Содержание:

• Информация для прорабатывающих возможность применения орбитальной сварки.
  
• Кто использует орбитальную сварку, и подходит ли она для решения моих задач?
  
• Механизированная орбитальная сварка труб способом GTAW быстрее чем ручная?
  
• Важность величины продолжительности включения для обоснования расходов.
  
• Важность стандартов качества сварных соединений.
  
• Из каких компонентов состоят системы для орбитальной сварки труб?
  
• Какие функции необходимы сварочной головке для многопроходной орбитальной сварки труб?
  
• Выбор оптимального типа сварочной головки.
  
• Другие соображения для выбора головок для орбитальной сварки труб.
  
• Соображения по поводу выбора источника сварочного тока.
  
• Сравнение аналоговых и микропроцессорных источников сварочного тока.
  
• Насколько важна геометрия кромки торца трубы?
  
• Какую геометрию кромки трубы следует использовать при орбитальной сварке?
  
• Какое обучение требуется, и какой типовой график обучения?
  
• Рекомендации.
  

Информация для прорабатывающих возможность применения орбитальной сварки.

Системы механизированной орбитальной сварки труб были впервые разработаны 30 лет назад, для выполнения работ в аэрокосмической промышленности и атомной энергетике. В настоящее время орбитальная сварка широко используются практически в каждой отрасли, где есть необходимость в сварке труб или трубопроводов. Несмотря на ее широкое применение и опыт эксплуатации на большом количестве предприятий, каждый год многие компании, при отсутствии опыта работы с орбитальной сваркой, приступают к процессу оценки целесообразности её применения для их конкретной задачи сварки. Решение о проработке целесообразности применения может быть связано с нехваткой квалифицированных сварщиков; повышением требований стандартов качества; необходимостью повышения производительности или расширением производства, либо желанием сократить дефекты и затраты на ремонт. В этой статье мы постарались отобразить ответы на некоторые из основных вопросов, возникающих у Топ-менеджеров и Инженеров занимающихся проработкой данной темы.

В данной статье внимание будет уделено сварке способом GTAW (Электродуговая Сварка в Газах Неплавящимся Вольфрамовым Электродом), хотя в настоящее время есть множество доступных систем для сварки способами GMAW / FCAW. Мы рассмотрим задачи, где трубы невозможно повернуть во время сварки - "неповоротный стык", независимо от пространственного положения оси трубы 5G, 2G или 6G (трубы горизонтальны, вертикальны или под наклоном). Существует много статей посвященных сварке санитарных и стерильных трубопроводов, значительную часть сварки этих трубопроводов можно изготовить с помощью простой газопламенной сварки в один проход, при этом оборудование и требования по качеству достаточно сильно отличаются от сварки труб, где толщина стенки требует несколько проходов: сделать корень, заполнить, и сформировать облицовку. Акцент будет сделан на выполнение многопроходных сварных соединений.

Кто использует орбитальную сварку, и подходит ли она для решения моих задач?

Орбитальная механизированная сварка используется в широком спектре отраслей промышленности - от производства полупроводников до судостроения, строительстве электростанций, морских и наземных газопроводов и нефтепроводов, химической и пищевой промышленности. С большой степенью вероятности можно сказать, данное оборудование уже используется в другой компании в вашей отрасли.

Механизированная орбитальная сварка труб способом GTAW быстрее чем ручная?

Существует неправильное представление о том, что машина может производить сварку быстрее, чем человек. Это не так. На расплавленный металл - на сварочную ванну действуют силы тяжести и поверхностного натяжения, одинаковые для ручной сварки и механизированной. Механизированная сварка потенциально имеет выше коэффициент наплавки и более высокую скорость сварки (скорость перемещения горелки) и т.д., но в конечном итоге процесс пределен и, какого-либо существенного улучшения этих факторов по сравнению с ручной сваркой не происходит. Производительность при механизированной сварке в первую очередь достигается увеличением рабочего цикла и снижением количества дефектов. Машина не утомляется, не пьет кофе, и не делает ошибок.

Важность величины продолжительности включения для обоснования расходов.

