Embora a tecnologia de soldagem orbital não seja nova, ela continua a evoluir, tornando-se mais poderosa e versátil, especialmente quando se trata de soldagem de tubos. Uma entrevista com Tom Hammer, um soldador qualificado da Axenics em Middleton, Massachusetts, revela as muitas maneiras pelas quais essa técnica pode ser usada para resolver problemas difíceis de soldagem. Imagem cortesia da Axenics
A soldagem orbital existe há cerca de 60 anos, adicionando automação ao processo GMAW. Este é um método confiável e prático de realizar múltiplas soldas, embora alguns OEMs e fabricantes ainda não tenham usado o poder dos soldadores orbitais, confiando na soldagem manual ou outras estratégias para unir tubos de metal.
Os princípios da soldagem orbital existem há décadas, mas as capacidades dos novos soldadores orbitais os tornam uma ferramenta ainda mais poderosa no kit de ferramentas de um soldador, já que muitos agora possuem recursos "inteligentes" para facilitar a programação e o processamento antes da soldagem propriamente dita. Comece com ajustes rápidos e precisos para garantir soldagens consistentes, puras e confiáveis.
A equipe de soldadores da Axenics em Middleton, Massachusetts, é uma fabricante terceirizada de componentes que orienta muitos de seus clientes em práticas de soldagem orbital se os elementos certos estiverem disponíveis para o trabalho.
“Sempre que possível, queríamos eliminar o elemento humano na soldagem, já que soldadores orbitais geralmente produzem soldas de maior qualidade”, diz Tom Hammer, um soldador qualificado da Axenics.
Embora a soldagem mais antiga tenha sido realizada há 2000 anos, a soldagem moderna é um processo extremamente avançado que é parte integrante de outras tecnologias e processos modernos. Por exemplo, a soldagem orbital pode ser usada para criar sistemas de tubulação de alta pureza usados ​​para produzir wafers semicondutores que são usados ​​em basicamente todos os eletrônicos atuais.
Um dos clientes da Axenics faz parte dessa cadeia de suprimentos. Ela procurou um fabricante contratado para ajudar a expandir sua capacidade de produção, especificamente criando e instalando canais de aço inoxidável limpos que permitem que os gases passem pelo processo de fabricação do wafer.
Embora unidades de soldagem orbital e mesas rotativas com grampos de tocha estejam disponíveis para a maioria dos trabalhos tubulares na Axenics, elas não impedem a soldagem manual ocasional.
Hammer e a equipe de soldagem analisaram os requisitos do cliente e fizeram perguntas, levando em consideração fatores de custo e tempo:
Os soldadores orbitais rotativos fechados usados ​​pela Hammer são Swagelok M200 e Arc Machines Modelo 207A. Eles podem suportar tubos de 1/16 a 4 polegadas.
“Os microheads nos permitem entrar em locais muito apertados”, disse ele. “Uma limitação da soldagem orbital é a dificuldade de termos um cabeçote que se encaixe em uma junta específica. Mas hoje, você também pode enrolar uma corrente ao redor do tubo que está sendo soldado. O soldador pode passar por cima da corrente, e basicamente não há limite para o tamanho das soldas que você pode realizar. Já vi algumas configurações que soldam em tubos de 20 polegadas. É impressionante o que essas máquinas conseguem fazer hoje em dia.”
Considerando os requisitos de pureza, o número de soldas necessárias e a espessura fina da parede, a soldagem orbital é uma escolha inteligente para esse tipo de projeto. Para trabalhos de tubulação de controle de processo de fluxo de ar, a Hammer frequentemente solda em aço inoxidável 316L.
É aí que a coisa fica realmente sutil. Estamos falando de soldagem em metal fino como papel. Com a soldagem manual, o menor ajuste pode quebrar a solda. É por isso que gostamos de usar uma cabeça de solda orbital, onde podemos ajustar cada parte do tubo e torná-la perfeita antes de inserir a peça. Reduzimos a potência para um valor específico para sabermos que, quando inserirmos a peça, ela estará perfeita. Manualmente, a alteração é feita a olho nu e, se pressionarmos demais, a solda pode penetrar diretamente no material.
O trabalho consiste em centenas de soldas que devem ser idênticas. O soldador orbital usado para esse trabalho faz uma solda em três minutos; quando o Hammer está operando em velocidade máxima, ele pode soldar manualmente o mesmo tubo de aço inoxidável em cerca de um minuto.
