ปัญหาทั่วไปในการเชื่อมท่อเหล็กด้วยความถี่สูง

เดอะท่อเหล็กความถี่สูงหน่วยเชื่อมเป็นอุปกรณ์หลักของสายการผลิต HFW ทั้งหมด และยังต้องการความเชี่ยวชาญทางเทคนิคมากที่สุด การปรับแต่งที่ไม่เหมาะสมจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของท่อเหล็กที่เชื่อม บทความนี้ใช้การเชื่อมแบบรีดขึ้นรูปห้าลูกกลิ้งเป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายรายละเอียดปัญหาทั่วไปในการเชื่อมความถี่สูงและสาเหตุของปัญหาเหล่านั้น

ประการแรก รูปทรงของครีบภายนอก
ครีบผิวภายนอกเกิดจากการให้ความร้อนและการอัดขึ้นรูปด้วยความถี่สูงที่ขอบแผ่นโลหะ รูปทรงของครีบผิวภายนอกได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณการอัดขึ้นรูปในการเชื่อม กำลังการเชื่อม และรูปทรงของขอบแผ่นโลหะ ดังนั้น รูปทรงของครีบผิวภายนอกจึงเป็นตัวบ่งชี้คุณภาพการเชื่อมที่เข้าใจง่ายที่สุดและสามารถใช้ในการตัดสินคุณภาพการเชื่อมได้

1. ครีบผิวภายนอกที่สม่ำเสมอ: รูปทรงครีบผิวภายนอกที่ดีจะเกิดขึ้นเมื่อครีบโลหะที่ยื่นออกมามีรูปทรงคล้ายเห็ด ทับซ้อนกับครีบโลหะที่เสียรูปและผสานเข้าด้วยกันบางส่วน ส่งผลให้รอยเชื่อมมีบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนกว้างปานกลาง
2. ครีบผิวภายนอกแบบแบน: ครีบโลหะที่เกิดจากการอัดขึ้นรูปจะปรากฏเป็นเกล็ดทับอยู่บนครีบโลหะที่เสียรูป ทำให้เกิดครีบแบบแบนรูปโค้งที่วางตัวราบไปกับพื้นผิวของท่อเหล็กที่เชื่อม สภาพเช่นนี้อาจทำให้บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของการเชื่อมกว้างเกินไปได้ง่าย ครีบโลหะที่เสียรูปมีค่อนข้างมาก ในขณะที่ครีบโลหะที่เกิดจากการอัดขึ้นรูปมีค่อนข้างน้อยหรือไม่มีเลย ซึ่งจะขัดขวางการกำจัดสิ่งสกปรกออกจากรอยเชื่อมและอาจนำไปสู่การแตกร้าวระหว่างการทดสอบการแบนราบ ทั้งสองสภาวะนี้อาจทำให้บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของการเชื่อมแคบเกินไปได้ง่าย

สาเหตุ: โดยทั่วไปแล้ว สำหรับอัตราการอัดขึ้นรูปที่คงที่ กำลังเชื่อมที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดครีบโลหะที่อัดขึ้นรูปในสัดส่วนที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับปริมาตรครีบภายนอกทั้งหมด และรูปทรงของครีบจะแบนลง ในทางกลับกัน สำหรับกำลังเชื่อมที่คงที่ อัตราการอัดขึ้นรูปที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดครีบโลหะที่ผิดรูปในสัดส่วนที่มากขึ้นเมื่อเทียบกับปริมาตรครีบภายนอกทั้งหมด และครีบจะตั้งตรงมากขึ้น อัตราการอัดขึ้นรูปต่ำต้องการกำลังเชื่อมที่ต่ำกว่าเพื่อให้ได้คุณภาพการเชื่อมที่ดี ในทางกลับกัน อัตราการอัดขึ้นรูปสูงต้องการกำลังเชื่อมที่สูงกว่าเพื่อให้ได้คุณภาพการเชื่อมที่ดี อย่างไรก็ตาม อัตราการอัดขึ้นรูปที่ต่ำเกินไปจะขัดขวางการกำจัดสิ่งเจือปนในการเชื่อม ในขณะที่อัตราการอัดขึ้นรูปที่สูงเกินไปอาจนำไปสู่การอัดขึ้นรูปโลหะหลอมเหลวมากเกินไป ส่งผลให้เกิดการเชื่อมเย็น
3. รอยขรุขระภายนอกที่เอียง สาเหตุ: การจัดแนวที่ไม่ตรงกันระหว่างขอบแผ่นโลหะทั้งสองแผ่นในระหว่างการเชื่อมแบบชนกัน ส่งผลให้เกิดสภาวะความเค้นที่แตกต่างกัน ทำให้โลหะหลอมเหลวถูกบีบออกมาและเบี่ยงเบนจากตำแหน่งเดิม

