Optimierung und Wirtschaftlichkeit des Orbitalschweißens im Rohrleitungsbau

Obwohl die Orbitalschweißtechnologie nicht neu ist, entwickelt sie sich ständig weiter und wird immer leistungsfähiger und vielseitiger, insbesondere beim Rohrschweißen. Ein Interview mit Tom Hammer, einem erfahrenen Schweißer bei Axenics in Middleton, Massachusetts, zeigt die vielen Möglichkeiten, wie diese Technik zur Lösung komplexer Schweißprobleme eingesetzt werden kann. Bild mit freundlicher Genehmigung von Axenics
Das Orbitalschweißen gibt es seit etwa 60 Jahren und hat den MSG-Prozess automatisiert. Es handelt sich um eine zuverlässige und praktische Methode zur Herstellung mehrerer Schweißnähte, obwohl einige OEMs und Hersteller die Fähigkeiten von Orbitalschweißgeräten noch nicht ausgeschöpft haben und auf Handschweißen oder andere Strategien zum Verbinden von Metallrohren zurückgreifen.
Die Prinzipien des Orbitalschweißens gibt es schon seit Jahrzehnten, aber die Fähigkeiten der neuen Orbitalschweißgeräte machen sie zu einem leistungsfähigeren Werkzeug im Werkzeugkasten eines Schweißers, da viele von ihnen jetzt über „intelligente“ Funktionen verfügen, die die Programmierung und Handhabung vor dem eigentlichen Schweißen erleichtern . ● Beginnen Sie mit schnellen und präzisen Einstellungen, um konsistente, saubere und zuverlässige Schweißnähte zu gewährleisten.
Das Axenics Welding Team in Middleton, Massachusetts, ein Auftragskomponentenhersteller, hilft vielen seiner Kunden beim Orbitalschweißen, wenn das richtige Produkt für die Aufgabe vorhanden ist.
„Wo immer möglich, wollten wir den menschlichen Faktor beim Schweißen eliminieren, da Orbitalschweißer normalerweise Schweißnähte von besserer Qualität erzeugen“, sagt Tom Hammer, qualifizierter Schweißer bei Axenics.
Obwohl das erste Schweißen bereits vor 2000 Jahren durchgeführt wurde, handelt es sich beim modernen Schweißen um einen äußerst fortschrittlichen Prozess, der ein wesentlicher Bestandteil anderer moderner Technologien und Prozesse ist. Durch Orbitalschweißen lassen sich beispielsweise hochreine Rohrleitungssysteme für die Herstellung von Halbleiterwafern herstellen, die heute in nahezu der gesamten Elektronik zum Einsatz kommen.
Einer der Kunden von Axenics ist Teil dieser Lieferkette. Das Unternehmen war auf der Suche nach einem Auftragsfertiger, der ihm bei der Erweiterung seiner Fertigungskapazitäten helfen sollte, insbesondere für die Erstellung und Installation sauberer Edelstahlkanäle, die den Gasfluss durch den Plattenherstellungsprozess ermöglichen.
Während bei Axenics für die meisten Rohrarbeiten Orbitalschweißgeräte und Brennerdrehtische zur Verfügung stehen, schließen sie gelegentliches Handschweißen nicht aus.
Hammer und das Schweißteam überprüften die Anforderungen des Kunden und stellten Kosten- und Zeitfragen:
Hammer verwendet rotierende, geschlossene Orbitalschweißgeräte vom Typ Swagelok M200 und Arc Machines Modell 207A. Sie können Rohre von 1/16″ bis 4″ aufnehmen.
