Хотя технология орбитальной сварки не нова, она продолжает развиваться, становясь все более мощной и универсальной, особенно в области сварки труб. Интервью с Томом Хаммером, опытным сварщиком компании Axenics из Миддлтона, штат Массачусетс, раскрывает множество способов применения этой технологии для решения сложных сварочных задач. Изображение предоставлено компанией Axenics.
Орбитальная сварка существует уже около 60 лет, она добавила автоматизации к процессу сварки GMAW. Это надежный и практичный метод выполнения многослойных сварных швов, хотя некоторые производители и поставщики оборудования еще не используют возможности орбитальных сварочных аппаратов, полагаясь на ручную сварку или другие методы соединения металлических труб.
Принципы орбитальной сварки существуют уже несколько десятилетий, но возможности новых орбитальных сварочных аппаратов делают их более мощным инструментом в арсенале сварщика, поскольку многие из них теперь обладают «интеллектуальными» функциями, упрощающими программирование и обработку перед фактической сваркой. Начните с быстрой и точной регулировки, чтобы обеспечить стабильные, чистые и надежные сварные швы.
Команда сварщиков компании Axenics в Миддлтоне, штат Массачусетс, является контрактным производителем компонентов и консультирует многих своих клиентов по вопросам орбитальной сварки, если для этого имеются необходимые компоненты.
«По возможности мы стремились исключить человеческий фактор в сварке, поскольку орбитальные сварочные аппараты, как правило, обеспечивают более высокое качество сварных швов», — говорит Том Хаммер, опытный сварщик компании Axenics.
Хотя первые сварочные работы были выполнены 2000 лет назад, современная сварка — это чрезвычайно продвинутый процесс, являющийся неотъемлемой частью других современных технологий и процессов. Например, орбитальная сварка может использоваться для создания высокочистых трубопроводных систем, применяемых при производстве полупроводниковых пластин, которые сегодня используются практически во всей электронике.
Один из клиентов Axenics является частью этой цепочки поставок. Компания обратилась к контрактному производителю за помощью в расширении производственных мощностей, в частности, в создании и установке чистых каналов из нержавеющей стали, позволяющих газам проходить через процесс изготовления пластин.
Хотя в компании Axenics для большинства работ с трубами имеются орбитальные сварочные аппараты и поворотные столы с зажимами для горелки, это не исключает возможности выполнения ручной сварки в отдельных случаях.
Хаммер и бригада сварщиков изучили требования заказчика и задали вопросы, учитывая при этом факторы стоимости и сроков:
Компания Hammer использует роторные орбитальные сварочные аппараты Swagelok M200 и Arc Machines Model 207A. Они могут работать с трубами диаметром от 1/16 до 4 дюймов.
«Микроголовки позволяют нам работать в очень труднодоступных местах», — сказал он. «Одним из ограничений орбитальной сварки является наличие головки, подходящей для конкретного соединения. Но сегодня можно также обмотать цепь вокруг свариваемой трубы. Сварщик может пройти по цепи, и, по сути, нет ограничений на размер сварных швов, которые можно выполнить. Я видел установки, которые сваривают трубы диаметром 20 дюймов. Впечатляет, на что способны эти современные аппараты».
Учитывая требования к чистоте, необходимое количество сварных швов и малую толщину стенок, орбитальная сварка является разумным выбором для проектов такого типа. При работе с трубопроводами управления воздушным потоком компания Hammer часто использует нержавеющую сталь марки 316L для сварки.
«Вот тут-то и начинаются тонкости. Речь идёт о сварке тонкого металла, похожего на бумагу. При ручной сварке малейшая корректировка может разрушить шов. Поэтому мы предпочитаем использовать орбитальную сварочную головку, которая позволяет точно настроить каждую часть трубы и довести её до совершенства перед установкой детали. Мы уменьшаем мощность до определённого значения, чтобы быть уверенными, что деталь будет идеальной после установки. При ручной сварке корректировка производится на глаз, и если слишком сильно нажимать на педаль, то можно пробить материал насквозь».
Работа состоит из сотен сварных швов, которые должны быть идентичными. Орбитальный сварочный аппарат, используемый для этой работы, выполняет сварку за три минуты; когда Хаммер работает на максимальной скорости, он может вручную сварить ту же самую трубу из нержавеющей стали примерно за минуту.
«Однако машина не сбавляет скорость. Вы запускаете ее на максимальной скорости с самого утра, и к концу дня она все еще работает на максимальной скорости», — сказал Хаммер. «Я запускаю ее на максимальной скорости с самого утра, но в итоге все оказывается иначе».
