Malzeme işleme alanındaki gelişmeler, paslanmaz çelik boru üretimi alanında benzersiz fırsatlar yaratmıştır. Tipik uygulamalar arasında egzoz boruları, yakıt boruları, yakıt enjektörleri ve diğer bileşenler bulunur. Paslanmaz çelik boru üretiminde, önce düz bir çelik şerit şekillendirilir ve ardından yuvarlak bir boru haline getirilir. Şekillendirildikten sonra, boruların dikişleri kaynakla birbirine kaynaklanmalıdır. Bu kaynak, parçanın şekillendirilebilirliğini büyük ölçüde etkiler. Bu nedenle, imalat endüstrisindeki sıkı test gereksinimlerini karşılayabilecek bir kaynak profili elde etmek için uygun kaynak tekniğini seçmek son derece önemlidir. Paslanmaz çelik boru üretiminde gaz tungsten ark kaynağı (GTAW), yüksek frekanslı (HF) kaynak ve lazer kaynağının her birinin uygulandığına şüphe yoktur.
Yüksek frekanslı indüksiyon kaynağı
Yüksek frekanslı temas kaynağı ve yüksek frekanslı indüksiyon kaynağında, akımı sağlayan ekipman ile baskı kuvvetini sağlayan ekipman birbirinden bağımsızdır. Ayrıca, her iki yöntemde de boru gövdesinin içine yerleştirilen ve kaynak akışını şeridin kenarında yoğunlaştırmaya yardımcı olan yumuşak manyetik elemanlar olan çubuk mıknatıslar kullanılabilir.
Her iki durumda da şerit kesilir, temizlenir, sarılır ve kaynak noktasına gönderilir. Ayrıca, ısıtma işleminde kullanılan indüksiyon bobinlerini soğutmak için bir soğutma sıvısı kullanılır. Son olarak, ekstrüzyon işlemi için bir miktar soğutma sıvısı kullanılır. Burada, kaynak bölgesinde gözeneklilik oluşmasını önlemek için sıkıştırma kasnağına yüksek bir kuvvet uygulanır; ancak daha yüksek bir sıkıştırma kuvveti kullanılması çapakların (veya kaynak boncuklarının) artmasına neden olur. Bu nedenle, borunun iç ve dış yüzeylerindeki çapakları gidermek için özel olarak tasarlanmış bıçaklar kullanılır.
Yüksek frekanslı kaynak işleminin temel avantajı, çelik boruların yüksek hızda işlenmesine olanak sağlamasıdır. Ancak, çoğu katı faz dövme birleşiminde olduğu gibi, yüksek frekanslı kaynaklı birleşimler geleneksel tahribatsız teknikler (NDT) kullanılarak güvenilir bir şekilde test edilemez. Kaynak çatlakları, düşük mukavemetli birleşimlerin düz ve ince bölgelerinde oluşabilir ve geleneksel yöntemlerle tespit edilemeyebilir ve bazı zorlu otomotiv uygulamalarında güvenilirlikten yoksun olabilir.
Gaz tungsten ark kaynağı (GTAW)
Geleneksel olarak, çelik boru üreticileri kaynak işlemini tamamlamak için gaz tungsten ark kaynağını (GTAW) tercih etmektedir. GTAW, iki tükenmez tungsten elektrot arasında bir elektrik arkı oluşturur. Aynı zamanda, elektrotları korumak, iyonize bir plazma akımı oluşturmak ve erimiş kaynak havuzunu korumak için torçtan inert bir koruyucu gaz verilir. Bu, tekrarlanabilir, yüksek kaliteli bir kaynak işlemiyle sonuçlanacak, yerleşik ve anlaşılmış bir işlemdir.
Bu işlemin avantajları tekrarlanabilirlik, sıçramasız kaynak ve gözenekliliğin ortadan kaldırılmasıdır. GTAW bir elektriksel iletim işlemi olarak kabul edildiğinden, göreceli olarak işlem nispeten yavaştır.
