Орбитальная сварка

Краткое описание.

При сварке стыковых соединений труб используются две системы оборудования:

1) Сварочное оборудование для сварки поворотных стыков труб, при котором труба вращается с помощью специального вращателя, а горелка или электрод остаются неподвижными. При данном способе достигается стабильный результат при высокой скорости сварки без необходимости корректировки режима сварки из-за воздействия гравитации на сварочную ванну.

2) Орбитальное сварочное оборудование для сварки неповоротных стыков труб, при котором труба неподвижна, а сварочная горелка или электрод вращается вокруг изделия. При этом требуется изменение параметров режима в процессе сварки из-за воздействия гравитации на сварочную ванну. Данная система применяется там, где первую применить не представляется возможным (на монтаже, в стесненных условиях и др.)

В этой статье будет рассмотрено орбитальное сварочное оборудование для сварки неповоротных стыков трубы.

В основе процесса лежит дуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов. Наиболее часто применяемый для этого защитный газ - это аргон. Некоторые смеси газов, позволяют увеличить скорость сварки, глубину проникновения и получить более чистый наплавленный валик сварного шва. Наиболее распространены такие смеси газов как аргон/водород и аргон/гелий в различных пропорциях. Выбор газа зависит от типа материала, области применения и соображений экономии.

Оборудование для орбитальной сварки соединило в себе получение качественного сварного соединения от аргонодуговой сварки и производительность от автоматизации процесса, в итоге потребитель получает мощный инструмент для решения задач.

Орбитальная сварочная система состоит из двух основных компонентов. Это Орбитальный сварочный источник тока, подающий питание и контролирующий систему и Орбитальная сварочная голова, которая будет вращать горелку или электрод и создавать сварочный цикл.

Говоря об оборудовании для орбитальной сварки, нельзя уделять больше внимания только головкам или только источникам, - это единое целое и работать они могут только друг с другом. В этом неоспоримое преимущество комплексного решения механизации процесса, по сравнению с частичной, например, добавлением только вращателя и т.п.

Основным компонентом системы орбитальной сварки является источник питания.

Современные орбитальные сварочные источники токаявляются инверторными и могут применяться во всех областях, где только могут понадобиться. Наиболее современное оборудование, контролирует сварочный ток, вращение, подачу проволоки и расход газа со сварочной головы, устанавливая постоянный профиль шва. Эти источники тока также могут иметь охлаждающее устройство, которое обеспечивает подачу охлаждающей жидкости на чувствительные части сварочного головы во избежание перегрева, что повышает производительность и уменьшает износ. Современные источники тока также имеют возможность автоматического программирования режима сварки используя для расчета такие показатели, как размер трубы, тип материала и вид газа, что значительно уменьшает время подбора подходящего сварочного режима. Также данный тип оборудования, как правило, имеет интегральный принтер, датчики неисправности и идентификации сварочной головы.

Вторым по значимости компонентом системы является сварочная голова.

Существует три наиболее распространенных типов сварочных голов это: Полностью Закрытая Сварочная Голова, Открытая Сварочная Голова и Сварочные Головы для сварки «трубных досок».

Закрытая Сварочная Голова – Полностью закрытые сварочные головы осуществляют сварку в локализированной сварочной камере, сформированной системой ограничения вокруг свариваемой трубы. Эта камера наполняется инертным газом перед сваркой, что полностью защищает внешнюю поверхность трубы и вольфрамовый электрод. Эта голова также имеет дополнительное преимущество, которое заключается в том, что при использовании продувки газом, случайно возникающие щели в стыке не отражаются на качестве сварного шва, поскольку в трубу не допускается поступление кислорода. Такой тип сварочных голов может быть для труб с внешним диаметром от 2 мм до 170 мм. При этом возможно создание вполне приемлемых сварных швов при толщине стенок вплоть до 4 мм.

Открытая Сварочная Голова используется для сваривания труб с большой толщиной стенок, в основном для материалов с толщиной стенок более 3,5 мм и для тех материалов, которые требуют использования дополнительного наполняющего (присадочного) материала. Эти головы позволяют использовать дополнительный наполняющий материал и многократно проходить сварочный цикл. Блок сварочной горелки может наклоняться до 45 градусов, что позволяет осуществлять сварку угловых швов и сварку коротких деталей. Вылет вольфрамового электрода контролируется контроллером длины дуги, что обеспечивает стабильный профиль, даже в случае работы с трубами овальной формы.

