Chociaż technologia spawania orbitalnego nie jest nowa, stale się rozwija, stając się coraz bardziej wydajna i wszechstronna, zwłaszcza w przypadku spawania rur. Wywiad z Tomem Hammerem, doświadczonym spawaczem z firmy Axenics w Middleton w stanie Massachusetts, ujawnia liczne sposoby wykorzystania tej techniki do rozwiązywania trudnych problemów spawalniczych. Zdjęcie dzięki uprzejmości firmy Axenics
Spawanie orbitalne jest stosowane od około 60 lat, automatyzując proces spawania metodą GMAW. Jest to niezawodna i praktyczna metoda wykonywania wielu spoin, chociaż niektórzy producenci OEM i producenci nie wykorzystali jeszcze mocy spawarek orbitalnych, polegając na spawaniu ręcznym lub innych strategiach łączenia rur metalowych.
Zasady spawania orbitalnego znane są od dziesięcioleci, ale możliwości nowych spawarek orbitalnych czynią je potężniejszym narzędziem w zestawie spawacza, ponieważ wiele z nich posiada teraz „inteligentne” funkcje, które ułatwiają programowanie i przetwarzanie przed faktycznym spawaniem. Zacznij od szybkich, precyzyjnych regulacji, aby zapewnić powtarzalność, czystość i niezawodność spoin.
Zespół spawaczy firmy Axenics w Middleton w stanie Massachusetts to producent podzespołów na zlecenie, który udziela wielu swoim klientom wskazówek dotyczących spawania orbitalnego, jeśli dostępne są odpowiednie elementy do danego zadania.
„Chcieliśmy wyeliminować czynnik ludzki ze spawania tam, gdzie to możliwe, ponieważ spawarki orbitalne zazwyczaj zapewniają spoiny wyższej jakości” – mówi Tom Hammer, wykwalifikowany spawacz w firmie Axenics.
Chociaż pierwsze metody spawania stosowano 2000 lat temu, współczesne spawanie jest niezwykle zaawansowanym procesem, stanowiącym integralną część innych nowoczesnych technologii i procesów. Przykładowo, spawanie orbitalne może być stosowane do tworzenia systemów rur o wysokiej czystości, wykorzystywanych do produkcji płytek półprzewodnikowych, które są obecnie stosowane w niemal każdej elektronice.
Jednym z klientów firmy Axenics jest część tego łańcucha dostaw. Firma szukała producenta kontraktowego, który pomógłby jej zwiększyć moce produkcyjne, a w szczególności stworzyć i zainstalować czyste kanały ze stali nierdzewnej, które umożliwiają przepływ gazów w procesie produkcji płytek półprzewodnikowych.
Chociaż w firmie Axenics do większości prac związanych z spawaniem rur dostępne są urządzenia do spawania orbitalnego i stoły obrotowe z zaciskami palnikowymi, nie wyklucza to sporadycznego spawania ręcznego.
Firma Hammer i zespół spawalniczy przeanalizowali wymagania klienta i zadali pytania, biorąc pod uwagę czynniki związane z kosztami i czasem:
Używane przez firmę Hammer obrotowe, zamknięte spawarki orbitalne to Swagelok M200 i Arc Machines Model 207A. Mogą one spawać rury o średnicy od 1/16 do 4 cali.
„Mikrogłowice pozwalają nam dotrzeć do bardzo ciasnych miejsc” – powiedział. „Jednym z ograniczeń spawania orbitalnego jest to, czy mamy głowicę pasującą do konkretnego złącza. Ale dziś można również owinąć łańcuch wokół spawanej rury. Spawarka może przejść nad łańcuchem i praktycznie nie ma ograniczeń co do rozmiaru spawanych spoin. Widziałem urządzenia spawające rury o średnicy 20 cali. To imponujące, co te maszyny potrafią dzisiaj”.
Biorąc pod uwagę wymagania dotyczące czystości, liczbę niezbędnych spoin i cienką grubość ścianek, spawanie orbitalne jest mądrym wyborem w przypadku tego typu projektów. W przypadku prac nad rurociągami sterującymi przepływem powietrza firma Hammer często spawa stal nierdzewną 316L.
„Wtedy robi się naprawdę subtelnie. Mówimy o spawaniu cienkiego jak papier metalu. W przypadku spawania ręcznego, nawet najmniejsza korekta może złamać spoinę. Dlatego lubimy używać orbitalnej głowicy spawalniczej, dzięki której możemy precyzyjnie dopasować każdą część rury i doprowadzić ją do perfekcji przed włożeniem do niej elementu. Zmniejszamy moc do określonej wartości, aby mieć pewność, że po włożeniu elementu będzie idealnie. W przypadku spawania ręcznego zmiany dokonuje się na oko, a jeśli będziemy zbyt mocno naciskać pedałem, spoina może przebić się bezpośrednio przez materiał”.
Praca składa się z setek identycznych spoin. Spawarka orbitalna używana do tego zadania wykonuje spoinę w trzy minuty; gdy Hammer pracuje z maksymalną prędkością, jest w stanie ręcznie zespawać tę samą rurę ze stali nierdzewnej w ciągu około minuty.
„Jednak maszyna nie zwalnia. Uruchamiasz ją na najwyższych obrotach rano i pod koniec dnia nadal pracuje na najwyższych obrotach” – powiedział Hammer. „Uruchamiam ją na najwyższych obrotach rano, ale ostatecznie tak nie jest”.
Kluczowe znaczenie ma zapobieganie przedostawaniu się zanieczyszczeń do rur ze stali nierdzewnej, dlatego lutowanie o wysokiej czystości w przemyśle półprzewodnikowym często odbywa się w pomieszczeniu czystym, czyli kontrolowanym środowisku, które zapobiega przedostawaniu się zanieczyszczeń do lutowanego obszaru.
