Орбитальная сварка

Орбитальная сварка — это специализированная область сварки , при которой дуга механически вращается на 360 ° (180 градусов при двойной сварке) вокруг статической заготовки, такого как труба, в непрерывном процессе. Этот процесс был разработан для решения проблемы ошибок оператора при сварке газовой вольфрамовой дугой (GTAW), для обеспечения равномерной сварки вокруг трубы, что было бы значительно сложнее при использовании процесса ручной сварки, а также для обеспечения высококачественных повторяемых сварных швов, которые соответствовали бы требованиям. более строгие критерии сварки, установленные ASME . При орбитальной сварке процесс контролируется компьютером с минимальным вмешательством оператора. ^{[ 1 ]}

История

Процесс орбитальной сварки был изобретен Родриком Рорбергом из North American Aviation для устранения утечек топлива и гидравлических жидкостей в и вокруг трубопроводов самолета X-15 Rocket Research. ^{[ 2 ]}

Оборудование

Основными компонентами каждой системы орбитальной сварки являются источник питания со встроенным компьютерным управлением, сварочная головка и, при необходимости, механизм подачи проволоки. Сварка определенных размеров и типов материалов также потребует использования системы воды/хладагента. Существует большое количество факторов, которые могут повлиять на результат сварки. Эти аспекты включают длину дуги, величину и частоту импульсов сварочного тока, скорость сварки, инертный защитный газ, основной материал, присадочный материал, подготовку к сварке и теплопроводность. В конечном итоге качественный сварной шов достигается за счет детального знания того, как точно настроить все эти параметры для каждой отдельной сварочной задачи.

Приложение

Процесс сварки

При ручной сварке очень сложно добиться высочайших стандартов качества и безопасности. ^{[ 3 ]} Это происходит из-за определенных положений сварки, например, сварных швов сверху и снизу, что часто приводит к дефектам сварных швов из-за ограниченного доступа пользователя к этим положениям сварки. Чтобы иметь полный контроль над сварочной ванной, необходимо поддерживать идеальный баланс между силой гравитации и поверхностным натяжением в каждом положении горелки. При использовании механизированных вариантов метода определенные части сварочного процесса выполняются механическими компонентами. Обратите внимание, что сварщик всегда будет контролировать и контролировать процесс. В идеальной ситуации все параметры сварки должны быть полностью запрограммированы до начала сварки. Однако на практике наличие переменных ограничений означает, что сварщику часто приходится вносить коррективы.

Орбитальная сварка труб с использованием полностью закрытых сварочных головок представляет собой процесс сварки согласно разделу IX ASME. Присадочный металл не добавляется.

Успешная автоматическая орбитальная сварка GTA повторяется на 100%, пока оператор контролирует переменные и периодически выполняет отбор проб или купонов, которые проверяются на полное проплавление. Заметить, что переменная изменилась, — это основной навык, и его легко пропустить. Для того чтобы оператор мог стабильно производить приемлемые сварные швы, необходимы обучение и опыт.

Успешная автоматическая орбитальная сварка GTA во многом зависит от уточнения нескольких важных переменных, которые включают в себя программирование сварочного аппарата и настройку «сварочной головки».

Техническое обслуживание сварочной головки часто становится фактором повторяемости успешных сварных швов. В результате неправильного использования внутренние детали сварочной головки могут обуглиться. Обугливание представляет собой отложения углерода, которые могут проводить электричество и замыкать ток, идущий от вольфрама. Сварные головки содержат систему прецизионных планетарных шестерен, которые со временем могут изнашиваться. Требуется правильная очистка и уход.

Успешная орбитальная сварка также зависит от использования высококачественного материала труб. Обычно для автоматической орбитальной сварки GTA используются только трубы и фитинги из нержавеющей стали 316L (не трубы), которые поставляются рядом специализированных производителей. Качество сварки зависит от наличия достаточно чистого источника аргона в качестве резервного и защитного газа. Минимальная чистота составляет 99,995% для типичного промышленного применения. Для некоторых применений необходимо использовать аргон сверхвысокой чистоты, чистота 99,9998%, и такие применения требуют использования всего продувочного оборудования высокой чистоты (клапаны, регуляторы и регуляторы расхода). Обычно в аппаратах для продувочного газа нельзя использовать никакие резиновые компоненты, поскольку резина поглощает и выделяет влагу и кислород в поток аргона. Влага и кислород (в аргоне) являются загрязнителями, вредными для успешной автоматической орбитальной сварки.