Сварочные головы для сварки «трубных досок» используются в производстве и ремонте теплообменников. Обычно теплообменник имеет трубную поверхность с несколькими сотнями труб, к которым она должна быть приварена. Такая работа очень утомительная и монотонная и усталость оператора становится ключевым фактором. При использовании этого типа голов, значение фактора усталости оператора сводится к нулю. Сварщик только должен убедиться в правильности подгонки трубы и работы машины. Далее оператор просто наблюдает за работой машины, либо занимается подготовкой следующего сварного шва, в то время как машина сваривает предыдущий.

Особенности сварки

Особенностью сварки неповоротных стыков труб является объединение нижнего, потолочного положений, сварка на спуск, на подъем в один шов. Таким образом, сварщик не только должен обладать огромным опытом и умением, но и успевать менять параметры в процессе сварки, что представляется невозможным.Особенностью сварки неповоротных стыков труб является объединение нижнего, потолочного положений, сварка на спуск, на подъем в один шов. Таким образом, сварщик не только должен обладать огромным опытом и умением, но и успевать менять параметры в процессе сварки, что представляется Рис. 1невозможным.

В случаеприменения орбитальной сварки, окружность трубы разбивается на сектора, в каждом из которых устанавливается оптимальные значения параметров (Рис. 1), таких секторов может быть до 100. Длина всей окружности представляется равной единице, тогда координата каждой из точек будет частью от единицы, для удобства можно использовать разбивку на градусы от 0° до 360°. На рисунке 1 схематично представлено разбиение длины окружности на сектора. Точка 1 имеет координату 0,000 (следует отметить, что положение этой точки на окружности - начало сварки, выбирается пользователем). В этом секторе устанавливаются сварочные параметры, исходя из необходимости нагреть "холодную" трубу до проплавления. Потребуется установить такое сочетание тока и скорости, чтобы не происходило сильного провисания металла в трубу, но обеспечивалось проплавление. Значения будут действительны до следующей точки . Во втором секторе происходит переход шва на потолочное положение, и параметры изменяются соответственно. Третий сектор характеризуется сваркой снизу вверх, когда труба уже "горячая", соответственно следует скорректировать скорость и ток.

Окончание шва очень часто является проблемным при сварке. Приходится учитывать эффект автоподогрева и снижать сварочный ток для уменьшения тепловложения. Для завершения шва устанавливается координата точки окончания сварки большая чем 1,000, например, -1,010. В случае применения головки с блоком поперечных колебаний и контролем длины дуги, к сварочным параметрам добавляются: амплитуда колебаний, время задержки в точке отклонения, напряжение, которое необходимо поддерживать. Все сварочные параметры можно изменять плавно (например, плавное нарастание тока в начале сварки и гашение при заварке кратера). Таким же образом возможно изменять скорость вращения и скорость подачи проволоки. Интервал, в котором происходит плавное изменение параметра, может задаваться по времени или координатно. Диаграмма рабочего цикла сварочной программы представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Диаграмма рабочего цикла.

1- плавное нарастание тока (регулируется временем), 2 - время предварительного нагрева, 3 - первый сектор, 4 - плавное уменьшение тока при смене сектора, 5 - 2й сектор, 6 - плавное нарастание тока, 7 - 3 й сектор, 8 – 4ый сектор, 9 - 5ый сектор, плавное гашение дуги и остановка сварки

Преимущества.

Существует много причин для использования орбитального сварочного оборудования, которое позволяет постоянно достигать высокого качества шва с высокой повторяемостью при скоростях сварки близких к максимальному, что дает пользователю множество преимуществ:

  • Производительность. Орбитальная сварочная система намного превосходит ручную сварку, множество раз компенсируя стоимость орбитального оборудования за одну работу
  • Качество. Качество сварки, создаваемое орбитальной сварочной системой с правильной сварочной программой является превосходной, по сравнению с ручной сваркой. При такой работе, как сварка полупроводников или сварка фармацевтических труб, орбитальная сварка – единственный способ достичь требуемого качества сварки.
  • Постоянство. Будучи однажды установленной, программа сварки обеспечит создание швов идентичного качество сотни раз, исключая обычные изменчивость, непоследовательность, ошибки и дефекты ручной сварки.
  • Уровень мастерства. Очень трудно найти высококвалифицированного сварщика. С оборудованием орбитальной сварки вы не нуждаетесь в высококвалифицированном сварщике для управления оборудованием. Все что вам нужно, это инженер с некоторыми навыками в области сварки или даже сварщик-самоучка.
  • Трассируемость. Теперь оборудование обеспечивает полную трассируемость для любой сварки. Используемый источник тока может записывать данные в системный журнал в режиме реального времени, записывая отклонения от установленных параметров. Эти системные журналы могут быть распечатаны аппаратом на встроенном принтере или записаны на стандартную компьютерную карту памяти и переданы прямо на компьютер через PCMCIA слот гибкого диска.