Является ли внедрение механизированной сварки труб гарантом роста производительности труда в вашей компании? Не обязательно. Многие факторы, такие как технологический процесс или геометрические особенности конструкции которую нужно сварить возможно, просто не могут сделать механизированную сварку рентабельной. Например, рабочий процесс может быть организован так, что сварка ряда аналогичных типоразмеров труб производится в непрерывной последовательности в этом случае производительность возрастет, или же конструкция требует последовательной сборки, где типоразмеры труб отличается для каждой следующей операции сварки, что приведет к возможной потере времени по корректировке головки для сварки труб другого размера.

При правильном применении механизированных систем для орбитальной сварки, продолжительность включения должно достигать 70%, при этом повышение производительности на 300% ,по сравнению с ручной сваркой, является реально достижимым результатом. Это повышение производительности труда не будет достигнуто, если технологический процесс не организован с максимальным временем горения дуги. Если можно сделать только один шов, после чего необходимо затратить часы на другие операции до начала сварки следующего шва, применение механизированной сварки не приведет к повышению производительности труда.

Иногда это зависит от сферы применения. Например, в монтажных условиях, где требуется много времени на перемещение сварочной системы от одного сварного стыка до другого, использование механизированных систем часто эффективно. Нередко, сварные соединения производимые в монтажных условиях на электростанциях или химических производственных объектах, сварщики вручную выполняют два часа, а механизированная машина выполняет этот шов за 10 минут. Доступность выполняемого сварного шва также может быть основополагающим фактором для повышения производительности процесса с помощью механизированной сварки. В некоторых случаях сварщик вынужден производить сварочные работы используя зеркало, где например, доступ к стыку с одной стороны ограничен, для механизированной орбитальной сварки это не проблема.

Качество и ведение тщательного контроля за режимами сварки, может также помочь развеять сомнения по поводу целесообразности внедрения автоматический орбитальной сварки. Если у вас нет ручной сварки которая может соблюдать требования стандартов качества, продолжительность включения и производительность становятся вторичными вопросами. Многие из существующих сегодня сплавов требуют более жесткого контроля за параметрами сварочного процесса, например за тепловложением. Дуплексные нержавеющие стали и сплавы Инконель® требуют жесткого контроля за тепловложением при сварке, это требуется для получения желаемых металлургических свойств металла шва и зоны термического влияния, и для устранения появления дефектов от сварки, таких как трещины.

Важность стандартов качества сварных соединений.

Если качество сварных соединений не является серьезной проблемой для вашего продукта или услуги, (вам просто нужно знать, что концы труб находятся вместе), то вряд ли приобретение системы для механизированной орбитальной сварки будет правильной инвестиций. Если сварные швы в вашей продукции требуют строгого соблюдения стандартов качества, то можно добиться быстрой окупаемости оборудования, с сокращением количества дефектных сварных швов и минимизировать требуемый ремонт.
Большинство компаний может добиться устойчивого сокращения дефектов намного ниже 1%. Клиенты, с использованием систем механизированной сварки, часто пользуются упрощенными схемами Контроля Качества. Например, 100% полного радиографического контроля могут быть смягчены до 10% выборочного.

Из каких компонентов состоят системы для орбитальной сварки труб?

Системы представленные на сегодняшний день на рынке, как правило, состоят из следующих компонентов:

• Сварочная головка которая перемещает и манипулирует горелкой
• Программируемый источник сварочного тока, который осуществляет контроль и программирование действий головки, и режимов сварки. 
  
•  Пульт дистанционного управления, для контроля за действиями системы на расстоянии от источника тока 
  
•  Система рециркуляции охлаждающей жидкости, для охлаждения горелки и если предусмотрено охлаждения головки

Какие функции необходимы сварочной головке для многопроходной орбитальной сварки труб?

Сварочная головка должна иметь следующие возможности:

• Вращение горелки 
  
• Подача присадочной проволоки 
  
• Устройство электронного контроля за длиной дуги (Arc Voltage Control). 
  
• Устройство колебаний горелки с программируемыми шириной, скоростью и временем задержки колебаний в конечных точках амплитуды
  

Выбор оптимального типа сварочной головки.

