مجموعة كاملة من طرق عملية لحام الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ

لقد جلب التقدم في معالجة المواد فرصًا فريدة لمجال إنتاج الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ. تشمل التطبيقات النموذجية أنابيب العادم، وخطوط الوقود، والحاقن، والمكونات الأخرى. عند إنتاج الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ، يتم أولاً تشكيل شريط فولاذي مسطح ومن ثم يتم تشكيله على شكل أنبوب دائري. بمجرد تشكيلها، يجب أن يتم لحام طبقات الأنابيب معًا. يؤثر هذا اللحام بشكل كبير على قابلية تشكيل الجزء. لذلك، من المهم للغاية اختيار تقنية اللحام المناسبة للحصول على ملف لحام يمكنه تلبية متطلبات الاختبار الصارمة في الصناعة التحويلية. ليس هناك شك في أن لحام قوس غاز التنغستن (GTAW)، واللحام عالي التردد (HF)، واللحام بالليزر قد تم تطبيقها في تصنيع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ.

لحام الحث عالي التردد
في اللحام التلامسي عالي التردد واللحام التعريفي عالي التردد، تكون المعدات التي توفر التيار والمعدات التي توفر قوة البثق مستقلة عن بعضها البعض. بالإضافة إلى ذلك، تستخدم كلتا الطريقتين القضبان المغناطيسية، وهي عبارة عن عناصر مغناطيسية ناعمة توضع داخل جسم الأنبوب وتساعد على تركيز تدفق اللحام عند حافة الشريط الفولاذي. في كلتا الحالتين، يتم قطع الشريط وتنظيفه ولفه وتسليمه إلى نقطة اللحام. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام المبرد لتبريد ملف الحث المستخدم أثناء عملية التسخين. وأخيرا، سيتم استخدام بعض المبرد في عملية البثق. هنا، يتم تطبيق قوة عالية على بكرة البثق لتجنب المسامية في منطقة اللحام؛ ومع ذلك، فإن استخدام قوة قذف أكبر سيزيد من النتوءات (أو الخرز). ولذلك، يتم استخدام سكاكين مصممة خصيصًا لإزالة النتوءات من داخل الأنبوب وخارجه. الميزة الرئيسية لعملية اللحام عالية التردد هي قدرتها على معالجة الأنابيب الفولاذية بسرعات عالية. ومع ذلك، كما هو الحال في معظم الوصلات المطروقة ذات الطور الصلب، ليس من السهل اختبار الوصلات الملحومة عالية التردد بشكل موثوق باستخدام التقنيات التقليدية غير المدمرة (NDT). يمكن أن تحدث شقوق اللحام في مناطق مسطحة ورقيقة من الوصلات منخفضة القوة والتي لا يمكن اكتشافها باستخدام الطرق التقليدية، وبالتالي قد تفتقر إلى الموثوقية في بعض تطبيقات السيارات الصعبة.

اللحام بقوس غاز التنغستن (GTAW)
تقليديا، اختار مصنعو الأنابيب الفولاذية لحام قوس غاز التنغستن (GTAW) لإكمال عملية اللحام. تقوم GTAW بإنشاء قوس لحام كهربائي بين قطبين من التنغستن غير القابل للاستهلاك. وفي الوقت نفسه، يتم إدخال غاز تدريعي خامل من مسدس الرش لحماية الأقطاب الكهربائية، وتوليد تدفق البلازما المتأينة، وحماية حوض اللحام المنصهر. هذه عملية راسخة ومفهومة ستؤدي إلى لحام قابل للتكرار وعالي الجودة. تتمثل مزايا هذه العملية في التكرار واللحام الخالي من الرذاذ والقضاء على المسامية. تعتبر GTAW عملية توصيل كهربائي، لذا فإن العملية بطيئة نسبيًا.

