جوشكاري فركانس بالا HFW

جوشکاری فرکانس بالا HFW

جوشکاری فرکانس بالا HFW: جوشکاری فرکانس بالا یکی از روشهایی است که یک منبع گرم کننده با تولید یک جریان متناوب فرکانس بالا (HF ) به صورت مقاومتی جهت ذوب کردن سطوح اتصال استفاده می شود .جریان فرکانس بالا دارای مشخصات معینی می باشد که آنرا برای جوشکاری قابل استفاده می سازد . همانند جریان مستقیم یا جریان فرکانس پایین متناوب جریان فرکانس بالا نیز تمایل به جاری شدن در سطوح پردانسیته (Skin effect ) و جهت برگشت سطوح موازی و مجاور یکدیگر را جستجو می کند ( Proximity effect ) یعنی گرم کردن و در پی آن ذوب کردن می تواند در جایی که مورد نیاز است متمرکز شود و یا اصطلاحا در نقطه مزبور فوکاس شود .
در کلیه فرایندهای جوشکاری فرکانس بالا پس از ایجاد ذوب ، اتصال سطوح به یکدیگر توسط فشردن مکانیکی داخل یکدیگر انجام می شود . ( Upseting ) این گونه فشردن کمک به خروج اکسیدها از مذاب و تولید یک خط جوش یکپارچه و همگن می کند . خروج ناخالصی ها ، سرباره ها و اکسیدها و ... از مذاب دارای فوائدی است که از جمله آنها می توان به کاهش پتانسیل عیوبی نظیر پایین بودن چقرمگی شکست و مقاومت خوردگی فلز جوش اشاره کرد . در این مرحله پیوندهای ساده و مواد زیر سطحی به مقدار زیادی گرم می شوند که این امر در بهبود خواص موثر است .
در ساخت لوله ورق اولیه با شکل گیری مرحله به مرحله و تولید سطح مقطع u شکل و نزدیک کردن لبه های ورق به یکدیگر در مراحل بعدی و تولید لبه v شکل با استفاده از روشهای ساده کنترل جریان فرکانس بالا به دو زیر مجموعه تقسیم می شود .

جوشکاری القایی فرکانس بالا ( HFIW ) و جوشکاری مقاومتی فرکانس بالا ( HFRW )جوشکاری فرکانس بالا HFW

 بدلیل تاثیرات مجاورتی و پو سته ای جریان جاری شده در لوله از عمق مشخصی از لبه V عبور می کند. عمق جریان نفوذی بواسطه کنترل مقدار جریان قابل کنترل است . و این پارامتر به ذوب سطحی و نتیجتا به کیفیت جوشکاری وابسته است . موادی که در تهیه لوله می توان از انها بصورت موفقیت امیز در جوشکاری فرکانس بالا استفاده نمود شامل فولادهای کربنی ، فولادهای زنگ نزن ، آلومینیوم ، مس ، برنج و تیتانیم است . استثنائات شامل موادی که در درجه حرارت جوشکاری پایدار نمی باشند ، موادی که قابلیت کار گرم اندکی دارند یا با اعمال خواص تخریبی قابلیت بازیافت ندارند . در جاهایی که لازم باشد می توان از یک گاز محافظ جهت از بین بردن فعالیت فلزات ( Reactive ) استفاده نمود . اندازه لوله های تولیدی بوسیله جوشکاری فرکانس بالا از قطر 13mm تا 1220 mm ( 48in- 1/2 in ) می باشد .

فوائد جوشکاری فرکانس بالا:

1. تناسب بسیار بالایی با جوشکاری سرعت بالا دارد .
2 می تواند طیف گسترده ای از مواد را تحت پوشش قرار دهد .
3 کیفیت جوش کوچکترین حساسیتی به حضور هوا ندارد و معمولا نیازی به اتمسفر های مخصوص ندارد .
4 کیفیت جوش نسبتا (نه بطور کامل ) به اکسیدهای سطحی و ناخالصی ها مقاوم است.

معایب جوشکاری فرکانس بالا :

1- برای جوشکاری هایی در اشل کوچک مناسب نیست .
2- یک جوشکاری پیوسته است و در جوشکاری پیوسته نمی توان نقطه شروع و پایان داشت اعمال چنین کاری یک ناپیوستگی در جوش بوجود می اورد .
3- امکان جوشکاری دستی وجود ندارد .

