Những tiến bộ trong công nghệ xử lý vật liệu đã mang lại những cơ hội độc đáo trong lĩnh vực sản xuất ống thép không gỉ. Các ứng dụng điển hình bao gồm ống xả, ống dẫn nhiên liệu, kim phun nhiên liệu và các bộ phận khác. Trong sản xuất ống thép không gỉ, trước tiên một dải thép phẳng được tạo hình, sau đó hình dạng của nó được tạo thành ống tròn. Sau khi tạo hình, các mối nối của ống phải được hàn lại với nhau. Mối hàn này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng tạo hình của chi tiết. Do đó, việc lựa chọn kỹ thuật hàn phù hợp là vô cùng quan trọng để có được mối hàn đáp ứng được các yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt trong ngành sản xuất. Không thể phủ nhận rằng hàn hồ quang vonfram khí (GTAW), hàn tần số cao (HF) và hàn laser đều đã được ứng dụng trong sản xuất ống thép không gỉ.
Hàn cảm ứng tần số cao
Trong hàn tiếp xúc tần số cao và hàn cảm ứng tần số cao, thiết bị cung cấp dòng điện và thiết bị cung cấp lực ép hoạt động độc lập với nhau. Ngoài ra, cả hai phương pháp đều có thể sử dụng nam châm thanh, là các phần tử từ mềm được đặt bên trong thân ống, giúp tập trung dòng hàn ở mép dải kim loại.
Trong cả hai trường hợp, dải kim loại được cắt và làm sạch, cuộn lại và đưa đến điểm hàn. Ngoài ra, chất làm mát được sử dụng để làm nguội các cuộn cảm ứng được sử dụng trong quá trình gia nhiệt. Cuối cùng, một lượng chất làm mát sẽ được sử dụng cho quá trình ép đùn. Ở đây, một lực lớn được tác dụng lên ròng rọc ép để tránh tạo ra các lỗ rỗng trong khu vực hàn; tuy nhiên, sử dụng lực ép lớn hơn sẽ dẫn đến tăng số lượng gờ (hoặc mối hàn). Do đó, các dao được thiết kế đặc biệt được sử dụng để loại bỏ gờ bên trong và bên ngoài ống.
Ưu điểm chính của quy trình hàn tần số cao là cho phép gia công ống thép tốc độ cao. Tuy nhiên, giống như hầu hết các mối hàn rèn pha rắn khác, các mối hàn tần số cao không dễ kiểm tra một cách đáng tin cậy bằng các kỹ thuật không phá hủy (NDT) thông thường. Các vết nứt mối hàn có thể xuất hiện ở những vùng phẳng, mỏng của các mối nối có độ bền thấp mà không thể phát hiện bằng các phương pháp truyền thống và có thể thiếu độ tin cậy trong một số ứng dụng ô tô đòi hỏi khắt khe.
Hàn hồ quang vonfram khí (GTAW)
Theo truyền thống, các nhà sản xuất ống thép thường lựa chọn phương pháp hàn hồ quang vonfram khí bảo vệ (GTAW) để hoàn thành quá trình hàn. GTAW tạo ra một hồ quang điện giữa hai điện cực vonfram không tiêu hao. Đồng thời, một loại khí bảo vệ trơ được đưa vào từ mỏ hàn để bảo vệ các điện cực, tạo ra dòng plasma ion hóa và bảo vệ vũng hàn nóng chảy. Đây là một quy trình đã được thiết lập và hiểu rõ, đảm bảo tạo ra quy trình hàn chất lượng cao và có thể lặp lại.
Ưu điểm của quy trình này là tính lặp lại cao, hàn không bắn tóe và loại bỏ được hiện tượng rỗ khí. GTAW được coi là một quy trình dẫn điện, vì vậy, nói một cách tương đối, quy trình này tương đối chậm.
