オービタル溶接技術は新しいものではありませんが、進化し続けており、特にパイプ溶接に関しては、より強力かつ多用途になっています。マサチューセッツ州ミドルトンにある Axenics の熟練溶接工である Tom Hammer へのインタビューでは、この技術を使用して困難な溶接問題を解決するさまざまな方法が明らかになりました。画像提供：Axenics
軌道溶接は約 60 年前から存在しており、GMAW プロセスに自動化を加えています。これは、複数の溶接を実行する信頼性の高い実用的な方法ですが、一部の OEM やメーカーは軌道溶接機の能力をまだ活用しておらず、手溶接やその他の方法で金属チューブを接合しています。
軌道溶接の原理は何十年も前から存在していますが、新しい軌道溶接機の機能により、軌道溶接機は溶接機のツールキットの中でより強力なツールになり、現在では実際の溶接前のプログラムと処理を容易にする「スマート」機能が多くの製品に搭載されています。一貫した純粋で信頼性の高い溶接を確保するには、迅速かつ正確な調整から始めます。
マサチューセッツ州ミドルトンにある Axenics の溶接工チームは、作業に適切な要素があれば、多くの顧客に軌道溶接の実践を指導する受託部品メーカーです。
「軌道溶接機は通常、より高品質の溶接を行うため、可能な限り溶接において人的要素を排除したいと考えていました」と、Axenics の熟練溶接工である Tom Hammer 氏は言います。
最古の溶接は 2000 年前に行われましたが、現代の溶接は他の現代の技術やプロセスに不可欠な非常に高度なプロセスです。たとえば、軌道溶接は、今日基本的にすべてのエレクトロニクスに使用される半導体ウェーハの製造に使用される高純度の配管システムを作成するために使用できます。
Axenics の顧客の 1 つは、このサプライ チェーンの一部です。同社は、生産能力の拡大を支援してくれる委託製造業者を探しました。具体的には、ガスがウェーハ製造プロセスを通過できるようにするクリーンなステンレス鋼のチャネルを作成および設置しました。
Axenics では、ほとんどの管状作業にトーチ クランプを備えた軌道溶接ユニットと回転テーブルを使用できますが、これらは時折の手溶接を妨げるものではありません。
Hammer と溶接チームは、コストと時間の要素を考慮して、お客様の要件を検討し、質問をしました。
Hammer が使用する回転密閉軌道溶接機は、Swagelok M200 および Arc Machines モデル 207A です。これらは 1/16 ～ 4 インチのチューブを保持できます。
「マイクロヘッドを使用すると、非常に狭い場所に入ることができます。」と彼は言いました。「軌道溶接の制限の 1 つは、特定の接合部に適合するヘッドがあるかどうかです。しかし今日では、溶接中のパイプにチェーンを巻き付けることもできます。溶接機はチェーンを越えることができ、実行できる溶接のサイズに基本的に制限はありません。。20インチで溶接を行うセットアップをいくつか見たことがあります。パイプ。これらのマシンが今日できることは驚くべきことです。」
純度の要件、必要な溶接の数、肉厚の薄さを考慮すると、この種のプロジェクトではオービタル溶接が賢明な選択です。気流プロセス制御の配管作業では、Hammer は 316L ステンレス鋼の溶接を頻繁に行っています。
「そのとき、本当に微妙になります。紙のように薄い金属の溶接について話しています。手溶接では、ほんのわずかな調整で溶接が壊れる可能性があります。そのため、私たちはオービタル溶接ヘッドを使用することを好みます。このヘッドでは、チューブの各部品をダイヤルインして、部品を挿入する前に完璧な状態にすることができます。出力を特定の量まで下げるので、部品をそこに挿入すると完璧になることがわかります。手作業では、変化は目で見て行われるため、ペダルを踏みすぎると、材料に直接浸透してしまう可能性があります。」
このジョブは何百もの溶接で構成されており、それらは同一である必要があります。このジョブに使用される軌道溶接機は 3 分で溶接を行います。Hammer が最高速度で作業を行うと、同じステンレス鋼チューブを約 1 分で手動で溶接できます。
