Орбитальная сварка труб в трубную доску

Обновлено: 05.05.2024

Повышение производительности путем автоматизации процесса вварки труб в решётку трубной доски из титановых сплавов без потери качества, без привлечения высококвалифицированного персонала, исключение брака при сварке трубной решётки большого объема.

Модернизация технологии сварки теплообменников из титановых сплавов с использованием оборудования для орбитальной сварки немецкой компании ORBITEC позволила оптимизировать производственный процесс: сократить влияние человеческого фактора, освободить высококвалифицированных сварщиков от рутинной работы в пользу других ответственных направлений в сварке на производстве и повысить общую производительность работ.

В компанию ИТП для модернизации технологию сварки теплообменников из титановых сплавов обратился крупный завод в Ленинградской области. Ранее трубная решетка (трубная доска) теплообменников варилась вручную методом плавления по средствам TIG сварки. В виду увеличения объемов производства потребовалось оптимизировать производственный процесс. Для этого в 2020 году было поставлено несколько комплектов орбитальной сварки немецкой компании ORBITEC. Представители нашей компании в течение нескольких дней проводили обучение специалистов работе на оборудовании, помогли скорректировать технологию производства и наладить производственный процесс.

Состав приобретенного оборудования:

Инвертор «Tetrix 351»
Контроллер орбитальной сварки TIGTRONIC «Basic 4»
Сварочная головка «RBK 38 S» для вварки труб в трубную доску
Пульт управления «Orbicontrol-3»
Газовый редуктор-расходомер с двумя ротаметрами
Комплект соединительных проводов и шлангов
Орбитальный труборез «ORS 115»

В том числе дополнительная оснастка:

Общий принцип работы комплекса орбитальной сварки со сварочной головкой типа RBK

Каждый автоматизированный комплекс орбитальной сварки состоял из трех основных элементов: рабочий инструмент, сварочный источник и контроллер. Сварочный источник «Tetrix 351» работает по принципу трехфазного инвертора на 350А, оснащен блоком жидкостного охлаждения. Внешне сварочный источник выполнен в виде тумбочки на колесах с подставкой под газовый баллон и кронштейнами под шланг-пакет рабочего инструмента. Сверху на сварочном источнике имеется прорезиненная поверхность, на которой удобно размещать контроллер орбитальной сварки. В итоге, получается целая рабочая единица, которую один человек может с легкостью перекатить по цеху. В качестве основного рабочего инструмента служит сварочная головка «RBK 38 S». Сварочная головка предназначена для обварки трубной решётки. Сварочная головка устанавливается в отверстия труб и производит обварку их торцов с решёткой. Контроллер орбитальной сварки TIGTRONIC «Basic 4» полностью управляет процессом сварки: регулирует сварочный ток, скорость вращения вольфрамового электрода и управляет подачей защитного газа. В один цикл сварочного процесса входит около пятидесяти регулируемых параметров, которые настраиваются автоматически по трем основным критериям: диаметр свариваемых труб, толщина стенки и тип рабочего инструмента. Обычно этих параметров достаточно для получения равномерного сплавления кромок. И только в отдельных случаях для получения определенной геометрии требуется ручная корректировка параметров сварки.

Процесс сварки принципиально организован следующим образом:

Оператор устанавливает на сварочную головку оснастку, соответствующую конкретному стыку.
Оператор выбирает заранее настроенную программу, соответствующую конкретному стыку.
Оператор устанавливает сварочную головку на стык и запускает процесс сварки.

Далее, согласно алгоритму, заданному в программе контроллера, начинается процесс сварки:

Контроллер орбитальной сварки в течении заданного времени продувает шланг-пакет инертным газом, заполняя им полость зашитой камеры до формирования ламинарного течения потока газа.
Контроллер инициирует процесс сварки с помощью высокочастотного поджога сварочной дуги и плавно включает сварочный ток.
После формирования сварочной ванны контроллер включат двигатель вращения электрода, равномерно перемещая его над окружностью стыка.
После прохождения полного круга электрод продолжает движение, образуя перекрытие шва сварочной ванной.
После формирования перекрытия контроллер плавно выключает сварочный ток, продолжая вращать электрод до полной кристаллизации сварочной ванны.
Подача газа продолжается некоторое время, защищая сварочный шов от окисления.
По завершению окончательной продувки электрод перемещается к месту начала сварки, тем самым подготавливая сварочную головку к следующему сварочному процессу.

По окончанию сварочного цикла оператор снимает сварочную головку и устанавливает ее на следующий стык.

Особенности работы со сварочной головкой «RBK 38 S».

Оператор позиционирует сварочную головку на свариваемый стык, вставляя ее центратор с соответствующей пружинной оправкой внутрь трубы, так, чтобы головка уперлась опорами защитной камеры в плоскость свариваемой решетки.