نبض قوس عالي التردد
في السنوات الأخيرة، تتيح مصادر طاقة اللحام GTAW، والمعروفة أيضًا بالمفاتيح عالية السرعة، نبضات قوسية تتجاوز 10000 هرتز. يستفيد العملاء في مصانع معالجة الأنابيب الفولاذية من هذه التقنية الجديدة، حيث تؤدي نبضات القوس عالية التردد إلى ضغط هبوطي للقوس أكبر بخمس مرات مقارنة بـ GTAW التقليدية. تتضمن التحسينات التمثيلية تحسين قوة الانفجار، وسرعات خط اللحام الأسرع، وتقليل الخردة. وسرعان ما اكتشف عملاء مصنعي الأنابيب الفولاذية أن شكل اللحام الذي تم الحصول عليه من خلال عملية اللحام هذه يحتاج إلى تقليل. وبالإضافة إلى ذلك، فإن سرعة اللحام لا تزال بطيئة نسبيا.

اللحام بالليزر
في جميع تطبيقات لحام الأنابيب الفولاذية، يتم ذوبان حواف الشريط الفولاذي وتصلبها عندما يتم ضغط حواف الأنبوب معًا باستخدام أقواس التثبيت. ومع ذلك، فإن الخاصية الفريدة لللحام بالليزر هي كثافة شعاع الطاقة العالية. لا يقوم شعاع الليزر بإذابة الطبقة السطحية من المادة فحسب، بل يخلق أيضًا ثقبًا للمفتاح، مما يؤدي إلى تشكيل جانبي ضيق للحام. إذا كانت كثافة الطاقة أقل من 1 ميجاوات/سم2، مثل تقنية GTAW، فلن تنتج كثافة طاقة كافية لإنشاء ثقوب المفاتيح. بهذه الطريقة، فإن العملية بدون ثقب المفتاح تؤدي إلى شكل لحام واسع وضحل. الدقة العالية للحام بالليزر تؤدي إلى اختراق أعلى لكفاءة، مما يقلل بدوره من نمو الحبوب ويجلب جودة ميتالوغرافية أفضل؛ من ناحية أخرى، فإن مدخلات الطاقة الحرارية العالية وعملية التبريد الأبطأ لـ GTAW تؤدي إلى بناء ملحوم خشن.