ประการที่สอง ผลกระทบของลักษณะขอบแผ่นโลหะต่อคุณภาพการเชื่อม
1. ลักษณะขอบแถบ วิธีการตรวจสอบลักษณะขอบแถบ:
การทดสอบชิ้นงานกึ่งเชื่อม: นำชิ้นงานกึ่งเชื่อมมาทดสอบด้วยความถี่สูง ชิ้นงานกึ่งเชื่อมที่ว่านี้คือส่วนของขอบรอยเชื่อมที่เปลี่ยนจากรอยเชื่อมชนเป็นรอยเชื่อมหลอมรวม โดยใช้เครื่องทดสอบการแบนราบ ชิ้นงานกึ่งเชื่อมจะแตกตามแนวรอยเชื่อม ทำให้เห็นสองโซนที่แตกต่างกัน คือ โซนเชื่อมหลอมรวมและโซนไม่เชื่อมหลอมรวม รอยแตกของโซนเชื่อมหลอมรวมจะมีสีขาวเงิน ในขณะที่โซนไม่เชื่อมหลอมรวมจะมีสีดำอมน้ำเงิน ขอบเขตระหว่างสองโซนนี้จะมีลักษณะเป็นเส้นโค้งรูปตัว C
2. สังเกตองศาของมุมกระแสลมบนและล่างในการวิเคราะห์โลหะวิทยาของรอยเชื่อมความถี่สูง โดยทั่วไป จะสังเกตเห็นรูปทรงตัว V บวกเมื่อมุมกระแสลมล่างมากกว่ามุมกระแสลมบน จะสังเกตเห็นรูปทรงตัว I เมื่อมุมกระแสลมบนและล่างเท่ากันหรือเกือบเท่ากัน และจะสังเกตเห็นรูปทรงตัว V คว่ำเมื่อมุมกระแสลมบนมากกว่ามุมกระแสลมล่าง
3. รูปทรงขอบที่ไม่ตรงแนวและการปรับแต่ง การที่ขอบแผ่นโลหะไม่ตรงแนว (หรือเรียกว่าการเชื่อมซ้อน) เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพการเชื่อม หากการไม่ตรงแนวเกิดขึ้นเนื่องจากการปรับแต่งที่ไม่เหมาะสม ความหนาของผนังรอยเชื่อมจะลดลง ซึ่งนำไปสู่การเกิดความเค้นกระจุกตัวได้ง่าย