Существуют несколько разновидностей головок для орбитальной сварки которые разработаны с учетом ограничений для конкретных потребностей и применений. Сварочные головки для многопроходной орбитальной сварки труб разделяют на два типа: "все функции в одной", или "орбитальные полнофункциональные".

• Все Функции В Одной Головке

Эти головки закрепляются на наружной поверхности трубы с помощью встроенной системы зажима, регулируемой в указанном диапазоне размеров труб. Регулируемый зажим рычажного действия закрепляет головку на трубе и головка в процессе сварки остается неподвижной. Горелка и другие механизмы, смонтированы на вращающемся модуле. Модуль подачи присадочной проволоки может быть установлен на вращающейся части головки, или может быть выносным устанавливаемым на пол, и соединяться с вращающейся частью головки посредством канала для подачи проволоки. Эти головки имеют устройство электронного контроля за напряжением на дуге, и устройство контроля за колебаниями горелки. (Некоторые модели могут иметь механический копир для контроля длины дуги, но эти модели технически не являются "полно функциональными" и имеют определенные ограничения для многопроходной сварки труб). Преимущество головок "все функции в одной" это быстрая установка на трубу. Недостатком головок этого типа является то, что каждая модель головки может сваривать только трубы с некоторым диапазоном размеров и возможно потребуется несколько моделей для перекрытия всего диапазона наружных диаметров труб с которыми ведутся работы. Требования по радиальному клиренсу зависят от наружного диаметра труб на которых ведется сварка. Механизм головки не может быть с жидкостным охлаждением, ограничивая тем самым использование этих головок на трубах из сплавов, требующих предварительный подогрев под сварку. Выносной механизм подачи присадочной проволоки позволяет использовать более крупные катушки(снизив затраты на проволоку), но это может пожертвовать точностью скорости подачи присадочной проволоки.

• Полнофункциональные орбитальные головки

Головки также имеют функции: вращение горелки, подача присадочной проволоки, устройство электронного управления напряжением на дуге, устройство колебаний горелки. В отличие от головок типа "все в одном", где головка в процессе сварки неподвижна, а вращается только подвижный модуль, сварочная головка типа "орбитальная полнофункциональная" сама вращается вокруг трубы. Головка устанавливается на трубе и перемещается вокруг ней при помощи металлической кольцевой направляющей, которая имеет размер в соответствии с наружным диаметром свариваемой трубы. Как правило, направляющее кольцо закрепляют на трубе, а затем на направляющую устанавливают головку, хотя в некоторых моделях и направляющее кольцо и головка устанавливаются одновременно. Одним из недостатков по сравнению с головками типа "все в одном" является то, что они требуют немного больше времени, чтобы установить головку на трубу. Этот тип головок может также требовать больший прямой участок на трубе необходимый для использования головки. Преимуществами являются: способность одной моделью перекрыть большой диапазон типоразмеров свариваемых труб, радиальный клиренс одинаков при применении на всех типоразмерах труб, конструкция позволяет иметь водяное охлаждение корпуса головки, что позволяет применять головку без ограничений на трубах из сплавов требующих подогрев под сварку.

Другие соображения для выбора головок для орбитальной сварки труб.

Другие факторы могут также определять выбор типа головки:

• Сварка с жесткими требованиями к клиренсу головки, в осевом и радиальном направлении. 
  
• Сварка сплавов, требующих подогрев, требующая жидкостного охлаждения корпуса сварочной головки. 
  
• Задачи сварки включают в себя очень ограниченный диапазон размеров труб (например, котловые трубы небольших диаметров используемые в теплообменниках). 
  
• Предприятия относящиеся к подрядным организациям, у которых существует требование по возможности сварки большого диапазона размеров труб, что необходимо для выполнения существующих и будущих контрактов.

Соображения по поводу выбора источника сварочного тока.

Рассмотрим важность размеров источника тока для вашей задачи сварки. Некоторые системы не очень портативны, но вполне могут быть приемлемы для использования в условиях цеха. В случае применений с требованиями по транспортировке источника тока людьми или ограничениями по массе, сегодня, многие источники тока на базе инвертора, можно переносить одному или вдвоем, без применения грузоподъемного оборудования.

