Sebbene la tecnologia di saldatura orbitale non sia nuova, continua ad evolversi, diventando più potente e versatile, soprattutto quando si tratta di saldatura di tubi. Un'intervista con Tom Hammer, un esperto saldatore 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, aggiungendo l'automazione al processo GMAW. Si tratta di un metodo affidabile e pratico per eseguire saldature multiple, sebbene alcuni OEM e produttori non abbiano ancora utilizzato 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 dei nuovi saldatori orbitali li rendono uno strumento più potente nel toolkit di un saldatore, poiché molti ora dispongono di funzionalità "intelligenti" per semplificare la programmazione e l'elaborazione prima della saldatura vera e propria.Inizia con regolazioni rapide e precise per garantire saldature coerenti, pure e affidabili.
Il team di saldatori di Axenics a Middleton, Massachusetts, è un produttore di componenti a contratto che guida molti dei suoi clienti nelle pratiche di saldatura orbitale se esistono gli elementi giusti per il lavoro.
"Dove possibile, volevamo eliminare l'elemento umano nella saldatura, poiché i saldatori orbitali generalmente producono saldature di qualità superiore", afferma Tom Hammer, un esperto saldatore di Axenics.
Sebbene la prima saldatura sia stata eseguita 2000 anni fa, la saldatura moderna è un processo estremamente avanzato che è parte integrante di altre tecnologie e processi moderni. Ad esempio, la saldatura orbitale può essere utilizzata per creare i sistemi di tubazioni ad alta purezza utilizzati per produrre wafer semiconduttori che oggi sono presenti praticamente in tutta l'elettronica.
Uno dei clienti di Axenics fa parte di questa catena di approvvigionamento. Ha cercato un produttore a contratto per espandere la sua capacità produttiva, creando e installando in particolare canali puliti in acciaio inossidabile che consentono ai gas di passare 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 preclude la saldatura manuale occasionale.
Hammer e il team di saldatura hanno esaminato i requisiti 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 consentono di entrare in punti molto stretti”, ha affermato. “Una limitazione della saldatura orbitale è se abbiamo una testa che si adatta a un giunto specifico.Ma oggi puoi anche avvolgere una catena attorno al tubo che stai saldando.Il saldatore può andare oltre la catena e praticamente non c'è limite alla dimensione delle saldature che puoi eseguire..Ho visto alcuni allestimenti che fanno saldature su 20″.Tubo.È impressionante ciò che queste macchine possono fare oggi".
Considerando i requisiti di purezza, il numero di saldature richieste e lo spessore sottile della parete, la saldatura orbitale è una scelta intelligente per questo tipo di progetto.
“È allora che diventa davvero sottile.Stiamo parlando di saldatura su metallo sottilissimo.Con la saldatura a mano, il minimo aggiustamento può rompere la saldatura.Ecco perché ci piace usare una testa di saldatura orbitale, dove possiamo comporre ogni parte del tubo e renderlo perfetto prima di inserirvi la parte.Riduciamo la potenza a una quantità specifica in modo da sapere che quando inseriremo la parte sarà perfetta.A mano, il cambiamento avviene a occhio, e se pedaliamo troppo può penetrare direttamente attraverso il materiale”.
Il lavoro consiste in centinaia di saldature che devono essere identiche. Il saldatore orbitale utilizzato per questo lavoro esegue una saldatura in tre minuti;quando Hammer funziona alla massima velocità, può saldare manualmente lo stesso tubo di acciaio inossidabile in circa un minuto.
“Tuttavia, la macchina non sta rallentando.Lo fai funzionare alla massima velocità come prima cosa al mattino e alla fine della giornata funziona ancora alla massima velocità ", ha detto Hammer."Lo eseguo alla massima velocità per prima cosa al mattino, ma alla fine non è così."
Impedire ai contaminanti di entrare nei tubi in acciaio inossidabile è fondamentale, motivo per cui la saldatura ad alta purezza nell'industria dei semiconduttori viene spesso eseguita in una camera bianca, un ambiente controllato che impedisce ai contaminanti di entrare nell'area di saldatura.
Hammer usa lo stesso tungsteno pre-affilato nelle sue torce manuali che usa nell'Orbiter. Mentre l'argon puro fornisce lo spurgo esterno e interno 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 attualmente saldato.
Le saldature orbitali sono generalmente più pulite perché il gas copre 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 lavora con una serie di clienti di energia alternativa che producono celle a combustibile a idrogeno che alimentano una varietà di veicoli. Ad esempio, alcuni carrelli elevatori costruiti per uso interno si affidano a celle a combustibile a idrogeno per impedire ai sottoprodotti chimici di distruggere 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 l'uniformità della saldatura. Vuole utilizzare l'acciaio inossidabile 321 per la saldatura a parete sottile. Tuttavia, il lavoro consisteva nella prototipazione di un collettore con più banchi di valvole, ciascuno sporgente in una direzione diversa, lasciando poco spazio per la saldatura.
Un saldatore orbitale adatto al lavoro costa circa $ 2.000 e può essere utilizzato per realizzare un piccolo numero di parti, con un costo stimato di $ 250. 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", dice Hammer. "In realtà è la stessa azione di un saldatore orbitale, ma stai facendo girare il tubo, non l'elettrodo di tungsteno attorno al tubo.Uso la mia torcia manuale, ma posso tenere la torcia in posizione con una morsa.Questo elimina gran parte del fattore di errore umano.Non è perfetta come la saldatura orbitale perché non è 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 i tempi di inattività dovuti a guasti di saldatura. L'azienda utilizza test non distruttivi (NDT) e talvolta test distruttivi per tutte le saldature orbitali.
“Ogni saldatura che realizziamo viene confermata 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 testate radiograficamente.Anche i test distruttivi sono un'opzione.
I test distruttivi possono includere test di resistenza alla trazione per determinare la resistenza alla trazione finale della saldatura. Per misurare la massima sollecitazione che una saldatura su un materiale come l'acciaio inossidabile 316L può sopportare prima del cedimento, il test allunga e allunga il metallo fino al suo punto di rottura.
Le saldature dei clienti di energia alternativa sono talvolta sottoposte a test non distruttivi a ultrasuoni sulle saldature dei componenti delle celle a combustibile a idrogeno con scambiatore di calore a tre canali utilizzate in macchinari e veicoli a energia alternativa.
“Questo è un test critico perché la maggior parte dei componenti che spediamo sono attraversati da gas potenzialmente pericolosi.Per noi e per i nostri clienti è molto importante che l'acciaio inossidabile sia impeccabile, senza punti di perdita”, afferma Hammer.
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