Phương pháp hàn ống thép không gỉ

Trong quá trình sản xuấtống thép không gỉĐầu tiên, một dải thép phẳng được tạo hình, sau đó được uốn 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 tạo lực ép hoạt động độc lập với nhau. Ngoài ra, cả hai phương pháp đều có thể sử dụng nam châm thanh, là một 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 trước khi cuộn lại và đưa đến điểm hàn. Thêm vào đó, chất làm mát được sử dụng để làm mát các cuộn cảm ứng được sử dụng trong quá trình gia nhiệt. Cuối cùng, một lượng chất làm mát sẽ được sử dụng trong quá trình ép. Ở đây, một lực lớn được tác dụng lên ròng rọc ép để tránh tạo ra các lỗ rỗ trong vùng hàn; tuy nhiên, sử dụng lực ép lớn hơn sẽ dẫn đến tăng số lượng bavia (hoặc các mối hàn). Do đó, các dao được thiết kế đặc biệt được sử dụng để loại bỏ bavia 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, như thường thấy ở hầu hết các sản phẩm rèn pha rắn, các mối hàn tần số cao không thể được kiểm tra một cách đáng tin cậy bằng các kỹ thuật không phá hủy thông thường (NDT). 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 thường chọn phương pháp hàn hồ quang vonfram khí bảo vệ (GTAW). GTAW tạo ra hồ quang hàn giữa hai điện cực vonfram không tiêu hao. Đồng thời, 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, cho phép tạo ra các mối hàn chất lượng cao và có thể lặp lại. Ưu điểm của quy trình này là tính lặp lại, hàn không bắn tóe và loại bỏ được hiện tượng rỗ khí. GTAW được coi là một quá trình dẫn điện, vì vậy, nói một cách tương đối, quá trình này diễn ra khá 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, cho phép tạo ra xung hồ quang trên 10.000 Hz. Khách hàng trong các nhà máy gia công ống thép được hưởng lợi từ công nghệ mới này, trong đó xung hồ quang tần số cao tạo ra áp suất hồ quang hướng xuống lớn hơn gấp năm lần so với GTAW thông thường. Những cải tiến điển hình bao gồm tăng cường độ bền nổ, tốc độ đường hàn nhanh hơn và giảm phế liệu. Khách hàng của các 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 lại với nhau bằng các kẹp giữ. Tuy nhiên, đặc tính độc đáo của hàn laser là mật độ chùm tia năng lượng cao. Tia laser không chỉ làm nóng chảy lớp bề mặt của vật liệu mà còn tạo ra lỗ khóa, dẫn đến đường hàn 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 lỗ khóa. Do đó, quy trình không có lỗ khóa dẫn đến đường hàn rộng và nông. Độ chính xác cao của hàn laser mang lại khả năng xuyên thấu hiệu quả hơn, từ đó làm giảm sự phát triển hạt và mang lại chất lượng luyện kim tốt hơn; mặt khác, lượng nhiệt năng 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 cho ra các đặc tính luyện kim tốt hơn, dẫn đến độ bền nổ và khả năng tạo hình cao hơn. So với hàn tần số cao, laser xử lý vật liệu không bị oxy hóa, 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, chiều sâu mối hàn được xác định bởi độ dày của ống thép. Do đó, mục tiêu sản xuất là cải thiện khả năng tạo hình bằng cách giảm chiều rộng mối hàn trong khi đạt được tốc độ cao hơn. Khi lựa chọn laser phù hợp nhất, người ta không chỉ cần xem xét chất lượng chùm tia mà còn cả độ chính xác của máy cắt. Ngoài ra, trước khi xem xét đến sai số kích thước của máy cắt ống, cần phải xem xét trước tiên giới hạn của việc giảm kích thước điểm hàn.

Có nhiều vấn đề về kích thước đặc thù trong hàn ống thép, tuy nhiên, yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình hàn là đường hàn trên hộp hàn (chính xác hơn là cuộn thép hàn). Sau khi dải thép được tạo hình 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 của 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 lớn/nhỏ, 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. Liên quan trực tiếp đến sự tập trung ngày càng tăng vào khả năng tạo hình trong thị trường ô tô là nhu cầu về vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) nhỏ hơn và biên dạng mối hàn được thu nhỏ. Đến lượt nó, điều này thúc đẩy sự phát triển của công nghệ laser, tức là cải thiện chất lượng chùm tia để giảm kích thước điểm. Khi kích thước điểm tiếp tục giảm, 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 đặt ra nhu cầu sử dụng hệ thống theo dõi đường hàn. Hai kỹ thuật theo dõi phổ biến nhất là quét cơ học và quét laser. Một mặt, hệ thống cơ học sử dụng đầu dò để tiếp xúc với vũng hàn ở phía trước đường hàn, nơi chúng bị bám bụi, mài mòn và rung động. Độ chính xác của các hệ thống này là 0,25 mm (0,01 inch), không đủ chính xác cho hàn laser chất lượng cao. Mặt khác, theo dõi đường hàn bằng laser có thể đạt được độ chính xác cần thiết. Nói chung, ánh sáng laser hoặc các điểm laser được chiếu lên bề mặt mối hàn, và hình ảnh thu được được truyền về camera CMOS, sử dụng các thuật toán để xác định vị trí của các mối hàn, các điểm nối sai và các khe hở. Mặc dù tốc độ tạo ảnh rất quan trọng, nhưng hệ thống theo dõi đường hàn bằng laser phải có bộ điều khiển đủ nhanh để biên soạn 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, nhưng thời gian phản hồi cũng vậy.

Nhìn chung, công nghệ theo dõi đường hàn đã phát triển đủ để cho phép các nhà sản xuất ống thép sử dụng các chùm tia laser chất lượng cao hơn để sản xuất ống thép không gỉ dễ tạo hình hơn. Do đó, hàn laser đã tìm được chỗ đứng trong việc giảm độ rỗ của mối hàn và giảm độ dày mối 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,进一步 nâng cao khả năng tạo 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.