Coleção completa de métodos de processo de soldagem de tubos de aço inoxidável

Os avanços no processamento de materiais trouxeram oportunidades únicas para o campo da produção de tubos de aço inoxidável. As aplicações típicas incluem tubos de escape, linhas de combustível, injetores e outros componentes. Ao produzir tubos de aço inoxidável, uma tira de aço plana é primeiro formada e depois moldada em um tubo redondo. Depois de formadas, as costuras do tubo devem ser soldadas. Esta solda afeta muito a conformabilidade da peça. Portanto, é extremamente importante selecionar a tecnologia de soldagem apropriada para obter um perfil de soldagem que possa atender aos rigorosos requisitos de testes da indústria de manufatura. Não há dúvida de que a soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW), a soldagem de alta frequência (HF) e a soldagem a laser têm sido aplicadas na fabricação de tubos de aço inoxidável.

Soldagem por indução de alta frequência
Na soldagem por contato de alta frequência e na soldagem por indução de alta frequência, o equipamento que fornece corrente e o equipamento que fornece força de extrusão são independentes um do outro. Além disso, ambos os métodos utilizam barras magnéticas, que são elementos magnéticos macios colocados dentro do corpo do tubo e ajudam a focar o fluxo de soldagem na borda da tira de aço. Em ambos os casos, a tira é cortada e limpa, enrolada e entregue no ponto de soldagem. Além disso, um refrigerante é usado para resfriar a bobina de indução usada durante o processo de aquecimento. Finalmente, algum refrigerante será utilizado no processo de extrusão. Aqui, uma força elevada é aplicada à polia de extrusão para evitar porosidade na área de solda; entretanto, usar maior força de extrusão aumentará as rebarbas (ou cordões). Portanto, facas especialmente projetadas são usadas para remover rebarbas de dentro e de fora do tubo. A principal vantagem do processo de soldagem de alta frequência é a sua capacidade de processar tubos de aço em altas velocidades. No entanto, como é típico na maioria das juntas forjadas em fase sólida, as juntas soldadas de alta frequência não são fáceis de testar de forma confiável usando técnicas tradicionais não destrutivas (END). Trincas de solda podem ocorrer em áreas planas e finas de juntas de baixa resistência que não podem ser detectadas usando métodos tradicionais e podem, portanto, não ter confiabilidade em algumas aplicações automotivas exigentes.

Soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW)
Tradicionalmente, os fabricantes de tubos de aço escolhem a soldagem a arco de gás tungstênio (GTAW) para completar o processo de soldagem. GTAW cria um arco de soldagem elétrica entre dois eletrodos de tungstênio não consumíveis. Ao mesmo tempo, um gás de proteção inerte é introduzido a partir da pistola de pulverização para proteger os eletrodos, gerar um fluxo de plasma ionizado e proteger a poça de fusão fundida. Este é um processo estabelecido e compreendido que resultará em soldagem repetível e de alta qualidade. As vantagens deste processo são a repetibilidade, a soldagem sem respingos e a eliminação de porosidade. GTAW é considerado um processo de condução elétrica, portanto, relativamente falando, o processo é relativamente lento.

pulso de arco de alta frequência
Nos últimos anos, as fontes de energia de soldagem GTAW, também conhecidas como chaves de alta velocidade, permitem pulsos de arco superiores a 10.000 Hz. Os clientes em fábricas de processamento de tubos de aço se beneficiam desta nova tecnologia, com pulsos de arco de alta frequência resultando em uma pressão descendente do arco cinco vezes maior em comparação com o GTAW convencional. Melhorias representativas incluem maior resistência à ruptura, velocidades mais rápidas da linha de soldagem e redução de refugos. Os clientes dos fabricantes de tubos de aço logo descobriram que o perfil de solda obtido por esse processo de soldagem precisava ser reduzido. Além disso, a velocidade de soldagem ainda é relativamente lenta.

Soldagem a laser
Em todas as aplicações de soldagem de tubos de aço, as bordas da tira de aço são derretidas e solidificadas quando as bordas do tubo são comprimidas usando suportes de fixação. No entanto, uma propriedade única da soldagem a laser é a alta densidade do feixe de energia. O feixe de laser não apenas derrete a camada superficial do material, mas também cria um buraco de fechadura, resultando em um perfil de solda estreito. Se a densidade de potência for inferior a 1 MW/cm2, como a tecnologia GTAW, não produzirá densidade de energia suficiente para criar buracos de fechadura. Desta forma, o processo sem buraco resulta em um perfil de solda largo e raso. A alta precisão da soldagem a laser traz maior eficiência de penetração, o que por sua vez reduz o crescimento de grãos e traz melhor qualidade metalográfica; por outro lado, a maior entrada de energia térmica e o processo de resfriamento mais lento do GTAW resultam em uma construção soldada áspera.