Области применения орбитальной сварки.

Оборудование для орбитальной сварки может использоваться в любой области, где необходимо сваривать круглые компоненты. Однако, в определенных областях применения этот тип оборудования «берет свое». Есть две основные области, где орбитальная сварка предлагает значительные преимущества. Это там, где большим и объемным предметам необходимо придать трубчатую форму, а также при сборочном обслуживании трубных работ.

Орбитальную сварку используют такие отрасли как авиационно-космическая, фармацевтическая, полупроводниковая, вакуумная, пищевая и автомобильная.

Дополнительная внутренняя продувка труб защитным газом

Во многих областях, где используется орбитальное сварочное оборудование, требуется дополнительная защита обратного валика сварного шва. Это исключает ухудшение внутренней поверхности материала. Также важно контролировать подачу газа, поскольку это может отразиться на качестве произведенной сварки. Существует ассортимент продукции позволяющий осуществлять дополнительную продувку, контроль чистоты и расхода используемого газа.

Свариваемость материала

Выбор материала зависит от области применения и должен соответствовать условиям, в которых используется изделие. Необходимо учитывать механические и термические свойства материала, а также его коррозионную стойкость. Наиболее популярными являются нержавеющие стали 300-й серии, которые имеют хорошую свариваемость, за исключением 303/303SE, которые содержат добавки для более легкой обработки. 400-я серия нержавеющей стали часто является хорошо свариваемой, но требует дополнительную термообработку после сварки.

Настройка режима сварки должная быть сделана не только для каждого вида сырья, но и для каждой плавки. Химический состав каждой плавки будет иметь незначительное отличие в концентрации легирования и рассеянных элементов. Эти рассеянные элементы могут слегка менять удельную проводимость плавки. Когда происходит изменение номера плавки, следует произвести тестовые испытания. Возможно потребуются незначительные изменения в силе тока, чтобы вернуть шов к первоначальному профилю. Важно, также, чтобы определенные элементы удерживались в жестких допусках. Небольшие отклонения в элементах, таких как сера, может изменить поток жидкости в сварочной ванне, что может полностью изменить сварочный профиль и привести к прожогу.

 

Влияние Серы

Низкое содержание Серы(от 0,001 до 0,008%)

Имеет отрицательное поверхностное натяжение температурный коэффициент вызывает широкий и не глубокий сварной профиль

Нормальное содержание серы (от 0,009 до 0,030%)

Имеет положительное поверхностное натяжение температурный коэффициент вызывает узкий и глубокий сварной профиль

Требования по подготовке и сборке изделия под сварку.

Степень подготовки изделия (трубы) под сварку зависит от таких параметров как: прямолинейность трубы, одинаковость толщины стенки трубы, вогнутость или усиление шва, а также глубина проплавления. Степень точности прокладки труб зависит от жесткости стандартов в той области применения, для которой труба была приобретена. Важно, чтобы толщина стенки повторялась ото шва, ко шву. Различие в диаметре трубы или отклонение от формы окружности приведет к несовпадению шва и колебанию дуги от одного сварочного цикла к другому. Существует специальное оборудование для подготовки материала к орбитальной сварке, которое дает совершенно прямоугольный торец при отсутствии заусенцев как на наружной, так и на внутренней поверхности. Такое оборудование незаменимо там, где требуется гарантированная повторяемость сварного шва.

При сварке двух труб встык, следует опасаться двух основных проблем - это несовпадения и зазоры.

 

В общем, существуют следующие правила при подготовке под сварку:

  • Любой зазор должен быть менее, чем 5% от толщины стенки. Можно варить с зазором до 10% (или более) от толщины стенки, но в результате этого пострадает качество шва и будет гораздо сложнее добиться повторяемости результата сварки.
  • Колебание толщины стенки в зоне сварки должно быть +/-5% от номинальной толщины стенки. Однако, законы физики позволяют варить с несовпадением до 25% от толщины стенки, но снова пострадает качество шва и повторяемость результата сварки.
  • Избежать несовпадений можно используя технические стенды и зажимы, которые позволяют выстроить в линию две свариваемые трубы. Эти системы также позволяют избежать необходимости механической регулировки трубы с орбитальной сварочной головы.

 

В статье использовались материалы ЭСАБ.

Theme by Danetsoft and Danang Probo Sayekti inspired by Maksimer