ویژگی‌های چقرمگی ضربه جوش‌های لوله‌های فولادی ERW:

فرآیند جوشکاری لوله فولادی ERW از اصل اثر پوستی تولید شده توسط جریان فرکانس بالا برای گرم کردن لبه کویل نورد گرم شده به حالت مذاب استفاده می‌کند و سپس آن را از طریق اکستروژن مکانیکی جوش می‌دهد. لوله فولادی تولید شده از طریق این فرآیند، یک خط ذوب سفید در مرکز جوش خواهد داشت و مناطق تحت تأثیر حرارت در دو طرف خط ذوب، خطوط جریان فلزی ایجاد می‌کنند که از وسط تا سطوح داخلی و خارجی امتداد دارند. از آنجایی که لوله فولادی ERW از فلز پایه به عنوان ماده جوشکاری استفاده می‌کند، عملکرد جوش ارتباط نزدیکی با عملکرد فلز پایه دارد. در بین مواد معمولی، تفاوت در انرژی جذب شده توسط آزمایش ضربه شارپی بین جوش و ماده پایه بسیار کم است. در مقابل، تفاوت زیادی در مواد با چقرمگی بالا وجود دارد. چقرمگی ضربه جوش به طور قابل توجهی بدتر از ماده پایه است، اما به طور قابل توجهی بهتر از جوش مواد معمولی است. از این رو می‌توان دریافت که چقرمگی ضربه مرکز جوش لوله فولادی ERW بهبود یافته است. حتی اگر از مواد با چقرمگی بالا استفاده شود، اگرچه چقرمگی جوش بهبود می‌یابد، چقرمگی ضربه مرکز جوش را نمی‌توان به طور کامل بهبود بخشید.

عوامل مؤثر بر چقرمگی ضربه جوش‌ها:

عوامل اصلی مؤثر بر چقرمگی ضربه جوش‌ها عبارتند از:
(1) خواص فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه
(2) اندازه دانه مواد اولیه و آخال‌های غیرفلزی
(3) شرایط عملیات حرارتی جوش
(4) شرایط قالب‌گیری
(5) شرایط جوشکاری

1. خواص فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه

لوله فولادی ERW از فلز پایه به عنوان ماده جوشکاری استفاده می‌کند، بنابراین خواص فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه مستقیماً خواص فیزیکی و شیمیایی جوش را تعیین می‌کنند. به منظور بررسی خواص ضربه مواد با ترکیبات شیمیایی مختلف و خواص ضربه فلز پایه و جوش‌های آنها که تحت تأثیر تغییرات در ترکیب شیمیایی قرار می‌گیرند، از دو ماده با ترکیبات شیمیایی مختلف برای ساخت لوله‌های فولادی استفاده شد و سپس آزمایش‌های ضربه شارپی انجام شد. به منظور حذف تأثیر فرآیند ساخت لوله بر نتایج آزمایش، همه نمونه‌ها نرمال‌سازی شدند.

۲. اندازه دانه مواد اولیه و آخال‌های غیرفلزی

در طول فرآیند جوشکاری لوله‌های فولادی ERW، به دلیل فشار مکانیکی، خطوط جریان فلزی که از وسط صفحه فولادی تا سطوح داخلی و خارجی امتداد می‌یابند، در مناطق تحت تأثیر حرارت در دو طرف جوش تولید می‌شوند. جهت خطوط جریان فلزی در نزدیکی مرکز جوش اساساً مشابه جهت ذوب است. این خطوط موازی و منطبق با خط ذوب هستند. خطوط جریان فلزی، ساختارها و آخال‌های نواری شکلی هستند که در طول نورد گرم صفحات فولادی در امتداد جهت نورد امتداد می‌یابند. هرچه ضخامت خطوط جریان فلزی و اندازه دانه ماده اولیه بیشتر باشد یا آخال‌های غیرفلزی بیشتری وجود داشته باشد، خطوط جریان فلزی ضخیم‌تر و واضح‌تر خواهند بود. . هنگامی که آخال‌های غیرفلزی زیادی وجود داشته باشد و به طور ناهموار توزیع شوند، فلز پایه به طور جدی جدایش می‌یابد. در طول جوشکاری با فرکانس بالا، تحت عمل نیروی اکستروژن غلتک فشاری، تعداد زیادی از آخال‌های غیرفلزی در ناحیه جداسازی، در امتداد خطوط جریان فلزی وارد ناحیه جوش ذوب می‌شوند. خطوط جداسازی را می‌توان به وضوح از نمونه اسید داغ با بزرگنمایی کم مشاهده کرد. در خط ذوب با زاویه مشخصی تقاطع می‌کنند. در این حالت، چقرمگی ضربه جوش به طور جدی کاهش می‌یابد و انرژی جذب ضربه به میزان زیادی کاهش می‌یابد. بنابراین، در مراحل ذوب و نورد کویل‌های فولادی خام، باید اقداماتی برای کاهش آخال‌ها و اصلاح دانه‌ها انجام شود. در طول فرآیند ساخت لوله، زاویه بالا آمدن خطوط جریان فلزی نیز باید به طور معقول کنترل شود. به طور کلی، بستن بین خطوط جریان فلزی و خط ذوب مورد نیاز است. این زاویه بین 25 تا 45 درجه کنترل می‌شود و بهتر است که اساساً به صورت متقارن در بالا، پایین، چپ و راست باشد.

