กระบวนการเชื่อมท่อเหล็ก การวิเคราะห์โดยย่อของลักษณะทางเทคนิค

กระบวนการเชื่อมท่อเหล็กผ่านความร้อน, ความดัน, ผลิตภัณฑ์อย่างน้อยหนึ่งรายการที่เลือกจากชุดงานที่เป็นตัวแทนของชุดงาน, มีหรือไม่มีวัสดุสิ้นเปลืองในการเชื่อม, เพื่อให้ชิ้นงานทั้งสองเกิดการแพร่ของอะตอมระหว่างกัน, สร้างการผสมผสานทางโลหะวิทยาของเทคโนโลยีการประมวลผลและการเชื่อมต่อ. ท่อเหล็กเชื่อมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานทั้งที่เป็นโลหะและไม่ใช่โลหะ. มาดูลักษณะทางเทคนิคของ 6 กระบวนการท่อเหล็กเชื่อมที่พบมากที่สุด.

1. ท่อเหล็กเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน

การเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอนเป็นวิธีการเชื่อมท่อเหล็กโดยใช้พลังงานความร้อนที่สร้างขึ้นโดยลำแสงอิเล็กตรอนแบบเร่งและโฟกัสที่การเชื่อมด้วยระเบิดในสุญญากาศหรือไม่สุญญากาศ.
ท่อเหล็กเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เช่น การบินและอวกาศ, พลังงานปรมาณู, การป้องกันประเทศและการทหาร, เครื่องมือวัดยานยนต์และไฟฟ้าเพราะข้อดีของการไม่มีลวดเชื่อม, ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะออกซิไดซ์, การทำซ้ำกระบวนการที่ดีและการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนเล็กน้อย.

หลักการทำงานของท่อเหล็กเชื่อมด้วยลำอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนหลุดออกจากตัวปล่อย (แคโทด) ในปืนอิเล็กตรอน, และอยู่ภายใต้การกระทำของแรงดันไฟฟ้าเร่ง, อิเล็กตรอนจะถูกเร่งให้เป็น 0.3 ถึง 0.7 คูณด้วยความเร็วแสง, ด้วยพลังงานจลน์บางอย่าง. แล้วก็, ผ่านการกระทำของเลนส์ไฟฟ้าสถิตและเลนส์แม่เหล็กไฟฟ้าในปืนอิเล็กตรอน, ลำแสงอิเล็กตรอนที่มีความหนาแน่นของอัตราความสำเร็จสูงมาบรรจบกัน. ลำแสงอิเล็กตรอนนี้กระทบกับพื้นผิวของชิ้นงาน, และพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน, ทำให้โลหะละลายและระเหยอย่างรวดเร็ว. ภายใต้การกระทำของไอโลหะแรงดันสูง, พื้นผิวของชิ้นงานได้อย่างรวดเร็ว “เจาะ” ออกจากรูเล็กๆ, ยังเป็นที่รู้จักกันในนาม “รูกุญแจ”, เนื่องจากลำแสงอิเล็กตรอนและชิ้นงานเคลื่อนที่ค่อนข้างมาก, โลหะเหลวจะไหลไปตามรูเล็กๆ รอบๆ ด้านหลังของสระหลอมเหลว, และเย็นตัวลงจนแข็งตัวเป็นรอยเชื่อม.
คุณสมบัติหลักของท่อเหล็กเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน
ความสามารถในการเจาะทะลุของลำแสงอิเล็กตรอนมีความแข็งแรง, ความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก, อัตราส่วนความลึกในการเชื่อมต่อความกว้างมีขนาดใหญ่, ซึ่งสามารถเข้าถึงได้ 50:1, ซึ่งสามารถรับรู้ถึงการขึ้นรูปวัสดุที่มีความหนามากเพียงครั้งเดียว, และความหนาของท่อเหล็กเชื่อมสูงสุดคือ 300 มม. การเข้าถึงท่อเหล็กเชื่อมนั้นดี, ความเร็วของท่อเหล็กเชื่อมนั้นเร็ว, โดยทั่วไปจะสูงกว่า 1 ม./นาที, โซนรับความร้อนขนาดเล็ก, ความผิดปกติของท่อเหล็กเชื่อมมีขนาดเล็ก, ความแม่นยำของโครงสร้างท่อเหล็กเชื่อมสูง. สามารถปรับพลังงานลำแสงอิเล็กตรอนได้, ความหนาของโลหะเชื่อมอาจมีตั้งแต่บางถึง 0.05 มม. ถึงหนาถึง 300 มม, โดยไม่ต้องเปิดร่อง, และท่อเหล็กเชื่อมจะเกิดขึ้นในคราวเดียว, ซึ่งวิธีเชื่อมท่อเหล็กแบบอื่นไม่สามารถทำได้. วัสดุที่หลากหลายที่สามารถเชื่อมด้วยคานอิเล็กตรอนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับท่อเหล็กเชื่อมที่มีโลหะแอคทีฟ, โลหะทนไฟและชิ้นงานที่มีข้อกำหนดคุณภาพสูง.

