Nhà thép ti�n chế

 Hãy tưởng tượng má»™t công nghệ có thể hàn má»™t Ä‘Æ°á»�ng tròn chu vi của Ä�Æ°á»�ng ống Trans-Alaska trong chÆ°a đầy ba giây. Hóa ra công nghệ, má»™t quá trình rèn rèn siêu năng lượng được gá»�i là hàn đồng phát (HPG), đã xuất hiện trong nhiá»�u thập ká»·.

Vào những năm 1980, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Cơ điện tại �ại h�c Texas ở Austin (UT-CEM) đã làm việc để hoàn thiện quy trình hàn ống trong một chương trình công nghiệp chung với các công ty dầu m� lớn, tìm cách hợp lý hóa việc hàn cho J-lay ngoài khơi xây dựng đư�ng ống. H� đã đến gần, gần như hoàn thiện các thông số chuẩn bị hàn và hàn để tạo ra một mối hàn sạch trong vòng vài giây.

Một vật cố định giữ các phôi như một máy phát đồng nhất gửi một xung năng lượng

�ư�ng ống đang được thử nghiệm không lớn như đư�ng ống Alaska, nhưng quá trình này sẽ đủ đơn giản để mở rộng quy mô. Than ôi, hàn HPG không bao gi� bị bắt, một phần vì chi phí thiết bị.

Nhưng tiến bộ công nghệ đã thay đổi phương trình chi phí đó. Ngày nay, một công nghệ hàng chục năm tuổi đã bị phá hủy, thử nghiệm và hoàn thiện lại lần nữa cho lần hàn này. Nếu các nhà nghiên cứu UT-CEM và các đối tác công nghiệp chiếm ưu thế, hàn HPG có thể thay đổi thế giới chế tạo công nghiệp, kết cấu và đư�ng ống.

�ĩa Faraday

Sự hàn của HPG bắt nguồn từ những thí nghiệm đầu tiên v� điện từ, quay trở lại với công việc của Michael Faraday vào những năm 1830 trên máy phát điện đồng âm, cái được g�i là đĩa Faraday.
Hầu hết các máy phát điện hiện đại, m�i thứ từ tuabin nhà máy điện đến máy phát điện trong ô tô của bạn đ�u là dị vòng , tạo ra dòng điện bằng cách truy�n một dây dẫn bởi các từ trư�ng khác nhau theo hai hướng ngược nhau và xen kẽ từ dòng này sang dòng khác do đó có dòng điện xoay chi�u.

Một máy phát đồng nhất có một nguồn của trư�ng điện từ, kéo dài từ trung tâm của đĩa quay đến vành. Sản xuất dòng điện trực tiếp, cực tính của máy phát điện xoay quanh hướng của đĩa: quay nó theo một hướng và bạn có cực tính dương; quay nó theo hướng tiêu cực và bạn nhận được một cực âm.

Là kim loại rắn, đĩa quay đó có điện trở hoặc trở kháng rất thấp, khiến nó trở nên đặc biệt có giá trị đối với các nhà nghiên cứu tại UT-CEM, bao gồm cả Phó Giám đốc Raymond Zowarka. Vì đĩa kim loại có lực cản cực kỳ thấp, nếu bạn có cách lấy năng lượng ra kh�i đĩa quay đó, thì bạn có thể rút ra dòng điện cực lớn.

�ĩa quay xây dựng điện áp, và nh� trở kháng thấp, một vài volt có thể tạo ra một dòng điện cực lớn. Chỉ vài chục hoặc trăm volt có thể được chuyển đổi thành một vụ nổ hơn một triệu ampe.

Sự bùng nổ hay xung nhịp của sức mạnh là thứ khiến nó trở nên hữu ích cho các nhà nghiên cứu tại UT-CEM, một trung tâm được ra mắt vào những năm 1970 để giải quyết các cơ hội của sức mạnh xung. Công việc ban đầu đã phân tích khả năng năng lượng xung trong tụ điện, pin và máy móc quay. Các nghiên cứu của chúng tôi đã kết luận rằng máy móc quay có mật độ mạnh hơn và có thể bao quát nhi�u ứng dụng hơn, ông Zowarka nói, vì vậy đó là những gì chúng tôi theo đuổi, nghiên cứu năng lượng xung và máy móc quay.