Xung hồ quang tần số cao
Trong những năm gần đây, các nguồn điện hàn GTAW, còn được gọi là các công tắc tốc độ cao, đã cho phép tạo ra xung hồ quang trên 10.000 Hz. Khách hàng của nhà máy gia công ống thép được hưởng lợi từ công nghệ mới này, xung hồ quang tần số cao tạo ra áp suất hồ quang lớn gấp năm lần so với GTAW thông thường. Những cải tiến tiêu biểu bao gồm tăng cường độ bền nổ, tốc độ đường hàn nhanh hơn và giảm phế phẩm.
Khách hàng của nhà sản xuất ống thép nhanh chóng nhận thấy rằng biên dạng mối hàn thu được bằng quy trình hàn này cần phải được giảm bớt. Ngoài ra, tốc độ hàn vẫn còn tương đối chậm.
Hàn laser
Trong tất cả các ứng dụng hàn ống thép, các cạnh của dải thép được làm nóng chảy và đông đặc khi các cạnh ống thép được ép chặt lại với nhau bằng các kẹp giữ. Tuy nhiên, một đặc tính độc đáo của hàn laser là mật độ chùm tia năng lượng cao. Chùm tia laser không chỉ làm nóng chảy lớp bề mặt của vật liệu mà còn tạo ra các lỗ hình chìa khóa, do đó đường hàn rất hẹp. Mật độ công suất dưới 1 MW/cm2, chẳng hạn như công nghệ GTAW, không tạo ra đủ mật độ năng lượng để tạo ra các lỗ hình chìa khóa. Bằng cách này, quy trình không có lỗ hình chìa khóa tạo ra đường hàn rộng và nông. Độ chính xác cao của hàn laser dẫn đến khả năng xuyên thấu hiệu quả hơn, từ đó làm giảm sự phát triển hạt và dẫn đến chất lượng luyện kim tốt hơn; mặt khác, lượng năng lượng nhiệt đầu vào cao hơn và quá trình làm nguội chậm hơn của GTAW dẫn đến cấu trúc hàn thô.
Nhìn chung, quá trình hàn laser được coi là nhanh hơn so với hàn GTAW, cả hai đều có tỷ lệ phế phẩm tương đương, và phương pháp hàn laser mang lại các đặc tính luyện kim tốt hơn, dẫn đến độ bền nổ cao hơn và khả năng tạo hình tốt hơn. So với hàn tần số cao, không xảy ra quá trình oxy hóa trong quá trình gia công laser, dẫn đến tỷ lệ phế phẩm thấp hơn và khả năng tạo hình cao hơn. Ảnh hưởng của kích thước điểm hàn: Trong các nhà máy hàn ống thép không gỉ, độ sâu hàn được xác định bởi độ dày của ống thép. Theo cách này, mục tiêu sản xuất là tăng khả năng tạo hình bằng cách giảm chiều rộng mối hàn, đồng thời đạt được tốc độ cao hơn. Khi lựa chọn laser phù hợp nhất, người ta không chỉ phải xem xét chất lượng chùm tia mà còn cả độ chính xác của máy cắt. Ngoài ra, cần phải xem xét các hạn chế của việc giảm kích thước điểm hàn trước khi sai số kích thước của máy cắt ống có thể ảnh hưởng.
Có nhiều vấn đề về kích thước đặc thù trong hàn ống thép, tuy nhiên, yếu tố chính ảnh hưởng đến mối hàn là đường hàn trên hộp hàn (chính xác hơn là cuộn thép đã hàn). Sau khi dải thép được tạo hình và sẵn sàng để hàn, các đặc điểm của mối hàn bao gồm khe hở dải thép, độ lệch mối hàn nghiêm trọng/nhẹ và sự thay đổi đường tâm mối hàn. Khe hở quyết định lượng vật liệu được sử dụng để tạo thành vũng hàn. Áp lực quá lớn sẽ dẫn đến lượng vật liệu dư thừa ở phía trên hoặc đường kính bên trong của ống. Mặt khác, độ lệch mối hàn nghiêm trọng hoặc nhẹ có thể dẫn đến hình dạng mối hàn kém. Ngoài ra, sau khi đi qua hộp hàn, ống thép sẽ được cắt gọt thêm. Điều này bao gồm điều chỉnh kích thước và hình dạng. Mặt khác, công đoạn gia công bổ sung có thể loại bỏ một số khuyết tật mối hàn nghiêm trọng/nhẹ, nhưng có lẽ không phải tất cả. Tất nhiên, chúng ta muốn đạt được kết quả không có khuyết tật. Theo nguyên tắc chung, khuyết tật mối hàn không được vượt quá năm phần trăm độ dày vật liệu. Vượt quá giá trị này sẽ ảnh hưởng đến độ bền của sản phẩm hàn.
