Орбитальная сварка. Особенности, оборудование и основные сферы применения данного типа соединения металлов

Из этого материала вы узнаете:

• Отличия ручной и орбитальной сварки труб
• Сферы применения орбитальной сварки
• Преимущества и недостатки орбитальной сварки
• Компоненты оборудования для орбитальной сварки
• Требования к орбитальной сварке и настройка оборудования

Орбитальная сварка применяется при соединении труб большого и малого диаметра в различных промышленных и хозяйственных сферах. Сваривание происходит в автоматическом режиме, для этого используется специальное навесное оборудование. Мастер только задает параметры и контролирует процесс.

По сравнению с ручным способом сварного соединения орбитальная сварка позволяет свести процент брака к минимуму, ускорить выполнение работ, добиться максимального качества исполнения. О том, какое оборудование используется для орбитальной сварки, как проходит сам процесс, вы узнаете из нашего материала.

Отличия ручной и орбитальной сварки труб

Бесповоротный стыковой тип шва является самым сложным видом сварного соединения труб любого диаметра. Для простого соединения двух труб достаточно обладать навыками сварки в любом пространственном положении, которыми чаще всего обладают только мастера высшей квалификации. Многим начинающим сварщикам при формировании верхней части шва кажется, что остальная его часть будет такой же простой, как и начало. На самом деле это не всегда так.

VT-metall предлагает услуги:

После верха производится сваривание боковых вертикальных стыков, что уже намного сложнее. А заканчивается процесс выполнением потолочного шва на нижней части трубы. Такая операция для новичков, имеющих недостаточный опыт, – нелегкая задача.

Основные отличия автоматической орбитальной сварки от ручной заключаются в следующем:

• орбитальную головку можно повернуть вокруг обрабатываемой заготовки на угол до 360°;
• технологическая оснащенность процесса современными системами числового управления позволяет свести к минимуму задействование ручного труда оператора;
• чаще всего (в 9 случаях из 10) используются вольфрамовые электроды.

Эффективность орбитальной сварки в большей степени зависит от чистоты применяемого аргона. К примеру, для сварных работ в обычных заводских условиях используется газ чистотой до 99,95 %, а для соединения нержавеющих труб способом орбитальной сварки в некоторых случаях необходим аргон ультравысокой чистоты, значение которой может достигать 99,9998 %.

Правила работы

Теперь — пара слов о контроле процесса. При орбитальной сварке необходимо следить за рядом параметров, а также провести небольшую подготовительную работу. В частности:

• зазор между заготовками не превышает 5% от толщины трубы, иначе качество шва ухудшится;
• аналогичное отклонение допустимо в отношении толщины стенки в районе сварки;
• подготовить и использовать зажимы, стенды, позволяющие выстроить рядом две трубы.

Широкий спектр возможностей орбитальной сварки сделал ее востребованной в машиностроении, электротехнике, пищевой промышленности, судостроении, аэрокосмической отрасли, фармацевтике. Автоматизированный процесс востребован при строительстве ТЭС и ТЭЦ. Здесь применяется дорогостоящее оборудование ценой около миллиона рублей. Для работы с трубами малых диаметров достаточно приобрести съемную головку не дороже нескольких сотен рублей.

Если вам известны нюансы работы с оборудованием для орбитальной сварки или другие особенности вопроса, поделитесь своим опытом в обсуждении к статье.

Сферы применения орбитальной сварки

Оснащенность специальным оборудованием позволяет выполнять всю работу в автоматическом режиме, задача сварщика заключается только в выставлении необходимых настроек и наблюдении за ходом процесса. Кроме этого, подача защитного газа и присадочной проволоки в сварочную зону также осуществляется автоматически. Говоря простым языком, метод орбитальной сварки очень схож со сваркой полуавтоматом, только специалисту отводится не первостепенная роль в процессе, а движение горелки может осуществляться по круговой траектории.

Автоматы орбитальной сварки трубных стыков используются при следующих технологиях:

• ведение работ по линейному монтажу трубопроводов;
• крепление фланцевых соединений;
• соединение отводов, тройников и другой трубной арматуры с отрезками трубного проката;
• сваривание теплообменников из трубы.

Использование установок орбитальной сварки трубопроводов приводит к минимизации брака, увеличению производительности при прокладке трубопроводов, сборке котлов и установке теплообменников. Кроме этого, значительно упрощается обслуживание и ремонт ТЭС, инженерных коммуникаций, газовых магистралей нефтепроводов.

