Những tiến bộ trong 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 nhiên liệu, kim phun nhiên liệu và các bộ phận khác. Trong quá trình sản xuất ống thép không gỉ, trước tiên, một dải thép phẳng được tạo hình, sau đó được định hình thành ống tròn. Sau khi tạo hình, các đường nối của ống phải được hàn lại với nhau. Mối hàn này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng định hình của chi tiết. Do đó, việc lựa chọn kỹ thuật hàn phù hợp là vô cùng quan trọng để có được hình dạng hàn đáp ứng các yêu cầu kiểm tra nghiêm ngặt trong ngành sản xuất. Không còn nghi ngờ gì nữa, hàn hồ quang khí vonfram (GTAW), hàn tần số cao (HF) và hàn laser đều đã được áp 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 tạo lực ép là độc lập với nhau. Ngoài ra, cả hai phương pháp đều có thể sử dụng thanh nam châm, là các phần tử từ tính mềm được đặt bên trong thân ống, giúp tập trung dòng hàn ở mép dải.
Trong cả hai trường hợp, dải thép được cắt, làm sạch, cuộn lại và đưa đến điểm hàn. Ngoài ra, chất làm mát được sử dụng để làm mát các cuộn dây cảm ứng được sử dụng trong quá trình gia nhiệt. Cuối cùng, một phần chất làm mát sẽ được sử dụng cho quá trình đùn. Ở đây, lực ép lớn được tác dụng lên puli ép để tránh tạo ra lỗ xốp ở khu vực hàn; tuy nhiên, sử dụng lực ép lớn hơn sẽ làm tăng gờ (hoặc hạt 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, mối hàn tần số cao không dễ dàng được kiểm tra một cách đáng tin cậy bằng các kỹ thuật không phá hủy (NDT) thông thường. Các vết nứt hàn có thể xuất hiện ở các vùng phẳng, mỏng của mối hàn cường độ 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 đã lựa chọn hàn hồ quang khí vonfram (GTAW) để hoàn thiện quy trình hàn. GTAW tạo ra 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 luồng plasma ion hóa và bảo vệ vũng hàn nóng chảy. Đây là một quy trình đã được thiết lập và hiểu rõ, giúp tạo ra quy trình hàn chất lượng cao, có thể lặp lại.
Ưu điểm của quy trình này là khả năng lặp lại, hàn không bắn tóe và loại bỏ hiện tượng rỗ khí. GTAW được coi là một quy trình dẫn điện, do đó, xét về mặt tương đối, quy trình này tương đối chậm.
Xung hồ quang tần số cao
Trong những năm gần đây, nguồn điện hàn GTAW, còn được gọi là công tắc tốc độ cao, đã cho phép tạo ra xung hồ quang trên 10.000 Hz. Khách hàng của nhà máy chế biến ống thép được hưởng lợi từ công nghệ mới này, xung hồ quang tần số cao tạo ra áp suất hạ hồ quang lớn hơn gấp năm lần so với GTAW thông thường. Những cải tiến tiêu biểu bao gồm tăng cường độ chịu nổ, tốc độ đường hàn nhanh hơn và giảm phế liệu.
Khách hàng của nhà sản xuất ống thép nhanh chóng nhận thấy rằng hình dạng mối hàn thu được từ quy trình hàn này cần phải được giảm bớt. Hơn nữa, tốc độ hàn vẫn còn tương đối chậm.
Hàn laser
Trong tất cả các ứng dụng hàn ống thép, các cạnh của dải thép bị nóng chảy và đông cứng khi các cạnh ống thép được ép lại với nhau bằng giá kẹp. Tuy nhiên, một đặc tính độc đáo của hàn laser là mật độ chùm năng lượng cao. Chùm tia laser không chỉ làm nóng chảy lớp bề mặt của vật liệu mà còn tạo ra một lỗ khóa để tạo ra hình dạng mối 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 khóa. Theo cách này, quy trình không có lỗ khóa tạo ra hình dạng mối hàn rộng và nông. Độ chính xác cao của hàn laser dẫn đến khả năng thâm nhập hiệu quả hơn, do đó làm giảm sự phát triển của hạt và dẫn đến chất lượng kim loại học tốt hơn; mặt khác, đầu vào năng lượng nhiệt cao hơn và quá trình làm mát chậm hơn của GTAW dẫn đến kết cấu hàn thô.