Талоны на сварку, куски металла, используемые для проверки навыков сварщиков. ^{[ 4 ]} обычно готовятся в начале сварочной смены, каждый раз, когда какая-либо переменная корректируется или изменяется, и в конце смены (и чаще, по требованию инспектора). Каждый купон должен быть проверен изнутри и снаружи, чтобы убедиться в полном проваре, правильной ширине шва и других критериях. При использовании труб или трубок меньшего диаметра обычно необходимо разрезать купон для проверки сварного шва. Все купоны должны иметь полное проникновение и одинаковую ширину шва. Изменения в последовательности являются индикатором проблемы, которую необходимо решить, прежде чем продолжить.

Орбитальная сварка чаще выполняется на трубах, чем на трубах, по нескольким причинам, наиболее важной из которых является то, что при производстве труб получается очень стабильный наружный диаметр, что имеет решающее значение для правильной посадки в сварочной головке.

Автоматическая орбитальная сварка GTA стала стандартным методом соединения высоконадежных газовых и жидкостных систем, используемых в полупроводниковой и фармацевтической промышленности. Эти системы рассчитаны на исключительную чистоту и герметичность. С середины 1980-х годов возникла целая специализированная отрасль, поставляющая клапаны, фитинги, регуляторы, манометры и другие компоненты для орбитальной сварки и использования в условиях высокой чистоты. Для сварки труб в условиях высокой чистоты можно использовать только полностью закрытую сварочную головку.

Материалы

Орбитальная сварка почти всегда выполнялась исключительно методом вольфрамового инертного газа (TIG/GTAW) с использованием неплавящихся электродов и при необходимости с дополнительной подачей холодной проволоки. Простой контроль подаваемого тепла делает сварку TIG идеальным методом сварки труб полностью орбитальной сваркой со специальными головками для орбитальной сварки, которые включают в себя зажимное устройство, электрод TIG на устройстве орбитального перемещения и камеру защитного газа. Можно сваривать множество различных типов металлов; высокопрочные, жаропрочные и коррозионностойкие стали, нелегированные и низколегированные углеродистые стали, никелевые сплавы, титан, медь, алюминий и сопутствующие сплавы. Этот контролируемый метод, выполняемый в инертной атмосфере, дает чрезвычайно чистые результаты с низким содержанием частиц и отсутствием нежелательных брызг. Это позволяет удовлетворить самые высокие требования к механическим и оптическим свойствам сварного шва.

Диаметры труб

Благодаря точности орбитальной TIG-сварки можно обрабатывать даже самые маленькие стандартные трубы диаметром от 1,6 мм. В более крупных масштабах трубы диаметром до 170 мм и толщиной стенок до 3,5 мм можно соединить с помощью сварочных головок с закрытой камерой. Эти сварочные головки позволяют очень точно расположить горелку и обеспечить надежную фиксацию трубы. Атмосфера инертного газа в закрытой камере предотвращает окрашивание тепла даже при работе с самыми чувствительными материалами. Для труб диаметром от 8 до 275 мм можно использовать более удобные в использовании открытые сварочные головки (за исключением случаев, когда требуется высокая чистота). Система гибких шлангов используется для подачи к сварочной головке электропитания, инертного газа, охлаждающей воды и присадочной проволоки, где это необходимо. Потребность в присадочной проволоке в процессе сварки зависит от типа сварочной задачи; более толстые стенки труб и трудноконтролируемые исходные материалы требуют использования дополнительного материала, тогда как тонкостенные трубы можно сваривать без дополнительной проволоки.

Для создания качественных сварных швов необходимо тщательно подготовить торцы труб, чтобы кромки заготовок были очищены от окалины и загрязнений. Для труб с тонкими стенками и диаметром до среднего часто бывает достаточно простого распила под прямым углом. Для более толстых стенок трубы необходимо более тщательно подготовить края, например, используя U-образное сечение.