۳. شرایط عملیات حرارتی جوش

خطوط جریان فلز در جوش‌ها و مناطق تحت تأثیر حرارت را می‌توان از طریق عملیات حرارتی حذف کرد. به منظور بررسی تفاوت در چقرمگی ضربه دو نوع نمونه جوش که تحت شرایط یکسان، با و بدون عملیات حرارتی جوشکاری شده بودند، دو گروه نمونه گرفته شد. یک گروه تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند و خطوط جریان فلز اساساً ناپدید شدند و گروه دیگر ناپدید نشدند. عملیات حرارتی، خطوط جریان فلز آشکاری را نشان می‌دهد. فرآیند عملیات حرارتی جوش، گرم کردن مجدد جوش برای بهبود ساختار سخت شده تشکیل شده در حین جوشکاری به یک ساختار مناسب و اصلاح دانه‌ها است. اما نحوه کنترل دمای عملیات حرارتی می‌تواند به هدف اصلاح دانه‌ها و بهبود چقرمگی جوش دست یابد. طبق آمار خارجی مربوطه، هنگامی که جوش بین Ac3+ 50 و Ac3+ 150 در محدوده دمای نرماله کردن گرم می‌شود، انتظار می‌رود ساختار فریت + پرلیت ریز به دست آید و پیوند بهبود یابد. چقرمگی جوش. رابطه بین دمای عملیات حرارتی جوش و دمای انتقال نرم-ترد جوش. یکی از عوامل مهم در مورد شرایط عملیات حرارتی، دمای شروع خنک کننده آب است. پس از اینکه جوش لوله فولادی توسط عملیات حرارتی گرم شد، باید تحت خنک‌سازی با هوا در مسافت طولانی قرار گیرد. به منظور کوتاه کردن فاصله بخش خنک‌سازی با هوا و جلوگیری از تغییر شکل لوله فولادی پس از سایزینگ، لوله فولادی باید قبل از ورود به سایزینگ با آب خنک شود.

یکی از عوامل مهم در مورد شرایط عملیات حرارتی، زمان نگهداری پس از گرمایش است. عملیات حرارتی جوش آنلاین با گرمایش کلی در کوره عملیات حرارتی متفاوت است. این روش دو ویژگی دارد: از یک طرف، از گرمایش القایی با فرکانس متوسط، با سرعت گرمایش سریع و دمای ناهموار در جهت دیواره لوله استفاده می‌کند. از طرف دیگر، از گرمایش موضعی استفاده می‌کند، سرعت خنک‌سازی سریع است و دانه‌های Y کمی در دمای عملیات حرارتی تولید می‌شوند. این دو مشکل را می‌توان با استفاده از دو یا چند دستگاه عملیات حرارتی با فرکانس متوسط برای گرمایش مداوم حل کرد. این روش نه تنها می‌تواند دما را در جهت دیواره لوله یکنواخت‌تر کند، بلکه زمان نگهداری را نیز افزایش می‌دهد. با این حال، برای افزایش سرمایه‌گذاری تجهیزات، باید در نظر بگیریم که آیا بخش خنک‌سازی با هوا به اندازه کافی بلند است و آیا می‌تواند این الزام را که دمای شروع خنک‌سازی با آب نباید خیلی بالا باشد، برآورده کند.