2. ท่อเหล็กเชื่อมด้วยเลเซอร์

ท่อเหล็กเชื่อมด้วยเลเซอร์: พื้นผิวการทำความร้อนด้วยรังสีเลเซอร์ที่จะประมวลผล, ความร้อนพื้นผิวผ่านการนำความร้อนไปสู่การแพร่กระจายภายใน, โดยการควบคุมความกว้างของพัลส์เลเซอร์, พลังงาน, กำลังสูงสุดและความถี่การทำซ้ำและพารามิเตอร์เลเซอร์อื่นๆ, เพื่อให้ชิ้นงานละลาย, ก่อตัวเป็นสระน้ำเฉพาะ.

(การเชื่อมจุดเชื่อมของอุปกรณ์ท่อเหล็กเชื่อม)

(การเชื่อมท่อเหล็กด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง)

ท่อเหล็กเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถทำได้โดยใช้ลำแสงเลเซอร์แบบต่อเนื่องหรือแบบพัลส์, และหลักการของท่อเหล็กเชื่อมด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นท่อเหล็กเชื่อมนำความร้อนและท่อเหล็กเชื่อมเลเซอร์ละลายลึก. ความหนาแน่นของพลังงานน้อยกว่า 10~10 W/cm สำหรับการเชื่อมด้วยการนำความร้อน, ณ ขณะนี้, ความลึกของการหลอมละลายนั้นตื้น, และความเร็วในการเชื่อมของท่อเหล็กก็ช้า; เมื่อความหนาแน่นของพลังงานมากกว่า 10~10 W/cm, พื้นผิวโลหะเว้าเป็น “รู” ภายใต้การกระทำของความร้อน, ทำให้เกิดการเชื่อมฟิวชันลึก, ซึ่งมีลักษณะของความเร็วท่อเหล็กเชื่อมที่รวดเร็วและอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างที่มาก.

เทคโนโลยีท่อเหล็กเชื่อมด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์, เรือ, อากาศยาน, รถไฟความเร็วสูงและสาขาการผลิตที่มีความแม่นยำสูงอื่นๆ, ซึ่งได้นำมาซึ่งการปรับปรุงคุณภาพชีวิตของผู้คนครั้งใหญ่ และนำอุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านเข้าสู่ยุคของไซโก.

3. ท่อเหล็กเชื่อมเลเซอร์คอมโพสิต

ท่อเหล็กเชื่อมด้วยเลเซอร์คอมโพสิตเป็นการผสมผสานระหว่างท่อเหล็กเชื่อมด้วยลำแสงเลเซอร์และเทคโนโลยีท่อเหล็กเชื่อม MIG เพื่อให้ได้เอฟเฟกต์ท่อเหล็กเชื่อมที่ดีที่สุด, ความสามารถที่รวดเร็วและเชื่อมสะพาน, เป็นวิธีการเชื่อมท่อเหล็กที่ทันสมัยที่สุด.

ข้อดีของการเชื่อมด้วยเลเซอร์คอมโพสิตคือ: ความเร็วที่รวดเร็ว, การเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนเล็กน้อย, พื้นที่อิทธิพลความร้อนขนาดเล็ก, และมั่นใจในโครงสร้างโลหะและคุณสมบัติทางกลของการเชื่อม.

นอกจากท่อเหล็กเชื่อมสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างแผ่นรถยนต์แล้ว, การเชื่อมด้วยเลเซอร์คอมโพสิตยังเหมาะสำหรับการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย. ตัวอย่างเช่น, เทคโนโลยีนี้ใช้กับการผลิตปั๊มคอนกรีตและบูมเครนเคลื่อนที่, ซึ่งต้องใช้การแปรรูปเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง, และเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมมักจะนำไปสู่ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากความต้องการกระบวนการเสริมอื่นๆ เช่น การอุ่นเครื่อง. นอกจากนี้, เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้กับการผลิตยานพาหนะรางและโครงสร้างเหล็กธรรมดาได้ (เช่นสะพาน, ถังน้ำมันเชื้อเพลิง, ฯลฯ).