Một số công việc ban đầu của UT-CEM bao gồm thiết kế các máy móc có thể cung cấp sức mạnh to lớn mà tokamaks (thiết bị hình xuyến giam cầm plasma nóng) cần thiết cho máy phát điện hạt nhân thử nghiệm. Trong những năm qua, các nhóm của UT-CEM đã theo đuổi vô số con đư�ng nghiên cứu đồng tính, thực hiện công việc được tài trợ bởi các khoản tài trợ và quan hệ đối tác trong ngành. Chẳng hạn, trung tâm đã làm việc cho DARPA để phát triển máy phát điện đồng âm cho súng trư�ng, vũ khí bắn đạn với tốc độ gấp 7 lần tốc độ âm thanh và cần một xung năng lượng lớn để làm đi�u đó.

Nghiên cứu cũng bao gồm những gì Zowarka g�i là thí nghiệm chi�u Thứ Sáu. Vào nhi�u ngày thứ Sáu, nhóm nghiên cứu đã theo đuổi một loạt các thử nghiệm để trả l�i một câu h�i cơ bản: Chúng ta có thể làm gì khác với máy HPG?

Hàn HPG sử dụng năng lượng xung được tạo ra bởi sự chuyển đổi động năng từ rôto thành năng lượng điện

Vào một chi�u thứ sáu trong những năm 1980, một trong những thí nghiệm liên quan đến hàn. Như Zowarka đã nhớ lại, chúng tôi đã lấy hai mảnh thép gai tròn 1080. Theo nghĩa đen, chúng tôi đã rèn hai thanh cái bằng đồng, đập chúng xung quanh hai mẫu thanh tròn này. Chúng tôi ép chúng lại với nhau bằng một vật cố định được làm từ những vòng đệm nặng bằng lò xo, xả [năng lượng] đồng nhất qua nó, và lo và kìa, nó hàn hai mảnh thép lại với nhau. Có lẽ chúng tôi đã chuyển một cái gì đó khoảng 500.000 amps thông qua giao diện.

Vùng có điện trở cao nhất, tại giao diện mối hàn, ngay lập tức chuyển sang màu cam và sau đó nóng trắng khi kim loại nung nóng vượt quá nhiệt độ rèn. �p lực trong vật cố buộc các thanh rèn. Sau khi hàn, tất cả những gì còn lại là một chút kim loại khó chịu, sau khi được cạo ra, đã tiết lộ một đư�ng hàn sạch xung quanh chu vi của một mảnh barstock, gi� dài hơn. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện mối hàn đầu tiên của h�, một mối hàn kháng trên steroid.

�ĩa kim loại quay đầu tiên của máy đó có đư�ng kính 3 feet và dày khoảng 1 ft. �ây là tr�ng lượng của một chiếc xe nh� của hãng Volkswagen, Z Zarkarka cho biết, và đã đạt được tốc độ 4.000 vòng / phút. Chúng tôi có băng đen ở một nửa trục cánh quạt và băng trắng ở nửa còn lại. Và khi nó đang quay, tất cả những gì bạn thấy là một vệt m� màu xám.

Trong vòng một giây, trục đã dừng lại. �ó là một chuyển đổi cơ điện cổ điển. Chúng tôi đã chuyển đổi tất cả động năng đó, chiếc Volkswagen nh� đó quay với tốc độ 4.000 vòng / phút, và đưa nó vào mối hàn. Từ trư�ng đi qua rôto bắt đầu tương tác với m�i nguyên tử trong rôto mang dòng điện. Mỗi electron gắn vào mỗi nguyên tử đ�u cảm thấy lực dừng cùng một lúc. Mỗi nguyên tử đi qua được lấy từ trư�ng, chuyển đổi tất cả động năng quay đó thành năng lượng điện. �ó là nơi mà dòng điện khổng lồ đó phát ra và tất cả năng lượng điện đi vào mối hàn. Lực lượng Lorentz ở mức tàn bạo nhất, năng lượng như vậy có thể hợp nhất một lượng lớn kim loại gần như ngay lập tức.

Sau những thí nghiệm ban đầu đó, nhóm nghiên cứu bắt đầu hàn tất cả các loại kim loại, bao gồm nhi�u loại thép nhẹ, thép không gỉ, thép mạ crôm, nhôm, thậm chí là vonfram. Chúng tôi đã cố gắng v� tất cả m�i thứ, ngay lập tức

Cuối cùng đã đến dự án công nghiệp chung với các công ty dầu khí tìm cách hợp lý hóa đư�ng ống hàn. Phần lớn công việc tập trung vào các thông số tinh chỉnh, bao gồm căn chỉnh phôi và áp lực rèn tải, cũng như chuẩn bị mối hàn.

