Orbitalsvetsning

Orbitalsvetsning är ett specialiserat svetsområde där bågen roteras mekaniskt 360° (180 grader vid dubbelsvetsning) runt ett statiskt arbetsstycke, ett föremål som ett rör, i en kontinuerlig process. Processen utvecklades för att ta itu med problemet med operatörsfel i gas volframbågsvetsningsprocesser (GTAW), för att stödja enhetlig svetsning runt ett rör som skulle vara betydligt svårare med en manuell svetsprocess, och för att säkerställa repeterbara svetsar av hög kvalitet som skulle uppfylla strängare svetskriterier fastställda av ASME . Vid orbitalsvetsning körs datorstyrd process med lite ingrepp från operatören.

Historia

Den orbitala svetsprocessen uppfanns av Rodrick Rohrberg från North American Aviation för att ta itu med bränsle och hydraulvätskor som läcker i och runt rören på X-15 Rocket Research-planet.

Utrustning

Huvudkomponenterna i varje orbitalsvetssystem är strömförsörjningen med integrerad datorstyrning, svetshuvudet och vid behov en trådmatningsmekanism. Svetsning av vissa storlekar och materialtyper kräver också användning av ett vatten/kylmedelssystem. Det finns ett stort antal faktorer som kan påverka svetsresultatet. Dessa aspekter inkluderar svetsströmmens båglängd, magnitud och pulsfrekvens, svetshastighet, inert skyddsgas, modermaterial, tillsatsmaterial, svetsförberedelse och värmeledningsförmåga. I slutändan uppnås en högkvalitativ svets genom detaljerad kunskap om hur man exakt justerar alla dessa parametrar för varje enskild svetsuppgift.

Ansökan

Svetsprocessen

Det är mycket svårt att uppnå de högsta standarderna för kvalitet och säkerhet med manuell svetsning. Detta beror på vissa svetspositioner, t.ex. svetsar över huvud och nedåt, vilket ofta leder till felaktiga svetsar på grund av begränsad åtkomst som användaren har i dessa svetspositioner. För att ha fullständig kontroll över svetsbadet måste en perfekt balans upprätthållas mellan gravitationskraft och ytspänning vid varje position av brännaren. Genom att använda mekaniserade varianter av tekniken hanteras vissa delar av svetsprocessen av mekaniska komponenter. Observera att en svetsare alltid kommer att övervaka och kontrollera processen. I en ideal situation skulle alla svetsparametrar vara helt programmerade innan svetsningen påbörjas. I praktiken innebär dock förekomsten av variabla begränsningar att det ofta är nödvändigt för svetsaren att göra korrigerande ingrepp.

Orbital svetsning av rör med helt slutna svetshuvuden är en smältprocess enligt ASME avsnitt IX. Ingen tillsatsmetall tillsätts.

En framgångsrik automatisk orbital GTA-svets är 100 % repeterbar så länge som operatören övervakar variabler och utför periodiska prover eller kuponger som inspekteras för fullständig penetration. Att märka att en variabel har ändrats är en primär färdighet och kan lätt missas. Utbildning och erfarenhet krävs för att en operatör ska lyckas med att konsekvent producera acceptabla svetsar.

Den framgångsrika automatiska orbitala GTA-svetsen är mycket beroende av förfining av flera kritiska variabler som involverar programmering av svetsmaskinen och inställning av "svetshuvudet".

Underhåll av svetshuvudet blir ofta en faktor för repeterbarheten av framgångsrika svetsar. Svetshuvudets inre delar kan bli förkolnade vid felaktig användning. Förkolningen är kolavlagringar som kan leda elektricitet och kortsluta strömflödet från volfram. Svetshuvuden innehåller ett system av precisionsplanetväxlar som kan slitas ut med tiden. Korrekt rengöring och underhåll krävs.

Framgångsrik orbitalsvetsning är också beroende av användning av högkvalitativt rörmaterial. Vanligtvis används endast 316L rostfria rör (inte rör) och kopplingar för automatisk orbital GTA-svetsning och erhålls från ett antal specialtillverkare. Svetskvaliteten beror på att ha en någorlunda ren källa av argon för stöd och skyddsgas. Minsta renhet skulle vara 99,995 % för typiska industriella tillämpningar. För vissa applikationer är det nödvändigt att använda argon med ultrahög renhet, 99,9998 % renhet och sådana applikationer kräver användning av all spolutrustning med hög renhet (ventiler, regulatorer och flödeskontroll). Typiskt kan inga gummikomponenter användas för reningsgasapparater eftersom gummit absorberar och släpper ut fukt och syre i argonströmmen. Fukt och syre (i argon) är föroreningar som är skadliga för en framgångsrik automatisk svetsning.

Svetskuponger, metallbitar som används för att testa en svetsares skicklighet, förbereds vanligtvis i början av ett svetsskifte, varje gång någon variabel justeras eller ändras och i slutet av skiftet (och oftare efter behov av en inspektör) . Varje kupong måste undersökas internt och externt för att verifiera full penetration, korrekt pärlbredd och andra kriterier. Med rör eller rör med mindre diameter är det vanligtvis nödvändigt att sektionsöppna kupongen för att undersöka svetssträngen. Alla kuponger måste uppvisa fullständig penetration och konsekvent pärlbredd. Variationer i konsistens är en indikator på ett problem som måste lösas innan man fortsätter.

Orbitalsvetsning utförs vanligare på rör än på rör av flera anledningar, det viktigaste är att tillverkningen av rör ger mycket konsekventa ytterdiametrar, vilket är avgörande för korrekt passning i svetshuvudet.