สาเหตุของการไม่ตรงแนวในการเชื่อมท่อเหล็ก ได้แก่:
(1) ในกรณีส่วนใหญ่ เกิดจากความสูงที่แตกต่างกันของลูกกลิ้งอัดรีดด้านบนทั้งสองตัว ดังนั้นจึงสามารถแก้ไขได้โดยการปรับความสูงของลูกกลิ้งอัดรีดด้านบนตัวใดตัวหนึ่ง
(2) บางครั้งเกิดจากความสูงที่แตกต่างกันของลูกกลิ้งขอบการอัดขึ้นรูปเชื่อม สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มหรือถอดปะเก็นโลหะที่ด้านล่างหรือด้านข้างของโครงลูกกลิ้งขอบการอัดขึ้นรูป
การเยื้องแนวที่เกิดจากมุมที่แตกต่างกันของขอบแผ่นโลหะที่เชื่อม การเยื้องแนวนี้อาจทำให้ครีบเชื่อมเอียงไปด้านใดด้านหนึ่งได้ง่าย การทดสอบทางโลหะวิทยาของการเชื่อมความถี่สูงแสดงให้เห็นเส้นเชื่อมที่โค้งงอหรือมุมของแนวเชื่อมที่ไม่สมมาตรทางด้านซ้ายและด้านขวา สาเหตุของการเยื้องแนวนี้คือ:
(1) ตำแหน่งของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปด้านบนสำหรับการเชื่อมไม่สมมาตรตามแนวศูนย์กลางการรีดของท่อเหล็กที่เชื่อม ทำให้ลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปด้านบนทั้งสองออกแรงไม่เท่ากันบนขอบแผ่นทั้งสองด้าน สามารถปรับโครงลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปด้านบนในแนวนอนเพื่อให้ลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปด้านบนเคลื่อนไปทางซ้ายหรือขวาพร้อมกัน และในที่สุดรอยเชื่อมจะอยู่ตรงกลางของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปด้านบน (รูปที่ 12) (2) ความสูงของลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปด้านข้างทั้งสองแตกต่างกัน หรือโครงลูกกลิ้งอัดขึ้นรูปเอียง
(3) เหตุผลเกี่ยวกับคุณภาพขอบแผ่น แถบมีข้อบกพร่อง เช่น โค้งงอเป็นรูปเคียวหรือโค้งงอเป็นคลื่น หรือขอบแถบสึกหรอที่ด้านใดด้านหนึ่ง
สาเหตุของการบิดตัวของรอยเชื่อม:
(1) ความสูงของลูกกลิ้งเชื่อมด้านข้างทั้งสองไม่เท่ากัน ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มหรือถอดปะเก็นโลหะที่ด้านล่างหรือด้านข้างของโครงลูกกลิ้งแนวนอน
(2) ตำแหน่งของลูกกลิ้งด้านข้างการอัดขึ้นรูปทั้งสองไม่สมมาตรตามศูนย์กลางการรีดของท่อเหล็กเชื่อม ส่งผลให้แรงที่ลูกกลิ้งด้านข้างการอัดขึ้นรูปทั้งสองกระทำต่อแท่งท่อไม่เท่ากัน ทำให้แท่งท่อเกิดการบิด
(3) ตลับลูกปืนหรือแผ่นนำทางของลูกกลิ้งตกแต่งเสียหาย ส่งผลให้ไม่สามารถควบคุมการบิดของรอยเชื่อมได้
(4) ตำแหน่งลูกกลิ้งนำทางถูกปรับสูงเกินไปในทิศทางแนวตั้ง และมีเพียงส่วนหนึ่งของรูลูกกลิ้งนำทางเท่านั้นที่สัมผัสกับแท่งเหล็ก ทำให้แรงที่กระทำต่อแท่งเหล็กน้อยเกินไป และไม่สามารถควบคุมการบิดของลูกกลิ้งได้ หรือลูกกลิ้งนำทางหรือตลับลูกปืนเสียหาย ประการที่สาม รอยบุ๋มและหลุมบนท่อเหล็ก มีรอยบุ๋มสองประเภท ประเภทแรกคือรอยบุ๋มเป็นเส้นตรง ซึ่งเกิดจากการปรับตำแหน่งลูกกลิ้งที่ไม่เหมาะสม ประเภทที่สองคือรอยบุ๋มรูปพระจันทร์เสี้ยว ซึ่งเกิดจากส่วนที่โป่งออกมาเนื่องจากการสึกหรอของลูกกลิ้ง ส่วนหลุมบนท่อเหล็กโดยทั่วไปเกิดจากส่วนที่โป่งออกมาบนลูกกลิ้งและคราบออกไซด์ที่เกาะติดกับลูกกลิ้ง