Hammer używa w palnikach ręcznych tego samego wstępnie naostrzonego wolframu, którego używa w Orbiterze. Podczas gdy czysty argon zapewnia zewnętrzne i wewnętrzne oczyszczanie podczas spawania ręcznego i orbitalnego, spawanie maszynami orbitalnymi ma tę zaletę, że odbywa się w zamkniętej przestrzeni. Gdy wolfram się wydostaje, powłoka wypełnia się gazem i chroni spoinę przed utlenianiem. Podczas używania palnika ręcznego gaz jest wdmuchiwany tylko na jedną stronę rury, która jest aktualnie spawana.
Spoiny orbitalne są na ogół czystsze, ponieważ gaz dłużej otacza rurę. Po rozpoczęciu spawania argon zapewnia ochronę, dopóki spawacz nie upewni się, że spoina jest wystarczająco zimna.
Axenics współpracuje z wieloma klientami z branży energii alternatywnej, którzy produkują ogniwa paliwowe wodorowe zasilające różnego rodzaju pojazdy. Na przykład niektóre wózki widłowe przeznaczone do użytku wewnątrz pomieszczeń wykorzystują ogniwa paliwowe wodorowe, aby zapobiegać niszczeniu zapasów żywności przez chemiczne produkty uboczne. Jedynym produktem ubocznym ogniwa paliwowego wodorowego jest woda.
Jeden z klientów miał wiele z tych samych wymagań, co producent półprzewodników, na przykład czystość i spójność spoin. Chciał użyć stali nierdzewnej 321 do spawania cienkościennych elementów. Jednak praca polegała na stworzeniu prototypu kolektora z wieloma rzędami zaworów, z których każdy wystaje w innym kierunku, pozostawiając niewiele miejsca na spawanie.
Spawarka orbitalna odpowiednia do tego zadania kosztuje około 2000 dolarów i można nią wykonać niewielką liczbę części, a jej szacowany koszt to 250 dolarów. Z finansowego punktu widzenia nie jest to opłacalne. Jednak firma Hammer ma rozwiązanie, które łączy w sobie techniki spawania ręcznego i orbitalnego.
„W tym przypadku użyłbym stołu obrotowego” – mówi Hammer. „Właściwie to ta sama czynność, co spawanie orbitalne, ale obraca się rurą, a nie elektrodą wolframową wokół rury. Używam palnika ręcznego, ale mogę go trzymać w imadle. Ustawiony tak, aby nie trzeba było dotykać go rękami, dzięki czemu spoina nie zostanie uszkodzona przez drżenie lub potrząsanie. Eliminuje to wiele czynników związanych z błędami ludzkimi. Nie jest to tak idealne rozwiązanie jak spawanie orbitalne, ponieważ nie odbywa się w zamkniętym środowisku, ale ten typ spawania można wykonywać w czystym pomieszczeniu, aby wyeliminować zanieczyszczenia”.
Chociaż technologia spawania orbitalnego zapewnia czystość i powtarzalność, Hammer i jego koledzy spawacze wiedzą, że integralność spoiny ma kluczowe znaczenie dla zapobiegania przestojom spowodowanym przez jej wady. Firma stosuje badania nieniszczące (NDT), a czasami badania niszczące, w przypadku wszystkich spoin orbitalnych.
„Każda wykonana przez nas spoina jest wizualnie potwierdzana” – mówi Hammer. „Następnie spoiny są badane spektrometrem helowym. W zależności od specyfikacji lub wymagań klienta, niektóre spoiny są badane radiograficznie. Możliwa jest również kontrola niszcząca”.
Badania niszczące mogą obejmować badanie wytrzymałości na rozciąganie w celu określenia ostatecznej wytrzymałości na rozciąganie spoiny. Aby zmierzyć maksymalne naprężenie, jakie spoina wykonana na materiale, takim jak stal nierdzewna 316L, może wytrzymać przed zniszczeniem, podczas badania metal jest rozciągany aż do punktu zerwania.
Spoiny wykonywane przez odbiorców energii alternatywnej są czasami poddawane ultradźwiękowym badaniom nieniszczącym w przypadku spoin elementów trójkanałowych wymienników ciepła z ogniwami paliwowymi wodorowymi stosowanymi w maszynach i pojazdach wykorzystujących energię alternatywną.
„To kluczowy test, ponieważ większość wysyłanych przez nas komponentów zawiera potencjalnie niebezpieczne gazy. Dla nas i naszych klientów bardzo ważne jest, aby stal nierdzewna była nieskazitelna i pozbawiona punktów wycieku” – mówi Hammer.
W 1990 roku czasopismo Tube & Pipe Journal zostało pierwszym magazynem poświęconym branży rur metalowych. Do dziś pozostaje ono jedyną publikacją w Ameryce Północnej poświęconą tej branży i stało się najbardziej wiarygodnym źródłem informacji dla specjalistów zajmujących się rurami.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The FABRICATOR, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.
Cyfrowe wydanie czasopisma The Tube & Pipe Journal jest już w pełni dostępne, dzięki czemu można łatwo zapoznać się z cennymi zasobami branżowymi.
Uzyskaj pełny dostęp do wydania cyfrowego czasopisma STAMPING Journal, w którym znajdziesz najnowsze osiągnięcia technologiczne, najlepsze praktyki i wiadomości branżowe dla rynku tłoczenia metali.
Teraz, dzięki pełnemu dostępowi do wydania cyfrowego The Fabricator w języku hiszpańskim, masz łatwy dostęp do cennych zasobów branżowych.