Рассмотрим требования к источнику тока по входному напряжению. Производитель в цеху как правило будет иметь доступ к любому напряжению электрической сети, но в монтажных условиях, например подрядчику, может требоваться подключение к только 3-м фазам 380 В, или только к 1-й фазе 220 В. Если в качестве источника электрического тока скорее всего будет использован генератор, то желательно иметь источник сварочного тока с однофазным входным напряжением. Некоторые источники тока работают от конкретного одного входного напряжения питания, в то время как другие могут работать в диапазоне входного напряжения, и от одной или трех фаз.

Источника с максимальным сварочным током в 200-300 Ампер обычно достаточно для традиционных применений орбитальной сварки.

Часто специалисты прорабатывающие целесообразность применения орбитальной сварки задаются вопросом об использовании существующих у них в наличии источников тока вместе со сварочными головками. Источники тока для орбитальной сварки имеют встроенную систему программирования и контроля, позволяющую управлять как функциями сварочной головки так и параметрами сварочной дуги, при этом сигналы управления головкой связаны с параметрами дуги и наоборот. Применение только стандартного источника тока обеспечивающего исключительно параметры необходимые для правильного горения дуги невозможно. Однако, существуют программаторы орбитальной сварки, которые стыкуются с некоторыми источниками сварочного тока, и позволяют построить систему для орбитальной сварки, в том числе для многопроходной. Но если существует возможность иметь уже "все в одном", то это более правильное решение. Сварка многопроходных сварных швов требует "многопроходного" программирования, которое обычно осуществляется системой микропроцессоров с надлежащим программным обеспечением.

Сравнение аналоговых и микропроцессорных источников сварочного тока.

В настоящее время все еще существуют аналоговые источники тока для сварки. Ими можно управлять, указав желательную скорость, силу тока и т.д., на наборе из шкал и приборов с помощью механических переключателей. Эти машины могут быть использованы и запрограммированы только на сварку в один проход (один оборот вокруг трубы или его половина или сектор...). Для использования в многопроходной сварке, сварщик должен остановить систему, изменить комбинацию переключателей или регуляторов на режим другого прохода и снова продолжить сварку. Альтернативой является изменение параметров "на лету" - в лучшем случае рискованной процедуры. Аналоговые источники тока имеют свои преимущества: они просты в обучении эксплуатации; терпимы к неблагоприятным условиям эксплуатации; проще в обслуживании. К сожалению, негативных сторон аналоговых источников больше: необходимо останавливать систему между проходами; возможна ошибка сварщика в установке режима, нет возможности запретить несанкционированные изменения критических параметров сварки; нет записываемых в память программ. Приносим свои извинения противникам компьютеров, но, это такое место, где микропроцессорный источник тока дает значительные преимущества.

Микропроцессорные системы обладают следующими преимуществами:

• Многоуровневое программирование для всех параметров. 
  
• Возможность выполнения нескольких проходов без остановки. 
  
• Ключ или пароль для санкционированного доступа и изменение программы. 
  
• Руководитель работ может установить границы возможности изменений сварщиком в отношении каждого параметра режима сварки. 
  
• Хранение программ сварки (большинство источников могу хранить 100 программ в своей памяти). 
  
• Интегрированный принтер обеспечивает вывод в печатном виде режимы сварки, с возможностью печати номера сварки, даты и т.д. 
  
• Жесткие съемные носители информации, обеспечивающие передачу программ между источниками тока или от персонального компьютера работающего "в автономном режиме программирования". 
  
• Селектор сварочных головок позволяет калибровать систему и вносить параметры сварки в инженерных единицах измерения. 
  
• Программа мониторинга контроля качества. 
  
• Выбор языка интерфейса и системы измерений империальной / метрической.

На выборе источника тока с микропроцессорным управлением необходимо заострить свое внимание. Одним из важных факторов, является оценка моделей различных производителей по простоте программирования. Должна быть возможность того, чтобы сварщик, работающий на оборудовании, смог самостоятельно делать программы сварки, а программирование должно использовать простые "подсказки" и не требовать компьютерной грамотности. В этом случае можно однозначно сказать, что сварщик - инженер сможет как написать программу, так и воспользоваться всеми, а зачатую широкими возможностями программируемого источника тока.