1. การเยื้องเชิงเส้น
(1) รอยบุ๋มเชิงเส้นต่อเนื่อง: เกิดจากการจับคู่ตำแหน่งของลูกกลิ้งที่ไม่ดีระหว่างลูกกลิ้ง มักปรากฏระหว่างช่องว่างของลูกกลิ้ง รอยบุ๋มระหว่างลูกกลิ้งบนและลูกกลิ้งด้านข้างเป็นรอยบุ๋มที่พบได้บ่อยที่สุด นอกจากนี้ ลูกกลิ้งด้านข้างและลูกกลิ้งล่างก็อาจเกิดรอยบุ๋มได้เช่นกัน
สาเหตุ: โดยทั่วไปเกิดจากการตั้งตำแหน่งลูกกลิ้งด้านข้างและลูกกลิ้งด้านบนไม่ตรงกัน
วิธีการปรับ: สามารถปรับโดยการยกตำแหน่งของลูกกลิ้งอัดรีดด้านบน หรือลดระยะห่างระหว่างลูกกลิ้งด้านข้างทั้งสอง
สาเหตุ: โดยทั่วไปเกิดจากการตั้งตำแหน่งลูกกลิ้งด้านข้างและลูกกลิ้งด้านล่างไม่ตรงกัน
วิธีการปรับ: สามารถปรับได้โดยการลดตำแหน่งของลูกกลิ้งอัดรีดด้านล่าง หรือลดระยะห่างระหว่างลูกกลิ้งด้านข้างทั้งสอง
สาเหตุและวิธีการแก้ไข:
ก. ความสูงของลูกกลิ้งอัดรีดตัวบนตัวใดตัวหนึ่งต่ำเกินไป ปรับความสูงของลูกกลิ้งอัดรีดตัวบนตัวนั้น
b. ตำแหน่งของลูกกลิ้งด้านข้างในการอัดขึ้นรูปนั้นไม่สมมาตร เนื่องจากแรงที่กระทำแตกต่างกัน ตำแหน่งของลูกกลิ้งด้านข้างฝั่งที่มีรอยบุ๋มอาจถูกขันให้แน่นขึ้น หรือตำแหน่งของลูกกลิ้งด้านข้างฝั่งที่ไม่มีรอยบุ๋มอาจถูกคลายให้หลวมลง
ค. ลูกกลิ้งด้านข้างเกิดจากความสูงที่ไม่เท่ากัน
d. ระยะห่างระหว่างลูกกลิ้งบนสองตัวกับรอยเชื่อมไม่เท่ากันเนื่องจากการจัดแนวของลูกกลิ้งบนไม่ตรงกัน ปรับโครงลูกกลิ้งบนให้เป็นแนวนอน
(2) รอยบุ๋มเชิงเส้นที่ไม่ต่อเนื่อง สาเหตุทั่วไป:
ก. โดยทั่วไปแล้ว ตลับลูกปืนลูกกลิ้งจะชำรุดเสียหาย
b. ในกรณีของลูกกลิ้งที่แตก ลูกกลิ้งจะเบี่ยงเบนจากตำแหน่งเดิมเนื่องจากสกรูลูกกลิ้งแตกหักบางส่วน
2. รอยบุ๋มรูปพระจันทร์เสี้ยว โดยทั่วไปแล้ว ผิวลูกกลิ้งจะสึกหรอ และมีพื้นผิวสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งทำให้เกิดรอยบุ๋มรูปพระจันทร์เสี้ยวบนท่อเหล็ก รอยบุ๋มรูปพระจันทร์เสี้ยวนี้มักปรากฏขึ้นในตำแหน่งที่รัศมีของลูกกลิ้งมีขนาดใหญ่ที่สุด เหตุผลก็คือ ความเร็วเชิงเส้นของลูกกลิ้งในตำแหน่งนี้มีค่ามากที่สุด และแรงเสียดทานก็มีค่ามากที่สุด รอยบุ๋มรูปพระจันทร์เสี้ยวนี้สามารถแก้ไขได้โดยการเจียรแบบออนไลน์
3. หลุม
สาเหตุที่ 1: ส่วนที่ยื่นออกมาบนม้วนเหล็กทำให้เกิดรอยบุ๋มในท่อเหล็ก สาเหตุเหมือนกับรอยบุ๋มรูปพระจันทร์เสี้ยว
สาเหตุที่ 2: รอยบุ๋มที่เกิดจากลูกกลิ้งปรับขนาด เนื่องจากการอบชุบด้วยความร้อนความถี่ปานกลางที่รอยเชื่อม ทำให้เกิดคราบออกไซด์จำนวนมาก หลังจากผ่านลูกกลิ้งปรับขนาดแล้ว คราบออกไซด์นี้จะเกาะติดกับพื้นผิวของลูกกลิ้งปรับขนาด หากการพ่นอิมัลชันอยู่ในตำแหน่งที่ไม่เหมาะสมหรือการไหลของอิมัลชันต่ำเกินไป คราบออกไซด์จะไม่ถูกชะล้างออกไป เมื่อเวลาผ่านไป คราบออกไซด์จะสะสมมากขึ้นเรื่อยๆ จนในที่สุดจะทำให้เกิดรอยบุ๋มใกล้รอยเชื่อมของท่อเหล็กที่เชื่อมแล้ว