「しかし、マシンは減速していません。朝一番に最大速度で実行すると、一日の終わりまでに最大速度で実行され続けます」とハマー氏は言います。「朝一番に最高速度で走らせますが、結局はそうではありません。」
ステンレス鋼チューブへの汚染物質の侵入を防ぐことは非常に重要です。そのため、半導体業界における高純度はんだ付けは、はんだ付け領域への汚染物質の侵入を防ぐ制御された環境であるクリーンルームで行われることがよくあります。
ハマー氏は、オービターで使用しているのと同じ事前に研磨されたタングステンをハンドトーチに使用しています。手動および軌道溶接では純粋なアルゴンが外部および内部のパージを提供しますが、軌道機械による溶接も密閉空間で実行できるため利点があります。タングステンが外に出ると、シェルがガスで満たされ、溶接部を酸化から保護します。ハンドトーチを使用する場合、ガスは現在溶接中のチューブの片側にのみ吹き付けられます。
軌道溶接は、ガスがチューブをより長く覆うため、一般にきれいになります。溶接が開始されると、溶接工が溶接が十分に冷えていることを確認するまで、アルゴンが保護を提供します。
Axenics は、さまざまな車両に動力を供給する水素燃料電池を製造する多くの代替エネルギー顧客と協力しています。たとえば、屋内用に作られた一部のフォークリフトは、化学副産物による食用在庫の破壊を防ぐために水素燃料電池に依存しています。水素燃料電池の唯一の副産物は水です。
顧客の 1 社は、溶接の純度や一貫性など、半導体メーカーと多くの同じ要件を持っていました。薄肉溶接に 321 ステンレス鋼を使用したいと考えていました。しかし、作業では、それぞれが異なる方向に突き出ている複数のバルブ バンクを備えたマニホールドのプロトタイプを作成しており、溶接の余地がほとんどありませんでした。
この作業に適した軌道溶接機の価格は約 2,000 ドルで、少数の部品の製造に使用でき、推定コストは 250 ドルです。経済的には意味がありません。しかし、Hammer は手動溶接技術と軌道溶接技術を組み合わせたソリューションを持っています。
「この場合、回転テーブルを使用します」とハマー氏は言います。これは実際には軌道溶接機と同じ動作ですが、チューブの周りでタングステン電極を回転させるのではなく、チューブを回転させます。私はハンドトーチを使用しますが、万力でトーチを所定の位置に保持できます。ハンズフリーになるように配置されているため、人間の手の揺れや揺れによって溶接が損傷することはありません。これにより、人的エラーの要因の多くが排除されます。密閉された環境ではないため、オービタル溶接ほど完璧ではありませんが、このタイプの溶接は、汚染物質を除去するためにクリーンルーム環境で行うことができます。」
軌道溶接技術は純度と再現性を提供しますが、ハマー氏と彼の同僚の溶接工は、溶接の欠陥によるダウンタイムを防ぐには溶接の完全性が重要であることを認識しています。同社は、すべての軌道溶接に対して非破壊検査 (NDT) を使用し、場合によっては破壊検査も使用します。
「私たちが行うすべての溶接は目視で確認されます」とハマー氏は言います。「その後、溶接はヘリウム分光計でテストされます。仕様または顧客の要件に応じて、一部の溶接部は X 線検査が行われます。破壊検査も選択肢の一つです。」
破壊試験には、溶接部の極限引張強度を決定するための引張強度試験が含まれる場合があります。316L ステンレス鋼などの材料の溶接部が破損する前に耐えることができる最大応力を測定するために、試験では金属を破断点まで引き伸ばします。
代替エネルギーの顧客による溶接では、代替エネルギーの機械や車両で使用される 3 チャネル熱交換器水素燃料電池のコンポーネント溶接部に対して超音波非破壊検査が行われることがあります。
「私たちが出荷するほとんどのコンポーネントには潜在的に有害なガスが通過するため、これは重要なテストです。ステンレス鋼が完璧で、漏れ箇所がゼロであることは、私たちと私たちの顧客にとって非常に重要です」とハマー氏は言います。
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