Nhìn chung, quá trình hàn laser được coi là nhanh hơn GTAW, chúng có cùng tỷ lệ phế liệu và trước đây mang lại các đặc tính kim loại học tốt hơn, dẫn đến độ bền nổ cao hơn và khả năng định hình cao hơn. Khi so sánh với hàn tần số cao, không xảy ra quá trình oxy hóa trong quá trình xử lý vật liệu bằng laser, dẫn đến tỷ lệ phế liệu thấp hơn và khả năng định hình cao hơn. Ảnh hưởng của kích thước điểm: Trong quá trình hàn các nhà máy sản xuất 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 định hình bằng cách giảm chiều rộng của mối hàn, đồng thời đạt được tốc độ cao hơn. Khi chọn laser phù hợp nhất, người ta không chỉ phải xem xét chất lượng chùm tia mà còn phải xem xét độ chính xác của máy phay. Ngoài ra, những hạn chế của việc giảm điểm phải được xem xét trước khi sai số kích thước của máy phay ống có thể phát huy tác dụng.
Có nhiều vấn đề về kích thước đặc thù của hàn ống thép, tuy nhiên, yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình hàn là mối hàn trên hộp hàn (cụ thể hơn là cuộn hàn). Khi dải hàn được tạo hình và sẵn sàng để hàn, các đặc điểm của mối hàn bao gồm khe hở dải hàn, độ lệch mối hàn nghiêm trọng/nhẹ và 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 vật liệu dư thừa ở đầu hoặc đường kính 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 tỉa thêm. Điều này bao gồm điều chỉnh kích thước và điều chỉnh hình dạng (hình dạng). Mặt khác, công việc bổ sung có thể loại bỏ một số khuyết tật hàn nghiêm trọng/nhỏ, nhưng có thể không phải tất cả. Tất nhiên, chúng ta muốn đạt được 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 định 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 giảm. Điều này, đến lượt nó, đã dẫn đến những tiến bộ trong công nghệ laser giúp 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. Nhìn 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 phía trước vũng hàn, nơi dễ bị 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 hàn laser chất lượng chùm tia cao.
Mặt khác, theo dõi đường hàn bằng laser có thể đạt được độ chính xác cần thiết. Thông thường, một chùm tia laser hoặc điểm laser được chiếu lên bề mặt mối hàn, và hình ảnh thu được sẽ được truyền về camera CMOS, sử dụng thuật toán để xác định vị trí mối hàn, mối hàn lệch và khe hở. Mặc dù tốc độ chụp ảnh rất quan trọng, nhưng bộ theo dõi đường hàn bằng laser phải có bộ điều khiển đủ nhanh để biên dịch chính xác vị trí mối hàn, đồng thời cung cấp khả năng điều khiển vòng kín cần thiết để di chuyển đầu hội tụ laser trực tiếp trên đường hàn. Do đó, độ chính xác của theo dõi đường hàn rất quan trọng, và thời gian phản hồi cũng vậy.
Nhìn chung, công nghệ theo dõi đường hàn đã được phát triển đầy đủ để cho phép các nhà sản xuất ống thép sử dụng chùm tia laser chất lượng cao hơn nhằm sản xuất ống thép không gỉ có khả năng định hình tốt hơn. Do đó, hàn laser đã tìm ra giải pháp giảm độ xốp mối hàn và giảm biên dạng mối hàn trong khi vẫn duy trì hoặc tăng tốc độ hàn. Các hệ thống laser, chẳng hạn như laser tấm làm mát khuếch tán, đã cải thiện chất lượng chùm tia, đồng thời cải thiện khả năng định hình bằng cách giảm chiều rộng mối hàn. Sự phát triển này dẫn đến nhu cầu kiểm soát kích thước chặt chẽ hơn và theo dõi đường hàn bằng laser trong các nhà máy ống thép.
Thời gian đăng: 29-08-2022