Sebbene la tecnologia di saldatura orbitale non sia nuova, continua a evolversi, diventando più potente e versatile, soprattutto quando si tratta di saldatura di tubi. Un'intervista con Tom Hammer, un saldatore esperto di Axenics a Middleton, Massachusetts, rivela i molti modi in cui questa tecnica può essere utilizzata per risolvere difficili problemi di saldatura. Immagine per gentile concessione di Axenics
La saldatura orbitale esiste da circa 60 anni e ha aggiunto l'automazione al processo GMAW. Si tratta di un metodo affidabile e pratico per eseguire saldature multiple, anche se alcuni OEM e produttori non hanno ancora sfruttato la potenza delle saldatrici orbitali, affidandosi alla saldatura manuale o ad altre strategie per unire i tubi metallici.
I principi della saldatura orbitale esistono da decenni, ma le capacità delle nuove saldatrici orbitali le rendono uno strumento più potente nel kit di un saldatore, poiché molte ora dispongono di funzioni "intelligenti" che ne semplificano la programmazione e l'elaborazione prima della saldatura vera e propria. Iniziate con regolazioni rapide e precise per garantire saldature uniformi, pure e affidabili.
Il team di saldatori di Axenics a Middleton, Massachusetts, è un produttore di componenti su contratto che guida molti dei suoi clienti nelle pratiche di saldatura orbitale se sono disponibili gli elementi giusti per il lavoro.
"Laddove possibile, abbiamo voluto eliminare l'elemento umano dalla saldatura, poiché le saldatrici orbitali generalmente producono saldature di qualità superiore", afferma Tom Hammer, un saldatore esperto di Axenics.
Sebbene la prima saldatura sia stata eseguita 2000 anni fa, la saldatura moderna è un processo estremamente avanzato, parte integrante di altre tecnologie e processi moderni. Ad esempio, la saldatura orbitale può essere utilizzata per creare sistemi di tubazioni ad alta purezza utilizzati per produrre wafer semiconduttori che oggi vengono impiegati praticamente in tutti i dispositivi elettronici.
Uno dei clienti di Axenics fa parte di questa catena di fornitura. L'azienda ha cercato un produttore a contratto che la aiutasse ad espandere la sua capacità produttiva, in particolare creando e installando canali in acciaio inossidabile puliti che consentano il passaggio dei gas attraverso il processo di fabbricazione dei wafer.
Sebbene presso Axenics siano disponibili unità di saldatura orbitale e tavole rotanti con morsetti per torcia per la maggior parte dei lavori tubolari, ciò non esclude la saldatura manuale occasionale.
Hammer e il team di saldatura hanno esaminato le esigenze del cliente e posto domande, tenendo conto dei fattori di costo e di tempo:
Le saldatrici orbitali rotanti chiuse utilizzate da Hammer sono Swagelok M200 e Arc Machines modello 207A. Possono contenere tubi da 1/16 a 4 pollici.
"Le microteste ci permettono di arrivare in punti molto stretti", ha detto. "Un limite della saldatura orbitale è la mancanza di una testa adatta a un giunto specifico. Ma oggi è anche possibile avvolgere una catena attorno al tubo da saldare. Il saldatore può passare sopra la catena e non c'è praticamente limite alla dimensione delle saldature che si possono eseguire. Ho visto alcune configurazioni che saldano su tubi da 20". È impressionante ciò che queste macchine possono fare oggi."
Considerati i requisiti di purezza, il numero di saldature richieste e lo spessore sottile delle pareti, la saldatura orbitale è una scelta intelligente per questo tipo di progetto. Per i lavori di controllo del processo di flusso d'aria sulle tubazioni, Hammer salda spesso su acciaio inossidabile 316L.
"È qui che la questione si fa davvero sottile. Stiamo parlando di saldare su metallo sottile come la carta. Con la saldatura manuale, la minima regolazione può interrompere la saldatura. Ecco perché preferiamo usare una testa di saldatura orbitale, con cui possiamo regolare ogni parte del tubo e renderla perfetta prima di inserirvi il pezzo. Riduciamo la potenza a un livello specifico in modo da sapere che quando inseriremo il pezzo sarà perfetto. Con la saldatura manuale, la modifica si fa a occhio, e se pedaliamo troppo, può penetrare direttamente attraverso il materiale."
Il lavoro consiste in centinaia di saldature che devono essere identiche. La saldatrice orbitale utilizzata per questo lavoro esegue una saldatura in tre minuti; quando Hammer lavora alla massima velocità, può saldare manualmente lo stesso tubo di acciaio inossidabile in circa un minuto.