В отличие от доводов за и против существующих у источников тока с аналоговым программированием, системы с микропроцессорным управлением обладают явным преимуществом для многопроходной орбитальной сварки труб.

Насколько важна геометрия кромки торца трубы?

Очень часто, клиенты решившие в положительную сторону вопрос о закупке системы для орбитальной сварки труб, не имеют в наличии или не планируют дополнительные расходы на закупку машин для подготовки кромок торцов труб, гарантирующих воспроизводимую и точно изготовленную геометрию кромки. Хотя системы для сварки труб компьютеризированы, они остаются "глупыми машинами", и будут безошибочно выполнять запрограммированные движения, а также точно изменять режимы по запрограммированному циклу в надлежащий момент. Однако, они не могут компенсировать изменение геометрии или неправильную форму кромки. Если пользователь не хочет тратить деньги на этот инструмент, то он не добьётся успеха в достижении качественных для машинной сварки швов. Есть большое число производителей инструмента для обработки кромок торцов труб. Инструмент бывает с электрическим, пневматическим, или с гидравлическим приводом. О механизированной орбитальной сварке труб важно думать, как если бы вы занимались установкой многокомпонентной системы:

• Оборудование для обработки кромки торца трубы, обеспечивающей необходимую геометрию и её повторяемость. 
  
• Инструмент для сборки под сварку, обеспечивающий правильную сборку для выполнения прихваток. 
  
• Механизированная система для орбитальной сварки обеспечивающая воспроизводимость процесса.

Какую геометрию кромки трубы следует использовать при орбитальной сварке?

Стыки труб с толщиной стенки приблизительно до 3 мм могут быть заварены в один проход, если толщина стенки больше, то потребуется система для многопроходной орбитальной сварки. Для небольших труб, например котельных, используют как правило V-образную кромку с небольшим притуплением и зазором в стыке. Вообще, наиболее подходящая геометрия кромки для автоматической сварки является J-образная кромка, и сварка производится без зазора в стыке (слепой зазор). Разве нельзя всегда использовать стандартную V-образную разделку при орбитальной сварке? Да, можно, но при идеальной подготовке стыка под сварку (в том числе по величине зазора) и исключительно квалифицированным и внимательным сварщике. А, как мы писали выше, одно из наиболее распространенных оснований для внедрения механизированной сварки - нехватка квалифицированных сварщиков. Производители оборудования настоятельно рекомендуют использовать J-образную фаску.

Какое обучение требуется, и какой типовой график обучения?

Все производители настоятельно рекомендуют обучение. Обычно через три-пять дней инструктажа на заводе, технический специалист уже находит правильные решения на поставленные задачи. Сварщиков, чтобы они достигли полного знания возможностей продукта, нужно обучать несколько недель. Одна из наиболее распространенных ошибок состоит в том, что когда контракт, для которого оборудование было приобретено как "решение" задачи, заканчивается, все думают что сварщики уже стали экспертами.

Рекомендации.

Привлекайте к "закупке" сварочный персонал своего предприятия, приглашайте сварщиков на демонстрации поставщиков. Они будут пользоваться этим оборудованием и могут внести ценный вклад в его подбор. Давайте им понять, что это средство сделать их работу проще. (Часто сварщики могут чувствовать себя под угрозой от внедрения механизированного оборудования, и также требуют заверений в том, что это инструмент приобретается, чтобы сделать их более продуктивными и более ценными.) Сравнивайте затраты и полученные возможности точно так же, как ели бы вы покупали новую компьютерную систему, или новый станок. Не ждите начала большой работы, как стимула для оценки механизированной сварки. Вы не можете обойтись без затрат времени на обучение. К сожалению, многие новые пользователи орбитальной сварки не осознают важность подготовки кадров и величину продолжительности обучения необходимые, пока сварщики станут экспертами и добьются того повышения производительности труда которое можно достичь с применением этих инструментов сварки.