Việc chuẩn bị mối hàn là đặc biệt quan tr�ng, bởi vì các kỹ sư đã nhắm đến việc loại b� càng nhi�u hậu xử lý càng tốt, đặc biệt là trên đư�ng kính bên trong của ống. Một cấu hình khớp mông đòi h�i ít hoặc không cần chuẩn bị sẽ là lý tưởng giống như khớp mông trong các thử nghiệm barstock trong các thí nghiệm chi�u thứ sáu đó.

Tuy nhiên, các thử nghiệm của HPG đối với hàn ống cho thấy rằng các đư�ng ống vẫn cần được vát đến độ dày đất cụ thể để có kết quả tối ưu. Một vùng đất m�ng tập trung dòng chảy hiện tại, hỗ trợ hiệu quả hàn và chỉ đạo hành động rèn để giảm thiểu lượng flash còn lại cần phải loại b�. �ối với hàn ống, càng ít đèn flash phải được loại b� kh�i ID thì càng tốt.

Thực tế kinh tế
Tốc độ đáng kinh ngạc của hàn HPG làm cho âm thanh như thể nó có ý nghĩa kinh doanh, ngay cả khi thiết bị đắt ti�n. Nhưng như Scott Pish, kỹ sư nghiên cứu tại UT-CEM, giải thích, vài giây đó chỉ chiếm th�i gian hàn. Vẫn cần th�i gian để định vị và căn chỉnh phôi, và đèn flash vẫn cần phải được gỡ b� sau khi hàn. Hầu hết th�i gian được dành để tải, sắp xếp và chuẩn bị.

Mặc dù vậy, th�i gian đó vẫn còn khá tối thiểu, đặc biệt là khi bạn xem xét mất bao lâu để hàn các ống bằng tay. Ngay cả việc loại b� đèn flash sau khi hàn cũng không mất nhi�u th�i gian; một công cụ scathing đơn giản sẽ làm không cần mài. Vậy tại sao hôm nay, Hàn không phải là công nghệ hàn ống phổ biến? Tại sao quá trình không diễn ra?

Phần lớn phải làm với chi phí của thiết bị, đòi h�i phải có vòng bi thủy tĩnh để đảm bảo chuyển động quay đ�u. �i�u đó làm cho cánh quạt chạy trên một màng dầu áp suất cao, 'Pish Pish nói. Và chúng tôi đã sử dụng chúng trong nhi�u năm, và nói thêm rằng những vòng bi đó cũng làm cho máy trở nên đắt đ�.

Nhưng vào giữa những năm 1990, công nghệ mang đã phát triển đáng kể. Sau đó, ngư�i Nhật đã phát triển vòng bi gốm, hiện đã trở nên rất phổ biến, theo ông Zowarka. Các loại gốm này phá vỡ đư�ng dẫn từ. �i�u này có nghĩa là máy không còn cần tất cả các bộ phận phụ trợ mà nó đã từng làm, đi�u đó cũng có nghĩa là giá thành của máy là một phần nh� so với trước đây.

�i�u đó làm giảm chi phí xuống 4 lần, theo ông Pish Pish. Và đó là sử dụng đô la đi�u chỉnh lạm phát.

Một loại cầu hàn mới

Tất cả các nghiên cứu này đã tạo ti�n đ� cho ứng dụng đồng nhất ti�m năng mới nhất: hàn cầu. UT-CEM đã trả l�i cuộc g�i từ Bộ Giao thông Vận tải Hoa Kỳ v� các đ� xuất hàn mặt bích cầu bằng thép hiệu suất cao, một ứng dụng hiện đang bị chi phối bởi hàn hồ quang chìm (SAW).

Làm việc với công ty tư vấn kỹ thuật Koo và Associates, nhóm đã thử nghiệm các phôi với các mối hàn của HPG dài 6,5 in và dày 1 in. Giống như ứng dụng hàn ống trước đó, ứng dụng hàn cầu này đòi h�i phải chuẩn bị mối hàn, lần này là góc xiên cho hình h�c khớp chữ V kép với 0,5 in. đất đai.

Một khi nó đạt đến nhiệt độ giả mạo, [phần vát] phẳng, và vật chất đùn ra như đèn flash, theo Z Zarkarka. �i�u này được loại b� bất kỳ tạp chất và oxit trên b� mặt. H� tự nhiên bị đuổi ra kh�i khu vực hàn.

Các nhà nghiên cứu đã làm việc với một công ty luyện kim Houston để nghiên cứu các vi ảnh của mối hàn. Các nhà luyện kim nói với chúng tôi rằng kích thước hạt trông rất tốt ở giao diện mối hàn, ông Pish nói.