Преимущества и недостатки орбитальной сварки

Сегодня популярность использования установок орбитальной сварки с каждым годом увеличивается. Причина этого, безусловно, заключается в наличии ряда следующих особых преимуществ:

• Технология позволяет достичь высокой производительности без снижения эффективности и качества.
• Процесс сваривания можно выполнить как с помощью присадочных материалов, так и без них.
• Орбитальный способ сварки почти исключает шлак и вредные для человеческого организма испарения. Благодаря этому негативное воздействие на сварщика сводится к минимуму.
• Параметры сварки контролируются автоматически. Иначе говоря, сварщик-оператор только задает необходимые настроечные параметры, а рабочий режим поддерживается посредством оборудования.
• Правильный выбор модели сварочной каретки в сочетании с комплексом позволит без особых проблем соединять любые металлы, включая стали и даже титан. Обладая определенными навыками и опытом, сварщик сможет выполнить сварку латунных или бронзовых заготовок.
• Процесс нанесения шва выполним из любого пространственного положения.
• Технологичность процесса позволяет обеспечивать достаточно низкий процент брака. Так как обработку детали производят по заданному алгоритму, а человеческий фактор при этом сведен к нулю, то в итоге получают высококачественные сварные соединения.

У орбитального способа сварки, как и у любого другого метода соединения деталей, имеются свои недостатки, среди которых можно выделить:

• Достаточно большую стоимость оборудования.
• Сложное техническое обслуживание и ремонт оборудования.
• Довольно низкая скорость обработки тонкостенных трубопроводов (зависит от вида применяемой орбитальной головки).

Компоненты оборудования для орбитальной сварки

Аппарат орбитальной сварки представляет собой объединение трех крупных узлов: системы подачи газа, источника сварочного тока, кроме этого, используются сварочные «головки». Система подачи газа применяется такая же, как и в любом полуавтоматическом оборудовании. А об источнике тока и сварочной головке стоит сказать немного больше.

Источником тока служит инвертор, способный выдать от 30 до 400 ампер, недалеко от которого размещают газовый баллон. Инвертор имеет программируемую панель управления. Помимо этого, есть модели, оснащенные дистанционным управлением. В корпусе предусматривается установка принтера, который выдает распечатку на бланке с техническими результатами выполненных работ.

Чтобы выполнить настройку оборудования орбитальной сварки, необходимо задать следующие параметры: толщину стенок и диаметр трубы, необходимый объем газа, угол наклона и скорость перемещения электрода, скорость подачи присадочной проволоки, силу сварочного тока и его напряжение.

Существует несколько типов сварочных головок, с помощью которых можно сваривать металлы толщиной до 170 мм. Они, в свою очередь, подразделяются на три основные группы:

• Открытого исполнения. Такой тип головок для орбитальной сварки используют при соединении толстостенных труб, когда необходимо выполнить многократные повторы цикла. Их преимуществом является возможность оператора контролировать длину дуги на протяжении всего процесса.
• Закрытого типа. Процесс орбитальной сварки происходит в камерах закрытого типа, которые заполняются для полной защиты всех элементов инертным газом. Высокий уровень надежности является их основным достоинством. Даже от частичной разгерметизации стыка качество сварного соединения не ухудшится, так как кислород не сможет проникнуть внутрь.
• Для трубных досок. Такая разновидность орбитальной сварки используется для реставрации теплообменников, состоящих из множества элементов. Процесс позволяет значительно упростить соединение деталей, одновременно снижая воздействие человеческого фактора.

Для сварки труб определенного диаметра должны использоваться соответствующие типы головок. Например, для сваривания металла диаметром в диапазонах от10 до 170, от 33 до 90 и от 17 до 50 мм должен использоваться инструмент типа РКВ и РКС.

Орбитальная сварка труб малых диаметров является высокоскоростной, не требующей дополнительного оборудования. В то время как для соединения трубного проката больших размеров потребуются специальные кронштейны, необходимые для передвижения по ним сварочной головки для орбитальной сварки. Траектория перемещения головки также программируется, коррекцию всех настроек можно делать в процессе работы, в том числе и с помощью дистанционного управления. Для достижения максимального качества шва при сваривании труб большого диаметра можно дополнительно менять положение электрода.