Yüksek frekanslı ark darbesi
Son yıllarda, yüksek hızlı anahtarlar olarak da bilinen GTAW kaynak güç kaynakları, 10.000 Hz'nin üzerinde ark darbelerine olanak sağlamıştır. Çelik boru işleme tesisi müşterileri bu yeni teknolojiden faydalanmaktadır; yüksek frekanslı ark darbesi, geleneksel GTAW'dan beş kat daha fazla ark basıncına neden olur. Temsili iyileştirmeler arasında artan patlama mukavemeti, daha hızlı kaynak hattı hızları ve daha az hurda bulunmaktadır.
Çelik boru üreticisinin müşterisi, bu kaynak işlemiyle elde edilen kaynak profilinin küçültülmesi gerektiğini hemen fark etti. Ayrıca, kaynak hızı hâlâ nispeten yavaştı.
Lazer kaynak
Tüm çelik boru kaynak uygulamalarında, çelik boru kenarları sıkıştırma braketleri kullanılarak sıkıştırıldığında çelik şeridin kenarları erir ve katılaşır. Ancak, lazer kaynağının benzersiz bir özelliği yüksek enerji ışın yoğunluğudur. Lazer ışını yalnızca malzemenin yüzey katmanını eritmekle kalmaz, aynı zamanda kaynak profilinin çok dar olması için bir anahtar deliği de oluşturur. GTAW teknolojisi gibi 1 MW/cm2'nin altındaki güç yoğunlukları, anahtar delikleri oluşturmak için yeterli enerji yoğunluğu üretmez. Bu şekilde, anahtar deliği olmayan işlem geniş ve sığ bir kaynak profili ile sonuçlanır. Lazer kaynağının yüksek hassasiyeti daha verimli penetrasyona yol açar, bu da tane büyümesini azaltır ve daha iyi metalografik kaliteye yol açar; diğer yandan, GTAW'nin daha yüksek termal enerji girişi ve daha yavaş soğuma süreci, kaba kaynaklı yapıya yol açar.
Genel olarak, lazer kaynak işleminin GTAW'den daha hızlı olduğu, aynı hurda oranına sahip olduğu ve ilkinin daha iyi metalografik özellikler getirdiği, bu da daha yüksek patlama mukavemeti ve daha yüksek şekillendirilebilirlik sağladığı düşünülmektedir. Yüksek frekanslı kaynakla karşılaştırıldığında, malzemenin lazerle işlenmesi sırasında oksidasyon meydana gelmez, bu da daha düşük hurda oranları ve daha yüksek şekillendirilebilirlik ile sonuçlanır. Nokta boyutunun etkisi: Paslanmaz çelik boru fabrikalarının kaynağında, kaynak derinliği çelik borunun kalınlığına göre belirlenir. Bu şekilde, üretim hedefi daha yüksek hızlara ulaşırken kaynak genişliğini azaltarak şekillendirilebilirliği artırmaktır. En uygun lazeri seçerken, yalnızca ışın kalitesi değil, aynı zamanda frezenin doğruluğu da dikkate alınmalıdır. Ayrıca, boru frezesinin boyutsal hatası ortaya çıkmadan önce noktayı azaltmanın sınırlamaları dikkate alınmalıdır.