Các thí nghiệm mới nhất kết hợp một loại xử lý nhiệt sau sinh kiểu đồng tính. Sau chu trình hàn, HPG bắt đầu quay đĩa một lần nữa để làm nóng phôi và làm chậm quá trình làm mát mối hàn.

Sau đó, chúng tôi đã thấy sự cải thiện to lớn v� các yếu tố như độ b�n kéo, ' Các mẫu vật kéo rất tuyệt v�i.

Một kỹ sư thiết lập một máy hàn HPG. V� tròn lớn chứa đĩa quay tạo ra dòng xung lớn.

Các mối hàn đã vượt qua tất cả các bài kiểm tra theo tiêu chuẩn hàn công nghiệp như Mã hàn cầu AWS D1.5 , lưu một: bài kiểm tra Charpy V-notch v� độ b�n. Theo văn bản này, trung tâm đang nghiên cứu một giải pháp ti�m năng: một vật cố định mới với bộ truy�n động có thể giải phóng các tiếp điểm bằng đồng sau khi hàn. Hiện tại, vật cố kết hợp các tiếp điểm bằng đồng bắt vít giúp hàn, nhưng sau đó chúng hoạt động như một bộ tản nhiệt, rút ​​nhiệt ra kh�i khu vực hàn một cách nhanh chóng.

Chúng tôi cảm thấy rằng nếu chúng ta có những bộ truy�n động có thể kéo các tiếp điểm bằng đồng đó trở lại, mối hàn sẽ nguội chậm hơn nhi�u, thì Z Zarkarka giải thích. �i�u này có thể đưa chúng ta vượt qua rào cản cuối cùng trong giai đoạn nghiên cứu này.

Hàn trong  vài giây

Ngay sau khi giành được dự án từ DOT, nhóm UT-CEM đã đến thăm một nhà chế tạo kết cấu thép và công nghiệp địa phương để quan sát các thực hành hiện tại, bao gồm chuẩn bị hàn, quy trình SAW, và mài và hoàn thiện sau khi hàn.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích một ứng dụng liên quan đến bốn mối hàn lớn được đặt trên phôi dài 150 ft. Sử dụng SAW, phải mất hơn hai ngày, cửa hàng Zowarka nói. Chúng tôi đã nghiên cứu th�i gian để hàn và chúng tôi thấy rằng để tải các phôi lớn vào thiết bị của chúng tôi, cấp nguồn cho máy đồng nhất, xả nó và tạo ra mối hàn, sẽ mất ít hơn một ngày . Và h� nói với chúng tôi rằng việc cắt b� cả ngày trong quá trình sản xuất sẽ có ý nghĩa đặc biệt đối với h�.

Với máy hàn hiện đại và tốn ít nhân lực và chi phí như thế này sẽ là tin vui đối với các nhà thép đặc biệt là nhà thép ti�n chế trong gia công kết cấu thép.

Hàn HPG đòi h�i phải có máy móc lớn, vì vậy rõ ràng nó phù hợp với hàn trong nhà. Hầu hết các hệ thống hàn vào lĩnh vực này sẽ không có ý nghĩa gì trong hầu hết các trư�ng hợp.

Phần m�m này được thiết kế để trở thành một quy trình nội bộ, theo ông Pish Pish giải thích, nhưng đồng th�i, chúng tôi đang thảo luận v� ti�m năng của các máy móc gắn trên xe lửa chạy bằng động cơ diesel. Các hệ thống này có thể hàn đư�ng sắt trên đồng ruộng. Ông cũng nói rằng dự án đư�ng ống trước đó liên quan đến một hệ thống có thể được vận chuyển đến một n�n tảng xây dựng đư�ng ống J-lay ngoài khơi.

Sau đó, DOT quan tâm đến việc chúng tôi thương mại hóa công nghệ này. Vì vậy, hiện tại chúng tôi đang trong quá trình cố gắng xác định các ứng dụng và ngành công nghiệp ti�m năng có thể quan tâm đến vấn đ� này. Chúng tôi có một máy móc, xe buýt làm việc, báo chí tải trước khớp. �ó là một hệ thống v� cơ bản đã sẵn sàng để thử nhi�u loại mối hàn.

Xem thêm tin tức thép: THÉP ANH THỎA THUẬN GIẢI CỨU VỚI QUỸ HƯU TRÃ� THá»” NHĨ KỲ

 

thefabricator.com