ประการที่สี่: การเกิดประกายไฟความถี่สูง
การเกิดประกายไฟความถี่สูงเป็นเรื่องปกติมากในการเชื่อมความถี่สูง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อคุณภาพการเชื่อมและอาจทำให้เครื่องเชื่อมหยุดทำงานได้
สาเหตุทั่วไป:
1. เนื่องจากมีสิ่งเจือปนของโลหะออกไซด์ในอิมัลชัน โลหะออกไซด์บางส่วนอาจทำให้เกิดการสัมผัสทางไฟฟ้าขึ้นระหว่างชิ้นส่วนที่เป็นฉนวนในระหว่างการระบายความร้อนของลูกกลิ้ง
2. รอยขรุขระที่ขอบแผ่นเหล็กหลังจากการตัด รอยขรุขระที่ขอบแผ่นเหล็กอาจซ้อนทับกันได้ง่ายก่อนการเชื่อมเหล็กฉากรูปตัววี ทำให้เกิดประกายไฟได้
3. การใช้งานลูกกลิ้ง FP เป็นเวลานานทำให้ใบมีดซีลสึกหรออย่างรุนแรง ส่งผลให้เกิดร่องที่ด้านล่างของใบมีด บริเวณระหว่างร่องและส่วนที่ไม่สึกหรอจะทำให้เกิดเสี้ยนบนขอบแผ่นเนื่องจากการเฉือน เสี้ยนเหล่านี้จะทับซ้อนกันก่อนกำหนดก่อนที่จะทำการเชื่อมมุม V ทำให้เกิดประกายไฟ
4. สิ่งสกปรกที่สะสมอยู่ใกล้ขดลวดเหนี่ยวนำระหว่างการใช้งานเป็นเวลานาน อาจทำให้เกิดการสัมผัสทางไฟฟ้าและประกายไฟได้ง่าย
5. การติดตั้งส่วนประกอบของอุปกรณ์เหนี่ยวนำอย่างไม่ถูกต้อง อาจทำให้การเชื่อมต่อหลวมหรือส่วนประกอบฉนวนเสียหายได้เนื่องจากการใช้งานเป็นเวลานาน

ปัจจัยหลายอย่างส่งผลต่อคุณภาพของการเชื่อมขึ้นรูปท่อเหล็ก รวมถึงรูปทรงขอบแผ่นเหล็ก การเยื้องศูนย์ ลักษณะของครีบภายในและภายนอก การอัดขึ้นรูปของรอยเชื่อม อุณหภูมิในการเชื่อม ค่าความต้านทาน น้ำหล่อเย็น และการทดสอบทางโลหะวิทยาของรอยเชื่อมด้วยความถี่สูง การที่จะประเมินสภาพของรอยเชื่อมได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำนั้น ต้องอาศัยความเข้าใจอย่างถ่องแท้ในทุกปัจจัยที่มีผลต่อการเชื่อมขึ้นรูปเท่านั้น