Existem vários métodos de soldagem para tubos de aço inoxidável.

Soldagem por indução de alta frequência

Tanto na soldagem por contato de alta frequência quanto na soldagem por indução de alta frequência, o equipamento que fornece a corrente e o equipamento que fornece a força de compressão são independentes um do outro. Além disso, ambos os métodos podem usar barras magnéticas, que são componentes magnéticos moles colocados dentro do corpo do tubo. Eles ajudam a concentrar o fluxo de soldagem na borda da fita de aço.

Em ambos os casos, depois que as fitas de aço são cortadas e limpas, elas são enroladas e enviadas para o ponto de soldagem. Além disso, líquido de resfriamento é usado para resfriar as bobinas de indução usadas durante o processo de aquecimento. Finalmente, parte do líquido de resfriamento será usada no processo de extrusão. Aqui, uma grande força é aplicada na roldana de extrusão para evitar porosidade na área de soldagem; no entanto, usar uma força de extrusão maior resultará em mais barbantes (ou cordões de solda). Portanto, ferramentas especialmente projetadas são usadas para remover os barbantes dentro e fora do tubo.

Uma das principais vantagens do processo de soldagem de alta frequência é que permite o processamento de alta velocidade de tubos de aço. No entanto, uma situação comum na maioria das soldagens em fase sólida é que os pontos de solda da soldagem de alta frequência não são facilmente testáveis de forma confiável usando métodos tradicionais de ensaios não destrutivos (NDT). Cracks de soldagem podem aparecer nas áreas finas e planas de conexões de baixa resistência, e esses cracks não podem ser detectados usando métodos tradicionais, portanto, faltando confiabilidade em algumas aplicações automotivas de alta demanda. 

2. Soldagem a Arco com Gás Inerte de Tungstênio (GTAW) 

Tradicionalmente, as fábricas de produção de tubos de aço optam por completar o processo de soldagem usando a soldagem a arco com proteção de gás inerte de tungstênio (GTAW). A GTAW gera um arco de soldagem elétrico entre dois eletrodos de tungstênio não consumíveis. Ao mesmo tempo, um gás de proteção inerte é introduzido pelo pistolet de solda para proteger os eletrodos, gerar um fluxo de plasma ionizado e proteger a poça fundida de solda. Este é um processo bem estabelecido que é entendido pelas pessoas e permite a realização repetida de processos de soldagem de alta qualidade. 

A vantagem deste processo reside em sua repetibilidade, na ausência de respingos durante o processo de soldagem e na eliminação de porosidade. O GTAW é considerado um processo de condução elétrica, portanto, relativamente falando, o processo é relativamente lento. 

3. Pulso de arco de alta frequência 

Nos últimos anos, fontes de alimentação de soldagem GTAW, também conhecidas como chaves de alta velocidade, permitiram que os pulsos de arco excedessem 10.000 Hz. Os clientes de fábricas de processamento de tubos de aço foram os primeiros a se beneficiar desta nova tecnologia. Os pulsos de arco de alta frequência resultaram em um aumento de cinco vezes da pressão descendente do arco em comparação com o GTAW tradicional. As características de melhoria representativas trazidas incluem: a força de explosão é aumentada, a velocidade da linha de soldagem é mais rápida e os resíduos são reduzidos. 

Os clientes da fábrica de fabricação de tubos de aço logo descobriram que a forma da soldagem obtida por esse processo de soldagem precisava ser reduzida. Além disso, a velocidade de soldagem ainda era relativamente lenta. 

4. Soldagem a laser 

Em todas as aplicações de soldagem de tubos de aço, as bordas da fita de aço são fundidas. Quando um suporte de fixação é usado para pressionar as bordas do tubo de aço juntas, as bordas se solidificam. No entanto, para a soldagem a laser, uma propriedade única é que ela tem uma alta densidade de energia do feixe de luz. O feixe laser não apenas funde a camada superficial do material, mas também cria um buraco-chave, resultando em uma forma de solda muito estreita. 

Se a densidade de potência for inferior a 1MW/cm², como na tecnologia GTAW, ela não pode gerar densidade de energia suficiente para formar um buraco-chave. Como resultado, a forma de solda obtida por esse processo sem buraco-chave é larga e rasa. A alta precisão da soldagem a laser leva a uma maior eficiência na penetração, o que, por sua vez, reduz o crescimento de grãos e resulta em melhor qualidade da microestrutura; por outro lado, a entrada de calor mais alta e o processo de resfriamento mais lento da GTAW levam a uma estrutura de soldagem mais irregular. 

Em geral, as pessoas acreditam que o processo de soldagem a laser é mais rápido do que a GTAW. Eles têm a mesma taxa de defeitos, mas o primeiro oferece melhores propriedades da microestrutura, o que leva a uma maior resistência à ruptura e maior formabilidade. Quando comparada com a soldagem de alta frequência, o processamento de materiais a laser não sofre oxidação, o que resulta em uma taxa de defeitos mais baixa e maior formabilidade. 