4. การเชื่อมแบบกวนด้วยแรงเสียดทาน

การเชื่อมแบบเสียดทานแบบกวนคือการใช้ความร้อนแบบเสียดทานและความร้อนจากการเสียรูปแบบพลาสติกเป็นแหล่งความร้อนสำหรับการเชื่อมท่อเหล็ก. กระบวนการเชื่อมท่อเหล็กแบบเสียดทานแบบกวนประกอบด้วยทรงกระบอกหรือรูปทรงอื่นๆ (เช่น กระบอกเกลียว) เข็มกวนเข้าไปในตะเข็บของชิ้นงาน, และการหมุนด้วยความเร็วสูงของหัวเชื่อมทำให้เสียดสีกับวัสดุชิ้นงานท่อเหล็กที่เชื่อม, เพื่อให้อุณหภูมิวัสดุของส่วนเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นและอ่อนลง.

การเชื่อมแบบกวนแรงเสียดทาน ในกระบวนการเชื่อมท่อเหล็ก, ควรยึดชิ้นงานไว้บนแผ่นรองหลังอย่างแน่นหนา, ด้านหัวเชื่อมหมุนด้วยความเร็วสูง, และรอยต่อของขอบชิ้นงานจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับชิ้นงาน.

ส่วนที่ยื่นออกมาของหัวเชื่อมขยายเข้าไปในวัสดุเพื่อการเสียดสีและการกวน, และไหล่ของหัวเชื่อมเสียดสีกับพื้นผิวชิ้นงานเพื่อสร้างความร้อน, และใช้เพื่อป้องกันการรั่วไหลของวัสดุพลาสติก, และสามารถมีบทบาทในการขจัดฟิล์มออกไซด์ของพื้นผิวได้.

ในตอนท้ายของแรงเสียดทานกวนเชื่อม, ทิ้งรูกุญแจไว้ที่เครื่อง. โดยปกติแล้วรูกุญแจนี้สามารถตัดออกได้, หรือจะปิดผนึกและเชื่อมด้วยวิธีการเชื่อมท่อเหล็กแบบอื่นก็ได้.

การเชื่อมด้วยแรงเสียดทานช่วยให้สามารถเชื่อมท่อเหล็กระหว่างวัสดุที่ไม่เหมือนกันได้, เช่นโลหะ, เซรามิกส์, พลาสติก, ฯลฯ. ท่อเหล็กเชื่อมแบบ Friction Stir Welding มีคุณภาพสูง, ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเกิดข้อบกพร่อง, และง่ายต่อการบรรลุการใช้เครื่องจักร, ระบบอัตโนมัติ, คุณภาพมีเสถียรภาพ, ต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพสูง.

5. การเชื่อมแบบแฟลชชน

หลักการเชื่อมแบบแฟลชชนคือการใช้เครื่องเชื่อมแบบชนเพื่อให้โลหะสัมผัสที่ปลายทั้งสองข้าง, ผ่านกระแสไฟแรงต่ำ, หลังจากที่โลหะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิหนึ่งและนิ่มลง, การตีขึ้นรูปด้านบนด้วยแรงดันตามแนวแกนจะดำเนินการเพื่อสร้างหัวท่อเหล็กเชื่อมคู่หนึ่ง.

ก่อนที่รอยเชื่อมทั้งสองจะไม่ได้สัมผัสกัน, พวกมันถูกยึดด้วยอิเล็กโทรดแคลมป์สองตัวและเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ, อุปกรณ์เคลื่อนที่, ปลายเชื่อมทั้งสองจะสัมผัสกับเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าอย่างนุ่มนวล, จุดสัมผัสถูกทำลายเนื่องจากความร้อนจนกลายเป็นโลหะเหลว, ประกายไฟเจ็ตก่อตัวเป็นแสงวาบ, อุปกรณ์ติดตั้งแบบเคลื่อนย้ายได้อย่างต่อเนื่อง, ไฟแฟลชเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง, ปลายทั้งสองของการเชื่อมได้รับความร้อน, หลังจากถึงอุณหภูมิที่กำหนดแล้ว, บีบส่วนปลายของชิ้นงานทั้งสองชิ้น, ตัดแหล่งจ่ายไฟของท่อเหล็กเชื่อม, และท่อเหล็กเชื่อมก็เชื่อมติดกันแน่น. รอยเชื่อมได้รับความร้อนจากความต้านทานเพื่อให้จุดสัมผัสกะพริบ, โลหะของพื้นผิวปลายเชื่อมจะหลอมละลาย, และแรงด้านบนถูกนำไปใช้อย่างรวดเร็วเพื่อให้การเชื่อมท่อเหล็กเสร็จสมบูรณ์.

