Malzeme işleme alanındaki gelişmeler, paslanmaz çelik boru üretimi alanında benzersiz fırsatlar yaratmıştır. Tipik uygulamalar arasında egzoz boruları, yakıt boruları, yakıt enjektörleri ve diğer bileşenler yer almaktadır. Paslanmaz çelik boru üretiminde, önce düz bir çelik şerit şekillendirilir ve daha sonra yuvarlak bir boru haline getirilir. Şekillendirildikten sonra, boruların dikişleri birbirine kaynaklanmalıdır. Bu kaynak, parçanın şekillendirilebilirliğini büyük ölçüde etkiler. Bu nedenle, imalat sektöründeki katı test gereksinimlerini karşılayabilecek bir kaynak profili elde etmek için uygun kaynak tekniğini seçmek son derece önemlidir. Gaz tungsten ark kaynağı (GTAW), yüksek frekanslı (HF) kaynak ve lazer kaynağının her birinin paslanmaz çelik boru üretiminde uygulandığına şüphe yoktur.
Yüksek frekanslı indüksiyon kaynağı
Yüksek frekanslı temas kaynağı ve yüksek frekanslı indüksiyon kaynağında, akım sağlayan ekipman ve baskı kuvveti 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, rulo haline getirilir ve kaynak noktasına gönderilir. Ayrıca, ısıtma işleminde kullanılan indüksiyon bobinlerini soğutmak için bir soğutucu kullanılır. Son olarak, ekstrüzyon işlemi için de bir miktar soğutucu kullanılır. Burada, kaynak bölgesinde gözenek oluşumunu önlemek için sıkıştırma kasnağına çok fazla kuvvet uygulanır; ancak, daha yüksek bir sıkıştırma kuvveti kullanmak, çapakların (veya kaynak dikişlerinin) 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. Bununla birlikte, çoğu katı faz dövme birleşiminde olduğu gibi, yüksek frekanslı kaynaklı birleşimler geleneksel tahribatsız muayene (NDT) teknikleri kullanılarak güvenilir bir şekilde test edilemez. Kaynak çatlakları, geleneksel yöntemlerle tespit edilemeyen ve bazı zorlu otomotiv uygulamalarında güvenilirliği düşük olabilen, düşük mukavemetli birleşimlerin düz, ince bölgelerinde meydana gelebilir.
Gaz tungsten ark kaynağı (GTAW)
Geleneksel olarak, çelik boru üreticileri kaynak işlemini tamamlamak için gaz tungsten ark kaynağını (GTAW) tercih etmişlerdir. GTAW, tüketilmeyen iki tungsten elektrot arasında bir elektrik arkı oluşturur. Aynı zamanda, elektrotları korumak, iyonize plazma akımı oluşturmak ve erimiş kaynak havuzunu korumak için kaynak torçundan inert bir koruyucu gaz verilir. Bu, tekrarlanabilir yüksek kaliteli bir kaynak işlemiyle sonuçlanacak, yerleşik ve anlaşılmış bir süreçtir.
Bu işlemin avantajları tekrarlanabilirlik, sıçramasız kaynak ve gözenekliliğin ortadan kaldırılmasıdır. GTAW, elektriksel iletim işlemi olarak kabul edilir, bu nedenle nispeten yavaş bir işlemdir.
Yüksek frekanslı ark darbesi
Son yıllarda, yüksek hızlı anahtarlar olarak da bilinen GTAW kaynak güç kaynakları, 10.000 Hz'in üzerinde ark darbelerine olanak sağlamıştır. Çelik boru işleme tesisinin müşterileri bu yeni teknolojiden faydalanmaktadır; yüksek frekanslı ark darbesi, geleneksel GTAW'ye göre beş kat daha fazla ark basıncı oluşturmaktadır. Temsili iyileştirmeler arasında artan patlama dayanımı, daha hızlı kaynak hattı hızları ve daha az hurda yer almaktadır.
Çelik boru üreticisinin müşterisi, bu kaynak işlemiyle elde edilen kaynak profilinin küçültülmesi gerektiğini kısa sürede fark etti. Ayrıca, kaynak hızı da hala nispeten yavaştı.
Lazer kaynağı
Tüm çelik boru kaynak uygulamalarında, çelik boru kenarları sıkıştırma braketleri kullanılarak birbirine sıkıştırıldığında çelik şeridin kenarları erir ve katılaşır. Bununla birlikte, lazer kaynağının benzersiz bir özelliği, yüksek enerji ışın yoğunluğudur. Lazer ışını sadece malzemenin yüzey katmanını eritmekle kalmaz, aynı zamanda kaynak profilinin çok dar olmasını sağlayan bir anahtar deliği de oluşturur. GTAW teknolojisi gibi 1 MW/cm2'nin altındaki güç yoğunlukları, anahtar deliği oluşturmak için yeterli enerji yoğunluğu üretmez. Bu şekilde, anahtar deliği olmayan işlem, geniş ve sığ bir kaynak profiliyle sonuçlanır. Lazer kaynağının yüksek hassasiyeti, daha verimli penetrasyona yol açar, bu da tane büyümesini azaltır ve daha iyi metalografik kaliteye yol açar; öte yandan, GTAW'nin daha yüksek termal enerji girişi ve daha yavaş soğutma işlemi, pürüzlü kaynaklı yapıya yol açar.