A influência do tamanho do ponto focal: No processo de soldagem da fábrica de tubos de aço inoxidável, a profundidade de soldagem é determinada pela espessura do tubo. Portanto, o objetivo de produção é melhorar a formabilidade reduzindo a largura da solda, ao mesmo tempo em que se atinge uma velocidade mais alta. Ao selecionar o laser mais adequado, não se pode apenas considerar a qualidade do feixe, mas também deve levar em conta a precisão da máquina de laminar tubos. Além disso, antes que o erro no tamanho da máquina de laminar tubos entre em ação, as limitações impostas pela redução do tamanho do ponto focal devem ser consideradas primeiro. 

Há muitos problemas específicos relacionados ao tamanho na soldagem de tubos de aço. No entanto, o principal fator que afeta a soldagem é a junta na caixa de soldagem (mais especificamente, a bobina de soldagem). Assim que a fita de aço sofre processamento de conformação e está pronta para soldagem, as características da solda incluem: folga da fita de aço, desalinhamento de soldagem grave/leve e mudanças na linha central da solda. A folga determina quanto material é necessário para formar a poça de solda. Pressão excessiva resultará em material extra no topo do tubo ou no diâmetro interno. Por outro lado, desalinhamento de soldagem grave ou leve levará a um formato de solda insatisfatório. 

Além disso, após serem soldadas, os tubos de aço passarão por um refinamento adicional. Isso envolve ajustes de tamanho e modificações de forma. Por outro lado, trabalhos adicionais podem remover alguns defeitos de soldagem graves ou leves, mas pode não ser possível eliminá - los completamente. Claro, nosso objetivo é ter zero defeitos. Geralmente, a regra prática é que os defeitos de soldagem não devem exceder cinco por cento da espessura do material. Exceder esse valor afetará a resistência do produto soldado. 

Finalmente, a presença da linha central de soldagem é crucial para a produção de tubos de aço inoxidável de alta qualidade. À medida que o mercado automotivo enfatiza cada vez mais a formabilidade, isso leva diretamente à necessidade de uma zona afetada pelo calor (HAZ) menor e à redução do perfil de soldagem. Por sua vez, isso promove o desenvolvimento da tecnologia laser, que envolve a melhoria da qualidade do feixe para reduzir o tamanho do ponto focal. À medida que o tamanho do ponto focal continua diminuindo, mais atenção precisa ser dada à precisão ao digitalizar a linha central da junta. Geralmente, os fabricantes de tubos tentam minimizar esse desvio o máximo possível, mas na realidade, é muito difícil alcançar um desvio de 0,2mm (0,008 polegadas). 

Isso levou à necessidade de usar um sistema de rastreamento de solda. As duas técnicas de rastreamento mais comuns são o digitalização mecânica e a digitalização a laser. Por um lado, o sistema mecânico usa uma sonda para entrar em contato com a parte superior da raia de solda, e elas ficam sujas, desgastadas e vibram. A precisão desses sistemas é de 0,25 mm (0,01 polegada), o que não é preciso o suficiente para a soldagem a laser de alta qualidade do feixe. 

Por outro lado, o rastreamento da raia de solda a laser pode alcançar a precisão necessária. Em geral, o feixe laser ou o ponto laser é projetado na superfície da raia de solda, e a imagem resultante é enviada de volta para a câmera CMOS. A câmera, em seguida, usa algoritmos para determinar as posições da raia de solda, soldas incorretas e lacunas. 

Embora a velocidade de imagem seja importante, ao fornecer o controle de loop fechado necessário para mover diretamente a cabeça de foco do laser ao longo da raia, o rastreador da raia de solda a laser deve ter um controlador o suficiente rápido para calcular com precisão a posição da raia de solda. Portanto, a precisão do rastreamento da raia de solda é importante, e o tempo de resposta é igualmente importante. 

No geral, a tecnologia de rastreamento de solda foi totalmente desenvolvida e permite que as fábricas de fabricação de tubos de aço utilizem feixes laser de qualidade superior para produzir tubos de aço inoxidável com melhor formabilidade. 

Portanto, a soldagem a laser encontrou sua aplicação. É usada para reduzir a porosidade da solda, minimizar o formato da solda, mantendo ou aumentando a velocidade de soldagem. Sistemas laser, como lasers em faixa com resfriamento por difusão, melhoraram a qualidade do feixe e aumentaram ainda mais a formabilidade, reduzindo a largura da solda. Esse desenvolvimento levou a um controle mais rigoroso de tamanho nas fábricas de tubos de aço e à necessidade de rastreamento da raia de solda a laser.