“No entanto, a máquina não está diminuindo a velocidade. Você a liga na velocidade máxima logo de manhã e, no final do dia, ela ainda está funcionando na velocidade máxima”, disse Hammer. “Eu a ligo na velocidade máxima logo de manhã, mas, no fim das contas, não é o que acontece.”
É fundamental evitar que contaminantes entrem em tubos de aço inoxidável, e é por isso que a soldagem de alta pureza na indústria de semicondutores geralmente é realizada em uma sala limpa, um ambiente controlado que impede que contaminantes entrem na área soldada.
Hammer usa o mesmo tungstênio pré-afiado em seus maçaricos manuais que ele usa no Orbiter. Enquanto o argônio puro fornece purga externa e interna na soldagem manual e orbital, a soldagem por máquinas orbitais também se beneficia de ser realizada em um espaço fechado. Quando o tungstênio sai, o invólucro se enche de gás e protege a solda da oxidação. Ao usar um maçarico manual, o gás é soprado apenas para um lado do tubo que está sendo soldado.
Soldas orbitais são geralmente mais limpas porque o gás cobre o tubo por mais tempo. Assim que a soldagem começa, o argônio fornece proteção até que o soldador tenha certeza de que a solda está fria o suficiente.
A Axenics trabalha com vários clientes de energia alternativa que fabricam células de combustível de hidrogênio que alimentam uma variedade de veículos. Por exemplo, algumas empilhadeiras construídas para uso interno dependem de células de combustível de hidrogênio para evitar que subprodutos químicos destruam estoques comestíveis. O único subproduto de uma célula de combustível de hidrogênio é a água.
Um dos clientes tinha muitos dos mesmos requisitos de um fabricante de semicondutores, como pureza e consistência da solda. Ele queria usar aço inoxidável 321 para soldagem de paredes finas. No entanto, o trabalho era prototipar um coletor com vários bancos de válvulas, cada um projetando-se em uma direção diferente, deixando pouco espaço para soldagem.
Uma soldadora orbital adequada para o trabalho custa cerca de US$ 2.000 e pode ser usada para fazer um pequeno número de peças, com um custo estimado de US$ 250. Não faz sentido financeiramente. No entanto, a Hammer tem uma solução que combina técnicas de soldagem manual e orbital.
"Neste caso, eu usaria uma mesa rotativa", diz Hammer. "Na verdade, é a mesma ação de uma soldadora orbital, mas você gira o tubo, não o eletrodo de tungstênio ao redor do tubo. Eu uso minha tocha manual, mas posso segurá-la no lugar com um torno, posicionando-a de forma que fique sem as mãos, para que a solda não seja danificada por tremores ou vibrações das mãos humanas. Isso elimina grande parte do fator erro humano. Não é tão perfeito quanto a soldagem orbital porque não é em um ambiente fechado, mas este tipo de soldagem pode ser feito em um ambiente de sala limpa para eliminar contaminantes."
Embora a tecnologia de soldagem orbital ofereça pureza e repetibilidade, Hammer e seus colegas soldadores sabem que a integridade da solda é essencial para evitar tempo de inatividade devido a falhas. A empresa usa testes não destrutivos (NDT) e, às vezes, testes destrutivos para todas as soldas orbitais.
“Cada solda que fazemos é confirmada visualmente”, diz Hammer. “Depois, as soldas são testadas com um espectrômetro de hélio. Dependendo da especificação ou dos requisitos do cliente, algumas soldas são testadas radiograficamente. Ensaios destrutivos também são uma opção.”
Os testes destrutivos podem incluir testes de resistência à tração para determinar a resistência máxima à tração da solda. Para medir a tensão máxima que uma solda em um material como o aço inoxidável 316L pode suportar antes da falha, o teste estica e estica o metal até seu ponto de ruptura.
As soldas feitas por clientes de energia alternativa às vezes são submetidas a testes ultrassônicos não destrutivos em soldagens de componentes de células de combustível de hidrogênio de trocadores de calor de três canais usadas em máquinas e veículos de energia alternativa.
"Este é um teste crítico porque a maioria dos componentes que enviamos passa por gases potencialmente perigosos. É muito importante para nós e nossos clientes que o aço inoxidável esteja impecável, sem pontos de vazamento", diz Hammer.
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