4. شرایط جوشکاری

دستگاه‌های جوشکاری فرکانس بالا عموماً دستگاه‌های جوشکاری خودکار هستند که می‌توانند به طور خودکار خروجی توان جوشکاری را با توجه به دمای جوشکاری و سرعت جوشکاری کنترل کنند. بنابراین، تا زمانی که میزان اکستروژن، سرعت جوشکاری، زاویه باز شدن V شکل منطقه جوش و سایر عوامل در حین جوشکاری به خوبی کنترل شوند، کیفیت جوش به خوبی کنترل خواهد شد.

(1) میزان اکستروژن
راه کنترل میزان اکستروژن، تنظیم نیروی اکستروژن غلتک اکستروژن است. افزایش نیروی اکستروژن غلتک اکستروژن می‌تواند میزان اکستروژن را افزایش دهد که برای تخلیه اکسیدها و آخال‌ها مفید است و چقرمگی ضربه جوش را بهبود می‌بخشد. اما اگر میزان اکستروژن خیلی زیاد باشد، می‌تواند مضر نیز باشد. اول از همه، اکستروژن بیش از حد باعث می‌شود نقطه جوش از مرکز غلتک اکستروژن منحرف شود و این دو از قبل با هم تماس پیدا کنند. تا زمانی که به مرکز غلتک اکستروژن برسند، دمای نقطه جوش کاهش یافته است و تخلیه اکسیدها و آخال‌ها را دشوار می‌کند. ثانیاً، وقتی میزان اکستروژن خیلی زیاد باشد، قدرت جوشکاری مورد نیاز افزایش می‌یابد. اگر خروجی قدرت جوشکاری کافی نباشد، دمای جوشکاری کافی نخواهد بود و در نتیجه جوشکاری سرد رخ می‌دهد. مقدار اکستروژن باید در محدوده 0.4 تا 0.6 تن کنترل شود. از سوی دیگر، میزان اکستروژن می‌تواند از زاویه بین خط جریان فلز و خط ذوب نیز منعکس شود. زاویه کوچک بین خط جریان فلز و خط ذوب نشان دهنده مقدار اکستروژن زیاد است؛ زاویه بزرگ بین خط جریان فلز و خط ذوب نشان دهنده مقدار اکستروژن کم است.

(2) سرعت جوشکاری
افزایش سرعت جوشکاری برای پایداری دمای جوشکاری مفید است، اما سرعت جوشکاری توسط قابلیت‌های تجهیزات، از جمله قدرت دستگاه شکل‌دهی و قدرت دستگاه جوشکاری فرکانس بالا محدود می‌شود. نمی‌توان آن را تا بی‌نهایت افزایش داد و بالاترین سرعت باید برای جوشکاری در محدوده مجاز انتخاب شود.

(3) زاویه باز شدن V شکل ناحیه جوشکاری
انتخاب زاویه باز شدن V شکل به استحکام ماده، ضخامت و مقدار اکستروژن جوشکاری مربوط می‌شود، که عموماً 3 تا 6 است. هرچه ماده نازک‌تر باشد، استحکام کمتر و مقدار اکستروژن جوشکاری بیشتر باشد، باید زاویه باز شدن بزرگتری انتخاب شود، در غیر این صورت باید زاویه باز شدن کوچکتری انتخاب شود. زاویه باز شدن ایده‌آل V شکل باید نقطه جوش را تا حد امکان نزدیک به مرکز غلتک اکستروژن نگه دارد، که این امر منجر به تخلیه اکسیدها و آخال‌ها شده و چقرمگی ضربه جوش را بهبود می‌بخشد.

نتیجه‌گیری:
از طریق تجزیه و تحلیل عوامل اساسی مؤثر بر چقرمگی ضربه جوش‌های لوله‌های فولادی ERW، می‌توان دریافت که هدف نهایی کنترل منطقی عوامل مختلف مرتبط در عمل تولید، کاهش اکسیدها و آخال‌ها در جوش‌ها، اصلاح دانه‌ها و در نتیجه بهبود چقرمگی ضربه است. هنگام تولید لوله‌های فولادی ERW با الزامات چقرمگی ضربه بالا، باید مواد اولیه، شکل‌دهی، جوشکاری و عملیات حرارتی جوش در نظر گرفته شود و همه عوامل برای دستیابی به بهترین کیفیت جوشکاری باید ادغام شوند. از طریق تنظیمات معقول در جنبه‌های فوق، چقرمگی ضربه، دمای انتقال افقی شکل‌پذیر-ترد و غیره فلز پایه و جوش لوله فولادی ERW تولید شده تقریباً می‌تواند به یک سطح برسد.