Компоненты системы для работы

Оборудование имеет два основных элемента:

• источник тока;
• орбитальную голову.

Задача первого — подача электрического тока к месту контакта и контроль за параметрами процесса. Второго — вращение горелки (электрода), обеспечение непрерывного цикла работы. Отсутствие одного из элементов делает процесс невозможным.

Сегодня в качестве источника тока используется инвертор, за счет которого проводится контроль:

• силы тока;
• частоты вращения головки;
• расхода газа;
• скорости подачи проволоки.

Также задача инвертора — установка профиля шва, программирование режима работы исходя из диаметра труб, материала и используемого газа.

Орбитальная голова (иначе именуемая просто сварочной) бывает двух видов:

Первые используют в закрытых камерах, предварительно наполняемых инертным газом для защиты свариваемых и сварных элементов. Достоинством головок данного типа является надежность процесса — даже нарушение герметизации стыка деталей не влияет на целостность и качество шва, ведь туда не попадет кислород.

Вторые головы используются при соединении толстых деталей, которым необходим наполнитель, а цикл повторяется многократно с использованием оного. Рабочий элемент горелки наклоняется под разными углами, а это облегчает сварку угловых участков и небольших заготовок.

При работе головок обычно используется вольфрамовый электрод, а сам элемент включает ограничитель — контролер длины дуги.

Требования к орбитальной сварке и настройка оборудования

При подготовке поверхностей к свариванию выравнивание торцевых поверхностей выполняют на отрезных станках, которые позволяют обеспечить ровную вертикальную кромку. Обработка толстостенных труб производится в заводских условиях: после разделки кромок делается фаска под углом 30°. Прокат с тонкими стенками следует заплавлять без использования присадки.

Рекомендуем статьи

• Виды сварных швов: разбираемся в классификации и особенностях
• Производство изделий из металла: технологии, преимущества, поэтапный контроль
• Сварка плавлением: где применяется и как производится

Не существует определенного ГОСТа, в котором была бы полностью описана вся технология орбитальной сварки. Но положения следующих документов можно частично использовать на практике:

• ГОСТ 10157-79. Аргон газообразный и жидкий. Перечислены технические условия применения.
• ГОСТ Р ИСО 857-1-2009. Сварка и родственные процессы. Излагается описание сварочных процессов и приводятся основные определения и термины.
• ГОСТ 6996-66. Сварные соединения. В нем представлены данные о методах определения механических параметров.
• ГОСТ 16037-80. Сварные соединения стальных трубопроводов. Содержит информацию об основных типах, конструктивных элементах и размерах.

Перед проведением орбитальной сварки труб необходимо выполнить подготовку поверхностей. Сначала зачищают концы от загрязнений и заусенцев. После этого следует отцентровать подготовленные заготовки и разместить, выдержав между ними необходимый зазор.

Чтобы выполнить орбитальную сварку труб малого диаметра, достаточно иметь съемную головку, закрепив ее на универсальных приспособлениях зажимного типа. Стыковую поверхность следует разделить на секторы, для каждого задать индивидуальные параметры, учитывая давление собственной массы заготовки в нижней области. Нельзя допускать провисание сверху расплавленного металла.

Выбор параметров скорости подачи присадочного прутка, рабочей силы тока оператор-сварщик производит самостоятельно, опираясь на марку обрабатываемой стали и геометрическую форму детали. Аппарат орбитальной сварки прикрепляется в области стыковой части соединения.

Процесс орбитальной сварки нержавеющих труб выполняется оператором в следующей последовательности:

• настройка орбитальной системы;
• выбор и установка подходящего типа орбитальной головки;
• закрепление аппарата вдоль линии планируемого сварочного шва;
• включение сварочного оборудования.

Если установка выполнена правильно, то сварочный аппарат сам выполнит следующие действия:

• выйдет на режим с помощью прогревания электрода;
• создаст участок шва в первом секторе свариваемых заготовок;
• продолжит соединение труб из нержавеющей стали в оставшихся секторах.

Процесс орбитальной сварки металла выполняется в автоматическом режиме. Когда все секторы будут заделаны, то аппарат отключится самостоятельно.

Орбитальный тип оборудования является узкоспециализированным. Оно используется для ремонта котлов и теплообменников, а также для соединения трубопроводных магистралей большой протяженности. Технология орбитальной сварки нержавеющих труб как метод монтажа трубного проката является одним из наиболее перспективных. В быту использование такого устройства является нецелесообразным по причине большого срока окупаемости.