Automatisk Orbital GTA-svetsning har blivit standardsammanfogningsmetoden för gas- och vätskesystem med hög integritet som används inom halvledar- och läkemedelsindustrin. Dessa system är klassade för extrem renhet och läckagetät integritet. En hel specialindustri som levererar ventiler, kopplingar, regulatorer, mätare och andra komponenter för orbitalsvetsning och användning i applikationer med hög renhet har utvecklats sedan mitten av 1980-talet. För rörsvetsning i applikationer med hög renhet får endast ett helt sluten svetshuvud användas.

Material

Orbitalsvetsning har nästan alltid uteslutande utförts med Tungsten Inert Gas (TIG / GTAW) teknik med icke-förbrukningsbara elektroder, med ytterligare kalltrådsmatning vid behov. Den enkla kontrollen av värmetillförseln gör TIG-svetsning till den idealiska svetsmetoden för helomloppssvetsning av rör med specialiserade orbitala svetshuvuden, som innehåller en klämanordning, en TIG-elektrod på en orbital-rörelseanordning och en skyddsgaskammare. Många olika typer av metall kan svetsas; höghållfasta, högtemperatur- och korrosionsbeständiga stål, olegerade och låglegerade kolstål, nickellegeringar, titan, koppar, aluminium och tillhörande legeringar. Utförd i en inert atmosfär ger denna kontrollerade teknik resultat som är extremt rena, har låga partikelantal och är fria från oönskade stänk. Detta gör det möjligt att uppfylla de högsta kraven på de mekaniska och optiska egenskaperna hos en svetsfog.

Rördiametrar

Tack vare precisionen i orbital TIG-svetsning kan även de minsta standardrördiametrar från 1,6 millimeter bearbetas. I större skala kan rör med diametrar upp till 170 mm och väggar upp till 3,5 mm tjocka sammanfogas med hjälp av svetshuvuden med sluten kammare. Dessa svetshuvuden gör att brännaren kan placeras mycket exakt och ser till att röret hålls säkert. Den inerta gasatmosfären i den slutna kammaren förhindrar att värmen färgas, även med de mest känsliga material. För rördiametrar mellan 8 och 275 mm är det möjligt att använda mer hanterbara öppna svetshuvuden (förutom för applikationer med hög renhet). Ett flexibelt slangsystem används för att förse svetshuvudet med ström, inertgas, kylvatten och tillsatstråd vid behov. Behovet av tillsatstråd under svetsprocessen beror på typen av svetsuppgift; tjockare rörväggar och svårkontrollerade modermaterial kräver användning av ytterligare material, medan tunnväggiga rör kan svetsas utan extra tråd.

För att skapa högkvalitativa svetssömmar är det viktigt att rörändarna är noggrant förberedda med kanterna på arbetsstyckena fria från beläggningar och föroreningar. För tunnare väggar upp till medeldiametrar räcker det ofta med ett enkelt rätvinkligt sågsnitt. För tjockare rörväggar är det nödvändigt att förbereda kanterna mer noggrant, till exempel med ett U-spår tvärsnitt.

Affärssektorer och marknader

Varmtråd smalspaltssvetsning vid produktion av kraftverk

På grund av sin förmåga att uppnå resultat med hög renhet, fick orbitalsvetsning sin plats i produktionen av renrumskomponenter för halvledarindustrin. Dess tillämpning har nu utökats till konstruktion av rörledningar och utrustning för olika industrier som livsmedelsförädling, läkemedel, kemiteknik, fordonsteknik, bioteknik, skeppsbyggnad och flyg. Automatiserad orbital TIG-svetsning används också vid konstruktion av kraftverk (värmekraftverk). Byggmaterialen som används måste kunna motstå de enorma mekaniska belastningar som de höga tryck och temperaturer som skapas av media som transporteras i rören skapar. Skåror, porer och inneslutningar i svetsfogarna måste till varje pris undvikas, eftersom dessa skapar svaga punkter som kan leda till efterföljande sprickbildning. Dessa kan i sin tur få allvarliga konsekvenser när det gäller komponentfel. Detta innebär att rör ofta är gjorda av nickelbaserade material med väggar upp till 200 mm tjocka. En tillverkare har utvecklat ett orbitalt smalspaltssvetssystem med varmtrådsmatning speciellt för detta ändamål, som använder löparredskap som rör sig på en styrring fäst runt röret. Denna nya variant har skapat ett stort intresse inom sektorn, med den världsomspännande boomen inom kraftverksbyggande som underblåser det oändliga sökandet efter allt mer produktiva tillverkningsmetoder med nya typer av högtemperaturstål.

Slutsats

Tillsammans med de nuvarande metoderna för att använda TIG kall- och varmtrådssvetsning, har det också skett stadiga framsteg i utvecklingen av MIG/MAG/FCAW-svetsning som tillåter en hel rad nya tillämpningar inom en mängd olika industrier inklusive flyg-, medicin-, fordons- och Mer. Orbitalsvetsning kan ge tillförlitlig svetsning av reproducerbar kvalitet med användning av omfattande tekniker och olika typer av teknik. Detta kan utföras till en hög standard även vid användning av ovanliga material, tjocka väggar, små rördiametrar och även i en svår arbetsmiljö. Kostnaden för orbitalsvetsutrustning är 5-10 gånger den initiala kapitalkostnaden som krävs i konventionell svetsutrustning, men produktiviteten är också betydligt högre än konventionell TIG (2-3 gånger).

  • Krüger, Jürgen; Schnee, Dieter (2007). Rundum sicher . bbr 3 (2007): 40-42.
  • ASME Bio Process Specification BPE 2014
  • Horizon Industrial Systems, specifikation för automatisk orbitalsvetsning i halvledarprocesser
  • Kemiteknik, mars 2001 "Rör och rördelar gör enkla anslutningar" sid 39, 40
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Orbital_welding&oldid=1047209863 "