"Tuttavia, la macchina non rallenta. La fai funzionare alla massima velocità la mattina presto, e a fine giornata è ancora alla massima velocità", ha detto Hammer. "La faccio funzionare alla massima velocità la mattina presto, ma alla fine non è così."
È fondamentale impedire che i contaminanti penetrino nei tubi in acciaio inossidabile, ed è per questo che la saldatura ad elevata purezza nel settore dei semiconduttori viene spesso eseguita in una camera bianca, un ambiente controllato che impedisce ai contaminanti di entrare nell'area saldata.
Hammer utilizza lo stesso tungsteno pre-affilato nelle sue torce manuali che usa nell'Orbiter. Mentre l'argon puro fornisce la spurgo esterna e interna nella saldatura manuale e orbitale, anche la saldatura con macchine orbitali trae vantaggio dall'essere eseguita in uno spazio chiuso. Quando il tungsteno fuoriesce, il guscio si riempie di gas e protegge la saldatura dall'ossidazione. Quando si utilizza una torcia manuale, il gas viene soffiato solo su un lato del tubo che viene saldato.
Le saldature orbitali sono generalmente più pulite perché il gas ricopre il tubo più a lungo. Una volta iniziata la saldatura, l'argon fornisce protezione finché il saldatore non è sicuro che la saldatura sia sufficientemente fredda.
Axenics collabora con numerosi clienti del settore delle energie alternative che producono le celle a combustibile a idrogeno che alimentano una vasta gamma di veicoli. Ad esempio, alcuni carrelli elevatori costruiti per uso interno si affidano alle celle a combustibile a idrogeno per impedire che i sottoprodotti chimici distruggano le scorte commestibili. L'unico sottoprodotto di una cella a combustibile a idrogeno è l'acqua.
Uno dei clienti aveva molti degli stessi requisiti di un produttore di semiconduttori, come la purezza e la coerenza della saldatura. Voleva utilizzare acciaio inossidabile 321 per la saldatura di pareti sottili. Tuttavia, il lavoro consisteva nel prototipare un collettore con più banchi di valvole, ognuno sporgente in una direzione diversa, lasciando poco spazio per la saldatura.
Una saldatrice orbitale adatta al lavoro costa circa 2.000 dollari e può essere utilizzata per realizzare un piccolo numero di parti, con un costo stimato di 250 dollari. Non ha senso dal punto di vista finanziario. Tuttavia, Hammer ha una soluzione che combina tecniche di saldatura manuale e orbitale.
"In questo caso, userei una tavola rotante", afferma Hammer. "In realtà è la stessa azione di una saldatrice orbitale, ma si fa ruotare il tubo, non l'elettrodo di tungsteno attorno al tubo. Uso la mia torcia manuale, ma posso tenerla in posizione con una morsa. Posizionata in modo da avere le mani libere e non danneggiare la saldatura a causa di scossoni o vibrazioni delle mani. Questo elimina gran parte del fattore di errore umano. Non è perfetta come la saldatura orbitale perché non si svolge in un ambiente chiuso, ma questo tipo di saldatura può essere eseguita in una camera bianca per eliminare i contaminanti".
Sebbene la tecnologia di saldatura orbitale offra purezza e ripetibilità, Hammer e i suoi colleghi saldatori sanno che l'integrità della saldatura è fondamentale per prevenire tempi di fermo dovuti a guasti. L'azienda utilizza test non distruttivi (NDT) e talvolta test distruttivi per tutte le saldature orbitali.
"Ogni saldatura che realizziamo viene verificata visivamente", afferma Hammer. "Successivamente, le saldature vengono testate con uno spettrometro a elio. A seconda delle specifiche o dei requisiti del cliente, alcune saldature vengono sottoposte a test radiografici. Sono disponibili anche test distruttivi."
I test distruttivi possono includere test di resistenza alla trazione per determinare la massima resistenza alla trazione della saldatura. Per misurare la sollecitazione massima che una saldatura su un materiale come l'acciaio inossidabile 316L può sopportare prima di rompersi, il test allunga il metallo fino al punto di rottura.
Le saldature dei clienti di energia alternativa vengono talvolta sottoposte a prove non distruttive tramite ultrasuoni sulle saldature dei componenti delle celle a combustibile a idrogeno con scambiatore di calore a tre canali utilizzate nei macchinari e nei veicoli che utilizzano energie alternative.
"Questo è un test fondamentale perché la maggior parte dei componenti che spediamo è attraversata da gas potenzialmente pericolosi. È molto importante per noi e per i nostri clienti che l'acciaio inossidabile sia impeccabile, senza punti di perdita", afferma Hammer.
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