Преимущества

К преимуществам технологии стоит отнести следующие положения:

• Автоматизированный процесс снижает вероятность ошибок, которые зачастую вызваны человеческим фактором;
• Качество соединения находится на достаточно высоком уровне, так как для сварки применяются надежные защитные газы;
• Соединение труб может проводиться как при больших, так и при малых диаметрах;
• Сварка проводится в любом положении, так как вращается на 360 градусов.

Недостатки

Здесь также имеются и следующие недостатки:

• Технология оказывается очень узкоспециализированной;
• Настройка занимает много времени и это не подходит для быстрых работ;
• Здесь далеко не всегда можно обеспечить сварку для ремонта, так как порой легче заварить вручную, чем приспособить автомат для этого дела.

Внедрение орбитальной сварки

До того, как была придумана данная технология около 50 лет назад, применялась стандартная сварка в среде защитных газов. Несмотря на все ее преимущества, сложности в обработке труб всегда оставались. С появлением автоматических систем решения вопроса не пришлось долго ждать. Внедрение технологии произошло достаточно быстро и это случилось в первую очередь на специализированных заводах. Опыт мастеров, работающих с аргонодуговыми автоматическими установками, позволил быстро освоить навыки новой технологии.

Благодаря тому, что здесь присутствует возможность создавать высокий уровень качества шва, технология нашла применение в пищевой промышленности, фармацевтике, автомобилестроении, химической области, в судостроении и прочих.

Технология сварки

Технология проведения сварочного процесса при помощи орбитальной сварки во многом зависит от конкретного задания. Сюда входит выбор режимов, определение места закрепления и прочие особенности. Для того, чтобы нормально сварить трубу таким способом, ее для начала нужно надежно закрепить. После этого обрабатываются края основного металла в соответствии с техническим заданием.

Поверхность металла должна быть чистой от загрязнений и не содержать частиц других металлов.»

После этого закрепляется аппарат для сваривания, который будет передвигаться лишь вдоль одной линии, где должен пролегать шов. Очень удобно, если нужно выполнять несколько одинаковых швов, так как для этого нужно будет настраивать технику всего один раз. После закрепления рабочей части аппарата, которая представляет собой передвижную головку, можно начинать включение. Головка аппарата имеет на себе неплавкий вольфрамовый электрод, а также горелку для подачи газа. Все это закреплено таким образом, что после начала работы не требует участия человека.

Сначала создается плавное нарастание параметров тока до требуемого по режиму. Таким образом происходит предварительный нагрев, после чего начинается работа в первом секторе. Когда работа в первом секторе окончена, то идет снижение силы тока, после чего происходит нарастание во втором секторе. По такой же технологии все продолжается, пока не будет выполнен последний сектор.

Работа оператора заключается преимущественно в установке настроек и в наблюдении за выполнением процесса. Для этого понадобится сварочная маска, а также прочие средства индивидуальной защиты. После проведения процесса происходит контроль качества, который осуществляется одним из требуемых методов. К данной технологии предоставляются высокие требования, так как ее часто применяют для ответственных конструкций.

На сварочных головках имеется система прецизионных планетарных редукторов. Они могут изнашиваться от длительного использования, так что периодически данную технику требуется чистить и производить обслуживание согласно инструкции. Успех выполнения работы автоматом чаще всего определяется качеством используемого газа. Аргон высокой чистоты, содержание чистого газа в котором составляет 99,998% дает максимально надежные результаты.

Используемое оборудование

Установка орбитальной сварки состоит из нескольких основных компонентов. Одним из основных является источник питания. С ним в комплекте идет контроллер, отвечающий за параметры рабочих режимов. Основным рабочим инструментом является сварочная голова, которая работает вместе с механизмом автоматической подачи проволоки. Этот механизм может работать на нескольких скоростях, в зависимости от заданных условий работы. Иногда требуется теплоноситель, который также входит в конструкцию. Крепление головы делается таким образом, чтобы она могла перемещаться вокруг трубы, по так называемой орбите.

Используемые материалы

Основными расходными материалами здесь выступают:

• защитный газ, который создает оболочку от негативных внешних факторов, воздействующих на сварочную ванну;
• проволока, служащая для наплавления сварочного шва, соединяющего две части трубы.