کابردها :

در اتصال مواد جوشکاری فرکانس بالا بیشترین تناسب را از نظر یک جوش لب به لب (butt ) دارا می باشد. بیشترین کاربرد استفاده از جوشکاری فرکانس بالا ساخت لوله و جوشکاری لب به لب مقاطع است . ساخت انواع لوله های مبدل حرارتی که لبه مستطیل شکل ورق به صورت پیوسته روی قطر بیرونی یک لوله به عنوان پره خنک کننده ، جوش داده می شود . بواسطه این نوع جوشکاری انجام می شود . پره جوش داده شده در اطراف لوله می تواند به شکل مارپیچی یا به موازی محور لوله باشد . فولادهای کم کربن هم برای لوله و هم برای پره این نوع مبدلها بیشترین حجم را اتخاذ نموده ولی آلیاژهای ترکیبی دیگری نیز نظیر پره های فولادی کم کربن روی لوله هایی با آلیاژ فولادی زنگ نزن کرم – مولیبدنی یا پره های فولاد زنگ نزن روی لوله های فولادی کم کربن فولادی زنگ نزن و حتی پره های آلومینیومی روی لوله های کوپرونیکل در استفاده از این صنعت به بهره برداری رسیده اند . جوشکاری فرکانس بالا در ساخت اشکال ساختمانی مثل مقاطع T شکل ، I شکل ، بیم های آهنی H شکل ، اشکال مخصوص که قابل طراحی بوسیله جوشکاری ورقهای ممتد باشند نظیر گرم کننده های V شکل که از جوشکاری ورقهای مستطیل شکل تحت زاویه خاصی استفاده می شود .
جوشکاری نوک به نوک یا انتها به انتها ورقها یکی دیگر از کاربرد های جوشکاری فرکانس بالا است . طولهای مجزای ورق بصورت حلقه ای جوش داده می شود و به دنبال آن به شکل زهوارهای دایره ای تولید می شود . همچنین در جاهایی که نیاز به طول ورق هایی بزرگتر از طول تجاری آن است یک سری از ورق های کوتاه به ورق هایی با طول های پیوسته و بلند تبدیل می شود .

تجهیزات :

واحد تولید انرژی جوشکاری فرکانس بالا شامل نوسان نگاره های ( Vacum tube oscillators ) لوله خلا ء و مبدل های حالت جامد ( solid stute inverters ) می باشد . وابسته به کاربرد فرکانس می تواند از 100 تا 700 کیلوهرتز تغییر کند ، در جایی که انرژی مورد نیاز از 3تا 1000 کیلووات متغییر است . مبدل حالت جامد فرکانسی بین 100 تا 400 کیلو هرتز را مهیا می کند .و نوسان نگاره های لوله خلاء در فرکانس های بالاتر تا 700 کیلو هرتز مورد استفاده قرار می گیرند . لوله های خلاء جهت بهبود ضریب تولید فرکانس واحد های حالت جامد بکار می روند .
جهت انتقال انرژی الکتریکی از کویلهایی که با آب خنک می شوند یا تماس دهند گان استفاده می شود . این کنداکتورها باید کمترین طول را دارا باشند و به گونه ای جایگیری شوند که تلفات امپدانس را به کمترین مقدار خود کاهش دهند . جهت انتقال انرژی فرکانس بالا به قطعه کار استفاده از کویلهای القایی یا تماس دهندگان امتیازات و نقاط ضعفی وجود دارد که در زیر به آنها اشاره می شود .
کویلهای القایی با حداقل ضریب کارایی می باشند که فقط می توانند با هندسه کار تطبیق داشته باشند و به صورت یک مدار بسته برای انتقال انرژی القایی به قطعه کار برای مثال به لوله موردجوشکاری استفاده شوند . از امتیازات یک کویل القایی می توان به راحتی استفاده و نیاز کمتر به نگهداری نسبت به تماس دهندگان الکتریکی اشاره کرد . به دلیل عدم تماس این کویلها با قطعه کار عموما کاری از اثر قطعه کار یا خراش می باشن. 90% لوله ها با استفاده از این کویلها تولید می شوند . این کویلها معمولا از لوله های مسی که 1 تا 3 دور پیچیده شده اند و با آب خنک می شوند ساخته می شوند . انتقال جریان از تماس دهندگان الکتریکی بهره وری بیشتری نسبت به کویلهای القایی دارند . زیرا جریان الکتریکی را با ضریب توزیع بیشتری و جهت گیری بهتری به قطعه کار (سطح مورد جوشکاری ) انتقال می دهند . از نقاط ضعف تماس دهندگان الکتریکی ، سایش مکرر آنها و نیاز به جایگزینی برای آنها بصورت دوده ای ، خراش برداشتن و از دست دادن شکل اولیه را می توان نام برد . در مواردی دیگر شده که این تماس دهندگان با به جا گذاشتن پس مانه روی قطعه کار باعث خرابی محصول تولیدی شده اند .
در ساخت لوله هایی با قطر کمتر از 305 میلیمتر (12in ) عموما از کویلهای القایی استفاده می شود زیرا امتیازات آن نسبت به کاهش راندمان بیشتر است ولی برای اتکا بزرگتر از تماس دهندگان الکتریکی استفاده می زیرا به خوبی جریان را تا انتها ی خط جوشکاری انتقال می دهد . ولی در کویلهای القایی چگالی جریان القایی نمی تواند در تمام مقاطع القاء شود .
امپیدرها جهت افزایش ضریب جوشکاری استفاده می شوند . امپیدر از یک یا چند هسته فریتی استوانه ای که قابلیت آبگردی دارند تهیه می شوند . و در زیر سطح جوشکاری موازی یا خط جوش بکار می روند . به دلیل اینکه جریان انتقال داده شده به لوله از مسیر کناره های لوله نیز می گذرد مقداری از این جریان هدر رفته و صرف گرم کردن لبه مورد جوشکاری نمی شود . وظیفه امپیدر در اینجا افزایش امپدانس القایی این مسیر و عبور جریان الکتریکی به صورت مسیر فرعی ( by pass ) از لبه مورد جوشکاری است .
گازهای خنثی در جوشکاری فرکانس بالا استفاده نمی شود مگر در جایی که فلزات ( reactive ) مورد جوشکاری باشد . آرگون برای جوشکاری فولادهای زنگ نزن و خصوصا برای تیتانیم استفاده می شود . با این وجود تمیز کاری خط جوش برای فلزاتی که به سادگی جوش داده می شوند الزامی نیست ولی در مورد فلزات فوق حساس عدم تمیز کاری می تواند مشکلاتی بوجود آورد .