Cuối cùng, sự hiện diện của đường tâm mối hàn rất quan trọng đối với việc sản xuất ống thép không gỉ chất lượng cao. Với sự chú trọng ngày càng tăng vào khả năng tạo hình trong thị trường ô tô, có mối tương quan trực tiếp giữa nhu cầu về vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) nhỏ hơn và biên dạng mối hàn nhỏ hơn. Điều này, đến lượt nó, đã dẫn đến những tiến bộ trong công nghệ laser nhằm cải thiện chất lượng chùm tia để giảm kích thước điểm. Khi kích thước điểm tiếp tục nhỏ hơn, chúng ta cần chú ý hơn đến độ chính xác của việc quét đường tâm mối hàn. Nói chung, các nhà sản xuất ống thép sẽ cố gắng giảm độ lệch này càng nhiều càng tốt, nhưng trên thực tế, rất khó để đạt được độ lệch 0,2mm (0,008 inch). Điều này dẫn đến nhu cầu sử dụng hệ thống theo dõi mối hàn. Hai kỹ thuật theo dõi phổ biến nhất là quét cơ học và quét laser. Một mặt, các hệ thống cơ học sử dụng đầu dò để tiếp xúc với mối hàn ở phía thượng nguồn của vũng hàn, dễ bị ảnh hưởng bởi bụi, mài mòn và rung động. Độ chính xác của các hệ thống này là 0,25mm (0,01 inch), không đủ chính xác cho việc hàn laser chất lượng chùm tia cao.
Mặt khác, việc theo dõi đường hàn bằng laser có thể đạt được độ chính xác cần thiết. Thông thường, một chùm tia laser hoặc một điểm laser được chiếu lên bề mặt mối hàn, và hình ảnh thu được sẽ được truyền về camera CMOS, camera này sử dụng các thuật toán để xác định vị trí của các mối hàn, các mối nối sai và các khe hở. Mặc dù tốc độ tạo ảnh rất quan trọng, nhưng các thiết bị theo dõi đường hàn bằng laser phải có bộ điều khiển đủ nhanh để biên dịch chính xác vị trí của mối hàn đồng thời cung cấp khả năng điều khiển vòng kín cần thiết để di chuyển đầu lấy nét laser trực tiếp trên đường hàn. Do đó, độ chính xác của việc theo dõi đường hàn rất quan trọng, và thời gian phản hồi cũng vậy.
Nhìn chung, công nghệ theo dõi đường hàn đã đủ phát triển để cho phép các nhà sản xuất ống thép sử dụng các chùm tia laser chất lượng cao hơn nhằm tạo ra các ống thép không gỉ dễ định hình hơn. Kết quả là, hàn laser đã được ứng dụng để giảm độ rỗ và giảm độ dày đường hàn trong khi vẫn duy trì hoặc tăng tốc độ hàn. Các hệ thống laser, chẳng hạn như laser tấm làm mát bằng khuếch tán, đã cải thiện chất lượng chùm tia, giúp cải thiện hơn nữa khả năng định hình bằng cách giảm chiều rộng mối hàn. Sự phát triển này đã dẫn đến nhu cầu kiểm soát kích thước chặt chẽ hơn và theo dõi đường hàn bằng laser trong các nhà máy sản xuất ống thép.
Thời gian đăng bài: 29 tháng 8 năm 2022