Секторы бизнеса и рынки

Сварка узкой щели горячей проволокой на производстве электростанций

Благодаря своей способности достигать результатов высокой чистоты, орбитальная сварка нашла свое место в производстве компонентов для чистых помещений для полупроводниковой промышленности. В настоящее время его применение расширилось до строительства трубопроводов и оборудования для различных отраслей промышленности, таких как пищевая промышленность, фармацевтика, химическое машиностроение, автомобилестроение, биотехнологии, судостроение и аэрокосмическая промышленность. Автоматизированная орбитальная сварка TIG также применяется при строительстве электростанций (ТЭЦ). Используемые конструкционные материалы должны выдерживать огромные механические нагрузки, вызванные высоким давлением и температурой, создаваемыми средой, транспортируемой в трубах. Насечек, пор и включений в сварных швах следует избегать любой ценой, так как они создают слабые места, которые могут привести к последующему образованию трещин. Это, в свою очередь, может иметь серьезные последствия в виде выхода из строя компонентов. Это означает, что трубы часто изготавливаются из материалов на основе никеля со стенками толщиной до 200 мм. Специально для этой цели один производитель разработал систему орбитальной сварки в узкий зазор с подачей горячей проволоки, в которой используется ходовая часть, перемещающаяся по направляющему кольцу, закрепленному вокруг трубки. Этот новый вариант вызвал большой интерес в этом секторе, поскольку мировой бум строительства электростанций стимулирует бесконечный поиск все более производительных методов производства с использованием новых типов жаропрочных сталей.

Заключение

Наряду с современными методами использования сварки TIG холодной и горячей проволокой, также наблюдается устойчивый прогресс в разработке сварки MIG/MAG/FCAW, которая открывает целый ряд новых применений в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, медицинскую, автомобильную и более. ^{[ 5 ]} Орбитальная сварка может обеспечить надежную сварку воспроизводимого качества с использованием широкого спектра методов и различных типов технологий. Это можно выполнить на высоком уровне даже при использовании необычных материалов, толстых стенок, трубок малого диаметра и даже в сложных рабочих условиях. Стоимость оборудования для орбитальной сварки в 5-10 раз превышает первоначальные капитальные затраты, необходимые для обычного сварочного оборудования, но производительность также значительно выше, чем у обычного TIG (в 2-3 раза). ^{[ 1 ]}

Ссылки

Справочник по орбитальной сварке TIG от AXXAIR: https://offres.axxair.com/en/download-orbital-tig-welding-handbook

^ Jump up to: ^а ^б «Орбитальная сварка против традиционной GTAW» . Критические системы Inc. Проверено 7 февраля 2015 г.
↑ Патент Родерика, Рорберга «Сварочный аппарат» № US3238347A, Вашингтон, Патентное ведомство США, 26 октября 1964 г.
^ «Орбитальная или ручная сварка TIG — блог SFI Orbimax» . Блог SFI Orbimax . 17.11.2017 . Проверено 1 сентября 2018 г.
^ «Что такое купоны на сварку? - Блог компании Jamar» . Блог компании Jamar . 31 марта 2014 г. Проверено 19 октября 2016 г.
^ «Сварка – Системы Высокой Чистоты, Инк» . High Purity Systems, Inc. Проверено 19 октября 2016 г.

Орбитальная и ручная сварка Tig: https://www.sfiorbimax.com.au/blogs/articles/orbital-vs-manual-tig-welding

Крюгер, Юрген; Сноу, Дитер (2007). Безопасно вокруг . ббр 3 (2007): 40-42.
Спецификация биопроцессов ASME BPE 2014
Horizon Industrial Systems, Спецификация для автоматической орбитальной сварки в полупроводниковом процессе
Химическая инженерия, март 2001 г. «Трубы и фитинги облегчают соединение», стр. 39, 40.

[Critical_Systems-1] Jump up to: ^а ^б «Орбитальная сварка против традиционной GTAW» . Критические системы Inc. Проверено 7 февраля 2015 г.

[2] Патент Родерика, Рорберга «Сварочный аппарат» № US3238347A, Вашингтон, Патентное ведомство США, 26 октября 1964 г.

[3] «Орбитальная или ручная сварка TIG — блог SFI Orbimax» . Блог SFI Orbimax . 17.11.2017 . Проверено 1 сентября 2018 г.

[4] «Что такое купоны на сварку? - Блог компании Jamar» . Блог компании Jamar . 31 марта 2014 г. Проверено 19 октября 2016 г.

[5] «Сварка – Системы Высокой Чистоты, Инк» . High Purity Systems, Inc. Проверено 19 октября 2016 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]