Genel olarak, lazer kaynak işlemi GTAW'den daha hızlı kabul edilir, aynı hurda oranına sahiptirler ve lazer kaynak daha iyi metalografik özellikler sağlar, bu da daha yüksek patlama dayanımı ve daha yüksek şekillendirilebilirlik anlamına gelir. Yüksek frekanslı kaynakla karşılaştırıldığında, lazerle işleme sırasında malzemede oksidasyon oluşmaz, bu da daha düşük hurda oranları ve daha yüksek şekillendirilebilirlik sağlar. Nokta boyutunun etkisi: Paslanmaz çelik boru fabrikalarında kaynak derinliği, çelik borunun kalınlığına bağlıdır. Bu şekilde, üretim hedefi, daha yüksek hızlar elde ederken kaynak genişliğini azaltarak şekillendirilebilirliği artırmaktır. En uygun lazeri seçerken, sadece ışın kalitesi değil, aynı zamanda frezenin hassasiyeti de dikkate alınmalıdır. Ayrıca, boru frezesinin boyutsal hatası devreye girmeden önce nokta boyutunun azaltılmasının sınırlamaları da göz önünde bulundurulmalıdır.
Çelik boru kaynaklamasında birçok boyutsal sorun mevcuttur; ancak kaynaklamayı etkileyen ana faktör, kaynak kutusundaki (daha spesifik olarak, kaynak rulosundaki) dikiştir. Şerit oluşturulduktan ve kaynaklamaya hazır hale geldikten sonra, kaynak özelliklerine şerit boşluğu, ciddi/hafif kaynak hizalama hatası ve kaynak merkez hattı değişiklikleri dahildir. Boşluk, kaynak havuzunu oluşturmak için ne kadar malzeme kullanılacağını belirler. Çok fazla basınç, borunun üst veya iç çapında fazla malzemeye neden olur. Öte yandan, ciddi veya hafif kaynak hizalama hatası, kötü kaynak profiline neden olabilir. Ayrıca, kaynak kutusundan geçtikten sonra, çelik boru daha da kesilecektir. Bu, boyut ayarlaması ve şekil ayarlamasını içerir. Öte yandan, ek çalışma bazı ciddi/küçük kaynak kusurlarını giderebilir, ancak muhtemelen hepsini değil. Elbette, sıfır kusur 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 kaynak merkez hattının varlığı önemlidir. Otomotiv pazarında şekillendirilebilirliğe verilen önemin artmasıyla birlikte, daha küçük bir ısıdan etkilenen bölge (HAZ) ve azaltılmış kaynak profili ihtiyacı arasında doğrudan bir ilişki vardır. Bu da, nokta boyutunu küçültmek için ışın kalitesini iyileştiren lazer teknolojisindeki ilerlemelere yol açmıştır. Nokta boyutu küçülmeye devam ettikçe, kaynak merkez hattının taranmasının doğruluğuna daha fazla dikkat etmemiz gerekiyor. Genel olarak, çelik boru üreticileri bu sapmayı mümkün olduğunca azaltmaya çalışırlar, ancak pratikte 0,2 mm (0,008 inç) sapma elde etmek çok zordur. Bu da bir kaynak izleme sisteminin kullanılması ihtiyacını doğurur. En yaygın iki izleme tekniği mekanik tarama ve lazer taramadır. Bir yandan, mekanik sistemler, toz, aşınma ve titreşime maruz kalan kaynak havuzunun yukarısındaki kaynak dikişine temas etmek için problar kullanır. Bu sistemlerin doğruluğu 0,25 mm (0,01 inç) olup, yüksek ışın kalitesine sahip lazer kaynağı için yeterince hassas değildir.
Öte yandan, lazer kaynak dikişi takibi gerekli hassasiyeti sağlayabilir. Tipik olarak, bir lazer ışını veya lazer noktası kaynağın yüzeyine yansıtılır ve elde edilen görüntü, kaynakların, yanlış birleşmelerin ve boşlukların konumunu belirlemek için algoritmalar kullanan bir CMOS kameraya geri beslenir. Görüntüleme hızı önemli olmakla birlikte, lazer kaynak dikişi takip cihazlarının, lazer odak başlığını doğrudan dikişin üzerine hareket ettirmek için gerekli kapalı döngü kontrolünü sağlarken, kaynağın konumunu doğru bir şekilde derleyebilecek kadar hızlı bir kontrol ünitesine sahip olması gerekir. Bu nedenle, kaynak dikişi takibinin doğruluğu ve tepki süresi önemlidir.
Genel olarak, kaynak dikişi 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 gözenekliliğini azaltırken ve kaynak profilini küçültürken kaynak hızını korumak veya artırmak için kendine yer bulmuştur. Difüzyonla soğutulan levha lazerler gibi lazer sistemleri, ışın kalitesini iyileştirerek kaynak genişliğini azaltarak şekillendirilebilirliği daha da artırmıştır. Bu gelişme, çelik boru fabrikalarında daha sıkı boyut kontrolü ve lazer kaynak dikişi izleme ihtiyacına yol açmıştır.
Yayın tarihi: 29 Ağustos 2022