Предотвращение попадания загрязнений в трубки из нержавеющей стали имеет решающее значение, поэтому высокоточная пайка в полупроводниковой промышленности часто выполняется в чистой комнате — контролируемой среде, которая предотвращает попадание загрязнений в зону пайки.
Хаммер использует в своих ручных горелках тот же предварительно заточенный вольфрам, что и в Orbiter. Хотя чистый аргон обеспечивает внешнюю и внутреннюю продувку при ручной и орбитальной сварке, сварка на орбитальных аппаратах также выигрывает от выполнения в замкнутом пространстве. Когда вольфрам выходит наружу, оболочка заполняется газом и защищает сварной шов от окисления. При использовании ручной горелки газ подается только с одной стороны свариваемой трубы.
Орбитальная сварка, как правило, получается чище, поскольку газ дольше покрывает трубу. После начала сварки аргон обеспечивает защиту до тех пор, пока сварщик не убедится, что шов достаточно остыл.
Компания Axenics сотрудничает с рядом клиентов, занимающихся альтернативной энергетикой, которые производят водородные топливные элементы, используемые в различных транспортных средствах. Например, некоторые вилочные погрузчики, предназначенные для использования внутри помещений, используют водородные топливные элементы для предотвращения образования химических побочных продуктов, разрушающих съедобные продукты. Единственным побочным продуктом работы водородного топливного элемента является вода.
Один из заказчиков предъявлял многие из тех же требований, что и производитель полупроводников, например, чистоту и стабильность сварного шва. Он хотел использовать нержавеющую сталь 321 для сварки тонкостенных изделий. Однако работа заключалась в создании прототипа коллектора с несколькими блоками клапанов, каждый из которых выступал в разном направлении, оставляя мало места для сварки.
Орбитальный сварочный аппарат, подходящий для этой работы, стоит около 2000 долларов, и его можно использовать для изготовления небольшого количества деталей, ориентировочная стоимость которых составляет 250 долларов. С финансовой точки зрения это нецелесообразно. Однако у компании Hammer есть решение, сочетающее ручную и орбитальную сварку.
«В этом случае я бы использовал поворотный стол, — говорит Хаммер. — По сути, это то же самое, что и орбитальная сварка, но вы вращаете трубу, а не вольфрамовый электрод вокруг нее. Я использую ручную горелку, но могу удерживать ее в тисках, чтобы освободить руки и предотвратить повреждение сварного шва из-за дрожания рук. Это значительно снижает вероятность человеческой ошибки. Это не так идеально, как орбитальная сварка, потому что она выполняется не в закрытом помещении, но этот тип сварки можно проводить в чистом помещении, чтобы исключить загрязнение».
Хотя технология орбитальной сварки обеспечивает чистоту и повторяемость, Хаммер и его коллеги-сварщики знают, что целостность сварного шва имеет решающее значение для предотвращения простоев из-за повреждений. Компания использует неразрушающий контроль (НК), а иногда и разрушающий контроль, для всех видов орбитальной сварки.
«Каждый сварной шов, который мы делаем, проверяется визуально, — говорит Хаммер. — После этого сварные швы проверяются с помощью гелиевого спектрометра. В зависимости от спецификации или требований заказчика, некоторые сварные швы подвергаются рентгенографическому контролю. Разрушающий контроль также является одним из вариантов».
Разрушающие испытания могут включать в себя испытания на прочность при растяжении для определения предельной прочности сварного шва. Для измерения максимального напряжения, которое может выдержать сварной шов на таком материале, как нержавеющая сталь 316L, до разрушения, испытание заключается в растяжении металла до точки разрыва.
Сварные швы, используемые потребителями альтернативной энергетики, иногда подвергаются ультразвуковому неразрушающему контролю при сварке компонентов трехканальных теплообменников водородных топливных элементов, применяемых в оборудовании и транспортных средствах, работающих на альтернативных источниках энергии.
«Это критически важное испытание, поскольку через большинство поставляемых нами компонентов проходят потенциально опасные газы. Для нас и наших клиентов очень важно, чтобы нержавеющая сталь была безупречной, без каких-либо мест утечки», — говорит Хаммер.
Журнал Tube & Pipe Journal стал первым изданием, посвященным индустрии металлических труб, в 1990 году. Сегодня он остается единственным изданием в Северной Америке, посвященным этой отрасли, и стал самым надежным источником информации для специалистов в области трубопроводов.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The FABRICATOR, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Цифровая версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный доступ к цифровой версии журнала STAMPING Journal, в котором представлены последние технологические достижения, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.