عیوب جوشکاری:

عیوبی که در جوش لوله های فولادی تولید شده به روش ERW ایجاد میشود عمدتا شامل موارد زیر میشود:
1-COLD WELDS
CONTACT MARKS 2-
3-CRACKS
4-PIN HOLES
5-STITCHING

1-ترکهای سرد:این اصطلاح زمانی بیشتر استفاده میشود که یک پیوند ناقص یا شکنندهای بدون نا پیوستگی ظاهری در شکست مشخص میشود .
تست غیر مخرب روش مناسب و قابل اطمینانی برای تشخیص این عیوب نیست.

2-اثرات تماسی(سوختگیهای الکترود):اینها ناخالصیهای میانی نزدیک خط جوش میباشند که درنتیجه قوسهای ظریف بین الکترود و سطح لوله ایجاد میشوند.

3-ترکهای قلابی:نتیجه جدایش در فلز در اثر ناخاصیهای لبه ورق بموازات سطح ایجاد میشود و هنگامی که لبه ها در یکدیگر امتزاج مییابند به طرف داخل یا خارج ضخامت لوله کشیده میشوند.

4-ترکهای سطح جوش: ترکهایی به غیر از هوک ترک هستند.

5-سوراخهای میله ای:سوراخهایی که دقیقا بر روی خط جوش متمرکز شده اند.(PIN HOLES)

6-عیوب بخیه مانند : شامل سطوح منظم سایه روشن هستند در منطقه شکست جوش.فرکانس یا تناوب تشکیل این عیوب متناسب با فرکانس جوش است.
افزایش فرکانس جوش باعث حداقل شدن ایجاد این عیب میشود.




پرسنلی :


همانند مواردی که پرسنل و فرایندهای نوردی آموزش می بینند ، پرسنلی هم که در جوشکاری فرکانس بالا مشغول به کار می شوند نیاز به یک آموزش گسترده در حین کار دارند . جوشکاری فرکانس بالا یک فرایند با سرعت زیاد است که اغلب، اتصال مواد با شکل گیری دقیق و تجهیزات انتقال محصول از ملزومات آن است. سرعت در این فرایند از 30 تا 240 متر به دقیقه ( fr/min 800 تا 100 ) متغییر است . یک لوله قبل از جوشکاری باید دقیقا شکل داده شده باشند . بنابراین اپراتور باید با هر دو دانش ، تجهیزات جوشکاری و تجهیزات مکانیکی آشنا باشد . بنابراین ، لازم است که از جانب کارخانه آموزشهای پرسنلی جهت تعمیر یا عیب یابی تجهیزات به پرسنل داده شود . ارتقاء سیستم ها جهت سرعت ، قدرت و کنترل درجه حرارت جوش وابستگی اپراتور به فرایند را کاهش می دهد .