„Mikroköpfe ermöglichen es uns, an sehr schwer zugängliche Orte zu gelangen“, sagte er. „Eine der Einschränkungen beim Orbitalschweißen besteht darin, ob wir für eine bestimmte Verbindung den richtigen Kopf haben oder nicht. Heute können Sie die Kette aber auch um das zu schweißende Rohr wickeln. Schweißer können sich an der Kette bewegen und der Größe der Schweißnähte sind praktisch keine Grenzen gesetzt. Sie können es machen. Ich habe mehrere Maschinen gesehen, die 20-Zoll-Rohre schweißen. Was diese Maschinen heute leisten können, ist beeindruckend.“
Angesichts der Sauberkeitsanforderungen, der Anzahl der erforderlichen Schweißnähte und der geringen Wandstärke ist das Orbitalschweißen für diese Art von Projekten eine sinnvolle Wahl. Bei der Arbeit mit Rohrleitungen zur Luftstromregelung schweißt Hammer häufig Edelstahl 316L.
„Dann wird es sehr dünn. Es geht um das Schweißen von dünnem Metall. Beim manuellen Schweißen kann schon die kleinste Verstellung zum Bruch der Schweißnaht führen. Aus diesem Grund verwenden wir vorzugsweise Orbitalschweißköpfe, bei denen wir jeden Abschnitt des Schweißrohrs durchbohren und perfektionieren können, bevor wir das Teil einsetzen. Wir reduzieren die Leistung auf einen bestimmten Wert, damit wir wissen, wann wir das Teil einsetzen Es wird perfekt sein. Manuell erfolgt die Änderung nach Augenmaß, und wenn wir zu stark in die Pedale treten, kann es direkt durch das Material gehen.“
Der Auftrag besteht aus Hunderten von Schweißnähten, die identisch sein müssen. Das für diesen Auftrag eingesetzte Orbitalschweißgerät führt die Schweißung in drei Minuten durch; Wenn der Hammer mit Höchstgeschwindigkeit läuft, kann er dasselbe Edelstahlrohr in etwa einer Minute manuell schweißen.
„Das Auto wird jedoch nicht langsamer. Man lässt es morgens als Erstes mit Höchstgeschwindigkeit laufen und am Ende des Tages läuft es immer noch mit Höchstgeschwindigkeit“, sagte Hammer. „Ich fahre morgens zuerst mit Höchstgeschwindigkeit, aber am Ende klappt es nicht.“
Es ist von entscheidender Bedeutung, das Eindringen von Verunreinigungen in Edelstahlrohre zu verhindern. Aus diesem Grund wird hochreines Löten in der Halbleiterindustrie häufig in einem Reinraum und einer kontrollierten Umgebung durchgeführt, die verhindert, dass Verunreinigungen in den Lötbereich gelangen.
Hammer verwendet in seinen Taschenlampen das gleiche vorgeschärfte Wolfram wie der Orbiter. Während reines Argon beim Hand- und Orbitalschweißen für eine externe und interne Spülung sorgt, profitiert das Orbitalschweißen auch von der Durchführung auf engstem Raum. Wenn das Wolfram freigesetzt wird, füllt sich die Hülle mit Gas und schützt die Schweißnaht vor Oxidation. Bei Verwendung eines Handbrenners wird Gas nur einer Seite des zu schweißenden Rohrs zugeführt.
Orbitalschweißnähte sind im Allgemeinen sauberer, da das Gas das Rohr länger umhüllt. Sobald mit dem Schweißen begonnen wird, bietet Argon Schutz, bis der Schweißer davon überzeugt ist, dass die Schweißnaht kalt genug ist.
Axenics arbeitet mit einer Reihe alternativer Energiekunden zusammen, die Wasserstoff-Brennstoffzellen für eine Vielzahl von Fahrzeugen herstellen. Einige Indoor-Gabelstapler verwenden beispielsweise Wasserstoff-Brennstoffzellen, um zu verhindern, dass chemische Nebenprodukte die Lebensmittelvorräte zerstören. Das einzige Nebenprodukt einer Wasserstoff-Brennstoffzelle ist Wasser.