การเชื่อมชนแฟลชแท่งเหล็กคือการติดตั้งเหล็กเส้นสองเส้นในรูปแบบการเชื่อมต่อ, การใช้ท่อเหล็กเชื่อมในปัจจุบันผ่านจุดสัมผัสแท่งเหล็กสองจุดที่เกิดจากความร้อนต้านทาน, เพื่อให้จุดสัมผัสโลหะหลอมละลาย, ทำให้เกิดการกระเด็นอย่างรุนแรง, การก่อตัวของแฟลช, ตามมาด้วยกลิ่นฉุน, ปล่อยโมเลกุลการติดตาม, ใช้แรงตีขึ้นรูปด้านบนอย่างรวดเร็วเพื่อให้วิธีการเชื่อมด้วยแรงดันสมบูรณ์.

6. ท่อเหล็กเชื่อมโลหะอัลตราโซนิก

ท่อเหล็กเชื่อมโลหะอัลตราโซนิคเป็นวิธีพิเศษในการเชื่อมต่อโลหะชนิดเดียวกันหรือโลหะที่ไม่เหมือนกันโดยใช้พลังงานการสั่นสะเทือนทางกลของความถี่อัลตราโซนิก. เมื่อโลหะถูกเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกกับท่อเหล็ก, โดยจะไม่ส่งกระแสไฟฟ้าไปยังชิ้นงานหรือจ่ายแหล่งความร้อนที่อุณหภูมิสูงไปยังชิ้นงาน, แต่อยู่ภายใต้ความกดดันคงที่, พลังงานการสั่นสะเทือนของเฟรมจะถูกแปลงเป็นงานเสียดสี, พลังงานการเสียรูปและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างจำกัดในห้องทำงาน. พันธะทางโลหะวิทยาระหว่างข้อต่อคือท่อเหล็กเชื่อมแข็งที่ทำได้โดยไม่ต้องละลายโลหะฐาน.

สามารถเอาชนะปรากฏการณ์การกระเด็นและออกซิเดชั่นที่เกิดขึ้นเมื่อความต้านทานเชื่อมท่อเหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ, เครื่องเชื่อมโลหะอัลตราโซนิกสามารถทำท่อเหล็กเชื่อมจุดเดียวได้, ท่อเหล็กเชื่อมหลายจุดและท่อเหล็กเชื่อมแถบสั้นสำหรับวัสดุลวดละเอียดหรือเกล็ดทองแดง, เงิน, อลูมิเนียม, นิกเกิลและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่น ๆ. สามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในไทริสเตอร์ลีด, ชิ้นฟิวส์, สายไฟฟ้า, ชิ้นส่วนเสาแบตเตอรี่ลิเธียม, ท่อเหล็กเชื่อมหูเสา.

ท่อเหล็กเชื่อมโลหะอัลตราโซนิกใช้คลื่นสั่นสะเทือนความถี่สูงเพื่อส่งไปยังพื้นผิวโลหะของท่อเหล็กที่จะเชื่อม, และอยู่ภายใต้ความกดดัน, พื้นผิวโลหะทั้งสองถูกันเพื่อก่อให้เกิดการหลอมรวมระหว่างชั้นโมเลกุล.

ข้อดีของท่อเหล็กเชื่อมโลหะอัลตราโซนิกนั้นรวดเร็ว, การประหยัดพลังงาน, ความแข็งแรงของฟิวชั่นสูง, การนำที่ดี, ไม่มีประกายไฟ, และใกล้กับการแปรรูปเย็น; ข้อเสียคือชิ้นส่วนโลหะที่เป็นท่อเหล็กเชื่อมต้องไม่หนาเกินไป (โดยทั่วไปจะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 5 มม), ข้อต่อประสานต้องไม่ใหญ่เกินไป, จำเป็นต้องกดดัน