ایمنی:


ایمنی وسلامت اپراتورها باید دقیقا مد نظر گرفته شود . در طراحی ساخت ، نصب ، عملکرد و نگهداری تجهیزات، کنترلها ، انرژیهای اعمالی و استفاده از ابزار به جهت مطابقت با کمپانی است . و منظم کردن ایمنی به درستی آنچه که کمپانی ساخت تجهیزات در استفاده از آن مقرر نمود . به دلیل اینکه در جوشکاری فرکانس بالا منبع تولید انرژی دستگاههای الکتریکی هستند لازم است هنگام تعمیر با جابجا کردن تجهیزات دقت فراوانی مبذول گردد . ولتاژ ها در محدوده 400تا 25000 ولت در هر دو فرکانس کم یا زیاد می تواند موجود باشد و ممکن است . مهلک باشد . جهت جلوگیری از صدمه دیدن به اپراتورها توجه زیاد و ایمنی دقیق هنگام استفاده از ژنراتورها وسیستم های فرکانس بالا لازم است . قفلهای ایمنی در واحدهای مدرن جهت دستیابی به عملکرد تجهیزات طراحیشده که در استفاده اپراتور از تجهیزات هنگام اعمال غیر ایمنی به صورت اتوماتیک دستگاه قفل می شود با تجهیزات هنگامی که تابلوها یا پو ششهای ولتاژ بالا باز شده اند و یا هنگامی که قفلهای ایمنی و سیستم های زمینی عمل نمی کنند نباید کار کرد . جهت کاهش تشعشع الکترو مغناطیس کابلهای فرکانس بالا ولتاژ بالا باید داخل تونلهای برق در زیر زمین پوشانده شوند . اتصال به زمین برای کویلهای القایی و تماس د هند گان جهت حفاظت از اپراتور ها ضروریی است خطوط اتصال به زمین باید حتی المقدور کوتاه باشد تا القاء مغناطیسی به حداقل برسد . انرژی فرکانس بالا خصوصا آنچه در جوشکاری استفاده می شود صدمات جدی و موضعی به بافتهای سطحی می زند . در میدانهای مغناطیسی خروجی سیستم خصوصا میدان ترانسفورماتور باید توجه شود که القا کننده نباید مقاطع فلزی همجوار را گرم کند همواره بخارات پوششها و فلزات باید به بیرون هدایت شود و جهت روئیت فلز در حالت ذوب یا تابشهای شدید از عینکهای ایمنی استفاده شود .





بازرسی و کنترل کیفیت :

تعداد زیادی آزمایشات مخرب و غیر مخرب جهت تایید کیفیت جوش انجام می پذیرد . برای مثال کیفیت جوش در آزمایشات غیر مخرب بوسیله آزمایشات جریان گردابی ( eddy current testing ) ( ASTM A 426 & ASTM E 309 ) آزمایشات فراصوتی ( Ultrasonic testing ) و ( ASTM E 213 & ASTM A 273 ) و آزمایشات نفوذ پوششی ( Flux leakage examination ) و ( ASTM E 570 ) و آزمایشات فشار هیدرو استاتیک ( ASTM 450 & Hydroststic pressure testing ) .
یک تعداد از تستهای مخرب که بر روی نمونه های کوچک محصولات انجام می شود مشخص شده در ( ASTM A 450 ) این آزمایشات شامل تست تخت (90درجه ) ( Crush test or flattening test ) یا آزمایشات تخت معکوس (180 درجه ) و آزمون خمش ( Flare test ) می باشد . آزمایشات متالوگرافی و میکرو سختی در مشخص نمودن کیفیت جوش و منطقه HAZ استفاده می شوند .


: References

1.ASM Handbook(1997), Vol :6, "Welding,Brazing, and Soldering."

2.ASM Handbook(1997) ,Vol: 17 ,"Nondestructive Inspection of Specific Products

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

    EnglishIran
    سوالی دارید؟ میتونیم کمکتون کنیم!
    مکالمه را شروع کنید
    سلام! برای چت در WhatsApp پرسنل پشتیبانی که میخواهید با او صحبت کنید را انتخاب کنید
    با سلام  میتونم کمکتون کنم؟