Einer der Kunden hatte die gleichen Anforderungen wie ein Halbleiterhersteller, beispielsweise an die Sauberkeit und Gleichmäßigkeit der Schweißnähte. Er möchte Edelstahl 321 zum Dünnwandschweißen verwenden. Allerdings umfasste die Arbeit den Bau eines Prototyp-Verteilers mit mehreren Ventilbänken, die jeweils in eine andere Richtung vorstanden und nur wenig Platz zum Schweißen ließen.
Ein für diese Aufgabe geeignetes Orbitalschweißgerät kostet etwa 2.000 US-Dollar und wird für die Herstellung einer kleinen Anzahl von Teilen verwendet, wobei die Kosten auf schätzungsweise 250 US-Dollar geschätzt werden. Es macht finanziell keinen Sinn. Hammer hat jedoch eine Lösung, die Hand- und Orbitalschweißen kombiniert.
„In diesem Fall würde ich einen Plattenspieler verwenden“, sagt Hammer. „Eigentlich ist es dasselbe wie Orbitalschweißen, aber man dreht das Rohr und nicht die Wolframelektrode um das Rohr. Ich benutze meinen Handbrenner, aber ich kann ihn in der richtigen Position in einen Schraubstock einspannen, um meine Hände frei zu haben, sodass menschliche Hände die Schweißnaht nicht durch Zittern oder Erschütterungen beschädigen können. Dadurch wird der größte Teil des menschlichen Fehlerfaktors eliminiert. Es ist nicht so ideal wie das Orbitalschweißen, da es nicht in Innenräumen durchgeführt wird, aber diese Art des Schweißens kann in einer Reinraumumgebung durchgeführt werden, um Verunreinigungen zu beseitigen.“
Während die Orbitalschweißtechnologie Sauberkeit und Wiederholbarkeit gewährleistet, wissen Hammer und seine Schweißerkollegen, dass die Integrität der Schweißnaht entscheidend ist, um Ausfallzeiten aufgrund von Schweißfehlern zu verhindern. Das Unternehmen wendet für alle Orbitalschweißnähte eine zerstörungsfreie Prüfung (ND) und manchmal auch eine zerstörende Prüfung an.
„Jede Schweißnaht, die wir herstellen, wird visuell überprüft“, sagt Hammer. „Danach werden die Schweißnähte mit einem Heliumspektrometer überprüft. Abhängig von der Spezifikation oder den Kundenanforderungen werden einige Schweißnähte durch Röntgen überprüft. Auch zerstörende Prüfungen sind möglich.“
Die zerstörende Prüfung kann Zugfestigkeitsprüfungen umfassen, um die endgültige Zugfestigkeit der Schweißnaht zu bestimmen. Um die maximale Belastung zu messen, der eine Schweißnaht an einem Material wie Edelstahl 316L standhalten kann, bevor sie versagt, wird bei der Prüfung das Metall bis zum Bruchpunkt gedehnt und gedehnt.
Schweißnähte von Verbrauchern alternativer Energie werden manchmal einer zerstörungsfreien Ultraschallprüfung an den Schweißnähten von Wasserstoff-Brennstoffzellenkomponenten mit Dreifachwärmetauscher unterzogen, die in Maschinen und Fahrzeugen alternativer Energie verwendet werden.
„Dies ist ein kritischer Test, da die meisten Komponenten, die wir versenden, potenziell gefährliche Gase enthalten. Uns und unseren Kunden ist es sehr wichtig, dass der Edelstahl einwandfrei ist und nicht ausläuft“, sagt Hammer.
Tube & Pipe Journal im Jahr 1990 Tube & Pipe Journal war 1990 das erste Magazin, das sich der Metallrohrindustrie widmete. Tube & Pipe Journal war 1990 das erste Magazin, das sich der Metallrohrindustrie widmete. Bis heute ist es die einzige Branchenpublikation in Nordamerika und die vertrauenswürdigste Informationsquelle für Rohrfachleute.
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