De modo geral, acredita-se que o processo de soldagem a laser seja mais rápido que o GTAW, possuem o mesmo índice de refugo, e o primeiro traz melhores propriedades metalográficas, o que leva a maior resistência ao jateamento e maior conformabilidade. Quando comparada com a soldagem de alta frequência, nenhuma oxidação ocorre durante o processamento de materiais a laser, o que resulta em menores taxas de refugo e maior conformabilidade. Influência do tamanho do ponto: Na soldagem em fábricas de tubos de aço inoxidável, a profundidade da soldagem é determinada pela espessura do tubo de aço. Desta forma, o objetivo da produção é melhorar a conformabilidade, reduzindo a largura da solda e alcançando velocidades mais altas. Ao escolher o laser mais adequado, não se deve considerar apenas a qualidade do feixe, mas também a precisão da laminadora de tubos. Além disso, as limitações de redução do ponto de luz devem ser consideradas antes que os erros dimensionais da laminadora de tubos possam desempenhar um papel.
Existem muitas questões dimensionais específicas da soldagem de tubos de aço; no entanto, o principal fator que afeta a soldagem é a costura na caixa de soldagem (mais especificamente, a bobina de soldagem). Uma vez que a tira tenha sido formada e preparada para soldagem, as características da solda incluem folgas na tira, desalinhamento grave/menor da solda e alterações na linha central da solda. A lacuna determina quanto material é usado para formar a poça de fusão. Muita pressão resultará em excesso de material na parte superior ou no diâmetro interno do tubo de aço. Por outro lado, um desalinhamento grave ou leve da soldagem pode levar a uma aparência ruim da soldagem.
Além disso, após passar pela caixa de soldagem, o tubo de aço será ainda mais aparado. Isso inclui ajustes de tamanho e forma. Por outro lado, o trabalho adicional pode remover alguns defeitos de solda maiores/menores, mas pode não remover todos eles. Claro, queremos atingir zero defeitos. De modo geral, a regra geral é que os defeitos de soldagem não devem exceder cinco por cento da espessura do material. Exceder este valor afetará a resistência do produto soldado.
Finalmente, a presença da linha central de soldagem é importante para a produção de tubos de aço inoxidável de alta qualidade. À medida que o mercado automotivo dá cada vez mais ênfase à conformabilidade, isso está diretamente relacionado à necessidade de zonas menores afetadas pelo calor (HAZ) e perfis de soldagem reduzidos. Isto, por sua vez, promove o desenvolvimento da tecnologia laser que melhora a qualidade do feixe para reduzir o tamanho do ponto. À medida que o tamanho do ponto continua a diminuir, precisamos prestar mais atenção à precisão da digitalização da linha central da costura. De modo geral, os fabricantes de tubos de aço tentarão reduzir esse desvio tanto quanto possível, mas na verdade é muito difícil conseguir um desvio de 0,2 mm (0,008 polegadas).
Isto traz consigo a necessidade de usar um sistema de rastreamento de solda. As duas tecnologias de rastreamento mais comuns são a digitalização mecânica e a digitalização a laser. Por um lado, os sistemas mecânicos utilizam sondas para entrar em contato com as juntas a montante da poça de fusão, que está sujeita a sujeira, desgaste e vibração. A precisão desses sistemas é de 0,25 mm (0,01 polegada), o que não é preciso o suficiente para soldagem a laser de alta qualidade.
O rastreamento de costura a laser, por outro lado, pode atingir a precisão necessária. De modo geral, a luz laser ou pontos de laser são projetados na superfície da solda, e a imagem resultante é enviada de volta para uma câmera CMOS, que usa algoritmos para determinar a localização de soldas, juntas defeituosas e lacunas.
Embora a velocidade da imagem seja importante, os rastreadores de costura a laser devem ter controladores rápidos o suficiente para compilar com precisão a posição da solda, ao mesmo tempo que fornecem o controle de circuito fechado necessário para mover a cabeça de foco do laser diretamente sobre a costura. Portanto, a precisão do rastreamento do cordão de solda é importante, mas também o é o tempo de resposta.
Em geral, a tecnologia de rastreamento de costura de solda foi totalmente desenvolvida e também pode permitir que os fabricantes de tubos de aço usem feixes de laser de maior qualidade para produzir tubos de aço inoxidável com melhor conformabilidade.
Portanto, a soldagem a laser encontrou seu lugar. É usado para reduzir a porosidade da solda e reduzir o formato da solda, mantendo ou aumentando a velocidade de soldagem. Os sistemas de laser, como os lasers de placas resfriados por difusão, melhoraram a qualidade do feixe, melhorando ainda mais a conformabilidade ao reduzir a largura da solda. Esse desenvolvimento resultou na necessidade de um controle dimensional mais rígido e rastreamento de solda a laser em fábricas de tubos de aço.