Çelik boru kaynağına özgü birçok boyutsal sorun vardır, ancak kaynağı etkileyen ana faktör kaynaklı kutudaki dikiştir (daha spesifik olarak, kaynaklı bobin). Şerit oluşturulduktan ve kaynak için hazır hale getirildikten sonra, kaynağın özellikleri şerit boşluğu, ciddi/hafif kaynak hizalama hatası ve kaynak merkez hattı değişiklikleri içerir. Boşluk, kaynak havuzunu oluşturmak için ne kadar malzeme kullanılacağını belirler. Çok fazla basınç, borunun üst veya iç çapında fazla malzemeye neden olur. Diğer yandan, ciddi veya hafif kaynak hizalama hatası kötü kaynak profiline neden olabilir. Ayrıca, kaynaklı kutudan geçtikten sonra çelik boru daha fazla kırpılacaktır. Bu, boyut ayarlaması ve şekil (şekil) ayarlamasını içerir. Diğer yandan, ekstra çalışma bazı ciddi/küçük lehim kusurlarını giderebilir, ancak muhtemelen hepsini değil. Elbette, sıfır hata elde etmek istiyoruz. Genel bir kural olarak, kaynak kusurları malzeme kalınlığının yüzde beşini geçmemelidir. Bu değerin aşılması, kaynaklı ürünün mukavemetini etkileyecektir.
Son olarak, yüksek kaliteli paslanmaz çelik boruların üretimi için bir kaynak merkez hattının varlığı önemlidir. Otomotiv pazarında şekillendirilebilirliğe artan vurgu ile daha küçük bir ısıdan etkilenen bölge (HAZ) ihtiyacı ile azaltılmış kaynak profili arasında doğrudan bir ilişki vardır. Bu da, nokta boyutunu azaltmak için ışın kalitesini iyileştiren lazer teknolojisinde ilerlemelere yol açmıştır. Nokta boyutu küçülmeye devam ettikçe, dikiş merkez hattını taramanın doğruluğuna daha fazla dikkat etmemiz gerekmektedir. Genel olarak, çelik boru üreticileri bu sapmayı mümkün olduğunca azaltmaya çalışacaklardır, ancak pratikte 0,2 mm'lik (0,008 inç) bir sapma elde etmek çok zordur. Bu durum, bir dikiş izleme sistemi kullanma ihtiyacını beraberinde getirir. En yaygın iki izleme tekniği mekanik tarama ve lazer taramadır. Bir yandan, mekanik sistemler, toz, aşınma ve titreşime maruz kalan kaynak havuzunun yukarı akışındaki dikişe temas etmek için problar kullanır. Bu sistemlerin doğruluğu 0,25 mm'dir (0,01 inç), bu da yüksek ışın kalitesinde lazer kaynağı için yeterince hassas değildir.
Öte yandan, lazer dikiş takibi gerekli doğruluğu sağlayabilir. Genellikle, bir lazer ışını veya lazer noktası kaynak yüzeyine yansıtılır ve elde edilen görüntü, kaynakların, hatalı bağlantıların ve boşlukların yerini belirlemek için algoritmalar kullanan bir CMOS kameraya geri gönderilir. Görüntüleme hızı önemli olmakla birlikte, lazer dikiş takip cihazları, kaynak konumunu doğru bir şekilde derleyecek kadar hızlı bir kontrolöre sahip olmalı ve lazer odaklama kafasını doğrudan dikiş üzerinde hareket ettirmek için gerekli kapalı devre kontrolü sağlamalıdır. Bu nedenle, dikiş takibinin doğruluğu ve tepki süresi önemlidir.
Genel olarak, dikiş izleme teknolojisi, çelik boru üreticilerinin daha iyi şekillendirilebilir paslanmaz çelik borular üretmek için daha yüksek kaliteli lazer ışınları kullanmalarına olanak sağlayacak kadar gelişmiştir. Sonuç olarak, lazer kaynağı, kaynak hızını korurken veya artırırken kaynak gözenekliliğini ve kaynak profilini azaltmak için bir yer bulmuştur. Difüzyon soğutmalı levha lazerleri gibi lazer sistemleri, ışın kalitesini iyileştirmiş ve kaynak genişliğini azaltarak şekillendirilebilirliği daha da artırmıştır. Bu gelişme, çelik boru fabrikalarında daha sıkı boyut kontrolü ve lazer dikiş izleme ihtiyacına yol açmıştır.
Gönderi zamanı: 29 Ağustos 2022