بشكل عام، يُعتقد أن عملية اللحام بالليزر أسرع من GTAW، ولديها نفس معدل الخردة، والأول يجلب خصائص ميتالوغرافية أفضل، مما يؤدي إلى قوة انفجار أعلى وقابلية تشكيل أعلى. بالمقارنة مع اللحام عالي التردد، لا تحدث أي أكسدة أثناء معالجة المواد بالليزر، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات الخردة وزيادة قابلية التشكيل. تأثير حجم البقعة: في اللحام في مصانع أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، يتم تحديد عمق اللحام من خلال سمك الأنابيب الفولاذية. بهذه الطريقة، هدف الإنتاج هو تحسين قابلية التشكيل عن طريق تقليل عرض اللحام مع تحقيق سرعات أعلى. عند اختيار الليزر الأكثر ملاءمة، لا يمكن للمرء أن يأخذ بعين الاعتبار جودة الشعاع فحسب، بل أيضًا دقة آلة لف الأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، يجب مراعاة القيود المفروضة على تقليل بقعة الضوء قبل أن تلعب أخطاء الأبعاد لآلة لف الأنابيب دورًا.
هناك العديد من مشكلات الأبعاد الخاصة بلحام الأنابيب الفولاذية، ومع ذلك، فإن العامل الرئيسي الذي يؤثر على اللحام هو التماس في صندوق اللحام (وبشكل أكثر تحديدًا، ملف اللحام). بمجرد تشكيل الشريط وإعداده للحام، تشمل خصائص اللحام فجوات الشريط، واختلال اللحام الشديد / الطفيف، والتغيرات في الخط المركزي للحام. تحدد الفجوة كمية المواد المستخدمة لتشكيل حوض اللحام. سيؤدي الضغط الزائد إلى زيادة المواد في القطر العلوي أو الداخلي للأنبوب الفولاذي. من ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي اختلال اللحام الشديد أو الطفيف إلى سوء مظهر اللحام.
بالإضافة إلى ذلك، بعد المرور عبر صندوق اللحام، سيتم قطع الأنبوب الفولاذي بشكل أكبر. وهذا يشمل تعديلات الحجم والشكل. من ناحية أخرى، يمكن للعمل الإضافي إزالة بعض عيوب اللحام الرئيسية/الثانوية، ولكن قد لا يزيلها كلها. وبطبيعة الحال، نريد تحقيق صفر العيوب. بشكل عام، القاعدة الأساسية هي أن عيوب اللحام يجب ألا تتجاوز خمسة بالمائة من سمك المادة. سيؤثر تجاوز هذه القيمة على قوة المنتج الملحوم.
وأخيرًا، يعد وجود خط اللحام المركزي أمرًا مهمًا لإنتاج أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ عالية الجودة. نظرًا لأن سوق السيارات يركز بشكل متزايد على القابلية للتشكيل، فإن ذلك يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالحاجة إلى مناطق أصغر متأثرة بالحرارة (HAZ) وتقليل مقاطع اللحام. وهذا بدوره يعزز تطوير تكنولوجيا الليزر التي تعمل على تحسين جودة الشعاع لتقليل حجم البقعة. مع استمرار حجم البقعة في الصغر، نحتاج إلى إيلاء المزيد من الاهتمام لدقة مسح الخط المركزي للدرزة. بشكل عام، سيحاول مصنعو الأنابيب الفولاذية تقليل هذا الانحراف قدر الإمكان، ولكن في الواقع، من الصعب جدًا تحقيق انحراف قدره 0.2 مم (0.008 بوصة).
وهذا يجلب معه الحاجة إلى استخدام نظام تتبع اللحام. تقنيتا التتبع الأكثر شيوعًا هما المسح الميكانيكي والمسح الضوئي بالليزر. من ناحية، تستخدم الأنظمة الميكانيكية مجسات للاتصال بالمفاصل الموجودة أعلى حوض اللحام، والتي تكون عرضة للأوساخ والتآكل والاهتزاز. تبلغ دقة هذه الأنظمة 0.25 مم (0.01 بوصة)، وهي ليست دقيقة بما يكفي للحام الليزر عالي الجودة.
من ناحية أخرى، يمكن لتتبع التماس بالليزر تحقيق الدقة المطلوبة. بشكل عام، يتم تسليط ضوء الليزر أو بقع الليزر على سطح اللحام، ويتم إرسال الصورة الناتجة مرة أخرى إلى كاميرا CMOS، والتي تستخدم الخوارزميات لتحديد موقع اللحامات والمفاصل المعيبة والفجوات.
في حين أن سرعة التصوير مهمة، يجب أن تحتوي أجهزة تتبع التماس بالليزر على وحدات تحكم سريعة بما يكفي لتجميع موضع اللحام بدقة مع توفير التحكم الضروري في الحلقة المغلقة لتحريك رأس تركيز الليزر مباشرة فوق خط التماس. ولذلك، فإن دقة تتبع طبقات اللحام مهمة، وكذلك وقت الاستجابة.
بشكل عام، تم تطوير تقنية تتبع اللحام بشكل كامل ويمكنها أيضًا السماح لمصنعي الأنابيب الفولاذية باستخدام أشعة ليزر عالية الجودة لإنتاج أنابيب من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات قابلية تشكيل أفضل.
لذلك، وجد اللحام بالليزر مكانه. يتم استخدامه لتقليل مسامية اللحام وتقليل شكل اللحام مع الحفاظ على سرعة اللحام أو زيادتها. لقد حسنت أنظمة الليزر، مثل ليزر الألواح المبردة بالانتشار، جودة الشعاع، مما أدى إلى تحسين قابلية التشكيل عن طريق تقليل عرض اللحام. أدى هذا التطور إلى الحاجة إلى تحكم أكثر صرامة في الأبعاد وتتبع اللحام بالليزر في مصانع الأنابيب الفولاذية.