแพร่กระจายในเฟสของเหลว (Transition Liquid Phase Diffusion Welding: TLP) โดยใช้เครื่องเชื่อมแบบแพร่กระจายภายใต้สภาวะบรรยากาศปกติและมีก๊าซอาร์กอนเป็นตัวป้องกัน และได้รอยเชื่อมที่มีโครงสร้างและประสิทธิภาพที่ได้มาตรฐาน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมแบบแพร่กระจายในอุตสาหกรรมน้ำมัน

ขั้นแรก ทดสอบวัสดุ
การทดสอบนี้ใช้ตัวท่อเจาะและข้อต่อท่อเจาะขนาด 127 มม. x 10 มม. วัสดุเป็นเหล็ก 35CrMo ชั้นกลางที่ใช้คือฟอยล์อสัณฐานเหล็ก-นิกเกิล FeNi-CrSi-B จุดหลอมเหลวอยู่ที่ 1050~1100℃ และความหนา 25 μm

ประการที่สอง อุปกรณ์เชื่อม
อุปกรณ์เชื่อมแบบแพร่กระจายพิเศษสำหรับท่อเจาะประกอบด้วยแหล่งจ่ายไฟความถี่กลางและฮีตเตอร์เหนี่ยวนำ ระบบจับยึดและไฮดรอลิก ระบบระบายความร้อน ระบบป้องกัน และระบบควบคุม ฮีตเตอร์เหนี่ยวนำเป็นแบบขดลวดเดี่ยวแยกส่วนบนและล่าง มีช่องน้ำหล่อเย็นอยู่ภายในและวงจรแก๊สป้องกันอยู่ภายนอก เป็นการรวมน้ำ ไฟฟ้า และแก๊สเข้าด้วยกัน ใช้งานง่าย และสะดวกในการติดตั้งและถอดชิ้นงาน ระบบไฮดรอลิกให้แรงจับยึดและแรงกดด้านบนเพื่อให้ได้แรงยึดและแรงเชื่อมของชิ้นงาน ระบบควบคุมใช้โมดูล PLC+PRC และตั้งค่าพารามิเตอร์กระบวนการผ่านหน้าจอสัมผัสเพื่อให้เกิดการสื่อสารระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร ระบบระบายความร้อนประกอบด้วยถังน้ำ ปั๊มน้ำ แผ่นระบายความร้อน และพัดลม ทำหน้าที่ระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์จับยึด ฮีตเตอร์เหนี่ยวนำ และระบบไฮดรอลิกผ่านการหมุนเวียนน้ำ

ประการที่สาม กระบวนการเชื่อมแบบแพร่กระจาย
① เมื่อทำการกลึงข้อต่อก้านเจาะและหน้าตัดปลายก้านเจาะ ค่าความหยาบเฉลี่ยอยู่ที่ Ra6.3 ไมโครเมตร
② เปิดเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ และยกหัวจับบนโครงรูปตัว C และโครงยกขึ้น ติดตั้งข้อต่อก้านเจาะบนที่นั่งกำหนดตำแหน่งของโครงรูปตัว C สวิตช์ควบคุมการเคลื่อนที่ควบคุมโครงรูปตัว C ให้ทำงานจนกระทั่งหน้าตัดของข้อต่อที่จะเชื่อมอยู่ตรงกลางของเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ ใส่ก้านเจาะจากด้านขวา และยึดก้านเจาะเมื่อหน้าตัดทั้งสองด้านสัมผัสกัน ปรับที่นั่งกำหนดตำแหน่งบนโครงรูปตัว C เพื่อปรับแก้การเยื้องศูนย์
③เลื่อนโครงรูปตัว C เพื่อแยกหน้าตัดทั้งสองด้านที่จะเชื่อมออกจากกัน วางแผ่นฟอยล์โลหะผสม Fe-Ni-Cr-Si-B ที่มีรูปร่างเหมือนกับหน้าตัดที่จะเชื่อมลงบนหน้าตัดทั้งสองด้านที่จะเชื่อม ดันโครงรูปตัว C กลับเข้าที่โครงด้านบน และกดแผ่นฟอยล์โลหะผสมให้แน่น
④ปิดฮีตเตอร์เหนี่ยวนำ ต่อเทอร์โมมิเตอร์ใยแก้วนำแสง เปิดน้ำหล่อเย็นและระบบป้องกันอาร์กอน ตั้งค่าพารามิเตอร์การเชื่อมและพารามิเตอร์การอบชุบหลังการเชื่อมบนหน้าจอสัมผัส และเรียกใช้โปรแกรมการเชื่อมผ่าน PLC + PRC ทำการเชื่อมแบบแพร่กระจายของท่อเจาะภายใต้พารามิเตอร์กระบวนการดังนี้ อุณหภูมิความร้อน 1215℃ เวลาคงที่ 4 นาที และความดัน 9 MPa อุณหภูมิความร้อนหลังการเชื่อม 650℃ เวลาคงที่ 5 นาที สำหรับการอบชุบ
⑤หลังจากโปรแกรมการเชื่อมเสร็จสมบูรณ์แล้ว ให้เปิดเครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำ และยกหัวจับบนโครงรูปตัว C และโครงยกขึ้น ท่อเจาะที่เชื่อมเสร็จแล้วจะถูกนำออกจากด้านขวาผ่านกลไกการขนถ่าย และโครงรูปตัว C จะกลับไปทางด้านซ้าย การเชื่อมจึงเสร็จสมบูรณ์

ประการที่สี่ การวิเคราะห์ร่วมกัน
ได้ทำการทดสอบแรงดึงและแรงดัดบนชิ้นงานหลังการเชื่อม ท่อเจาะถูกเชื่อมด้วยกระบวนการเชื่อมแบบแพร่กระจายในเฟสของเหลว การเสียรูปของรอยเชื่อมมีน้อย ไม่มีเศษโลหะเหลือจากการเชื่อมแบบเสียดทาน และรอยเชื่อมสวยงาม ในระหว่างการทดสอบแรงดึง รอยเชื่อมแตกบนวัสดุเดิม ความแข็งแรงของรอยเชื่อมแบบแพร่กระจายสูงกว่าวัสดุเดิม ในระหว่างการทดสอบแรงดัด รอยเชื่อมไม่แตกหลังจากดัดงอ 180 องศา ทั้งด้านหน้าและด้านหลัง รอยเชื่อมมีความยืดหยุ่นดี