Убедившись в том, что сварочная головка установлена перпендикулярно свариваемой поверхности, оператор защелкивает рычаг центратора. Вследствие чего, тяга внутри центратора натягивает пружинную оправку, расклинивая ее в трубе. В случае, если у оператора возникают сомнения в перпендикулярности позиционирования сварочной головки или при необходимости расположить электрод в верхнем положении оператор с помощью пульта управления «Orbicontrol-3» перемещает сварочный электрод вокруг стыка. После чего оператор запускает сварку. Сам сварочный электрод крепится в кронштейн, который расположен на подвижной части внутри защитной камеры. Кронштейн позиционирует сварочный электрод перпендикулярно торца ввариваемой трубы. В зависимости от диаметра ввариваемой трубы кронштейн позволяет отрегулировать радиус вращения электрода. Для вварки труб диаметром от 16 до 28 мм применяется специальный кронштейн, который фиксирует вольфрамовый электрод под наклоном в 7 градусов к оси ввариваемой трубы. При сварке трубной решётки конкретных теплообменников для вварки труб меньших диаметров был применен специальный держатель вольфрамового электрода для RBK 38 S с возможностью регулировки наклона.

В конкретном случае, в виду работы с трубами малых диаметров (до 12 мм), использовалась тонкая оснастка неспособная держать вес сварочной головки, поэтому оператору необходимо придерживать сварочную головку во время процесса сварки. В дальнейшем сварочные головки были подвешены на балансиры, что освободило руки оператору во время сварки, для позиционирования второй сварочной головки на стык. То есть, пока варит одна сварочная головка, оператор устанавливает следующую. Опытный оператор тратит на установку сварочной головки не более 60 секунд. На практике при сварке труб диаметром свыше 30 мм, оператор успевает установить и запустить еще до четырех сварочных головок типа RBK, за время сварки одного процесса.

Наладка производственного процесса

Для наладки технологии были изготовлены небольшие макеты трубной решётки (трубной доски), повторяющие геометрию стыков реальных теплообменников. Решетка макета изготовлена из того же титанового сплава и той же толщины, что и решетка теплообменника. Трубы использовались те же, что применяются в теплообменнике, только короче, чем в теплообменнике, но чтобы их небольшая масса не оказывала влияния на процесс сварки. Отверстия решетки просверлены с тем же шагом и того же калибра, что в теплообменнике. Калибровка отверстий в решетки гарантирует повторяемость зазоров между внешней стенкой трубы и отверстием в 0,1 мм с допуском +0.05 мм. Перед сборкой все детали тщательно обезжиривают. Трубы вставляют в отверстия с выступом 1 мм и развальцовывают для соосности и плотного контакта с отверстием.

Ранее трубы заготавливали на лентопильном станке. При таком способе обработки торцы труб остаются недостаточно ровными. Это происходит из-за низкой точности реза, так как полотно лентопильного станка подается под углом и рез всегда уводит в сторону, а в некоторых моделях станков система зажима приподнимает трубы во время фиксации, что дает еще большую кривизну реза. Также, лентопильный станок оставляет крупные заусенцы при резке. Такое качество реза требовало дополнительной механической обработки напильником, вследствие чего, на кромках торцов труб образовывалась неравномерная фаска. Пока сварка теплообменников производилось в ручную, в большинстве случаев, кривизной торцов труб и неравномерностью фаски можно было пренебрегать. Автоматизация процесса сварки требует более прецинзионной подготовки торцов труб, в противном случае повторяемость сварочных процессов недостижима.

В этом проекте с проблемой при резке труб справляется прецизионный орбитальный труборез «ORS 115». Система фиксации которого точно центрирует трубы во время резки, а жесткая двухосевая планшайба направляет отрезную фрезу строго перпендикулярно оси отрезаемой трубы.

В ходе наладки производственного процесса было сварено около шестидесяти сварочных стыков. Были настроены разные рабочие режимы сварки: для различных диаметров труб, для стыков с различной геометрией подготовки и для исполнения различных требований к геометрии сплавления сварочной ванны. Сама сварка на разных режимах длится от 20 до 40 секунд. Также перед сваркой происходит продувка шланг-пакет инертным газом и заполнение им полости зашитой камеры до формирования ламинарного течения потока газа на стык в течении 15 секунд. Поскольку титановые сплавы после сварки должны остывать в среде инертного газа, то обдув продолжается и после сварки, увеличивая общее время процесса на 60 секунд, в случае сварки обычной стали или нержавеющих сплавов для послесварочной продувки достаточно 15 секунд. Итого, общее время процесса обварки одной трубы небольшого диаметра в решетку из титановых сплавов составляет 110 секунд. Известно, что тепло выделяемое во время сварки, существенно подогревает ближайшие стыки в решетке. Поэтому во время сварки макетов трубной решётки (трубной доски) был определен порядок выполнения сварочных швов так, чтобы при сварке реальных теплообменников тепловложения и геометрия сплавления от выполнений сварки не оказывали существенного влияния на сварку следующих швов. Сварка проводилась с применением лантанированныйх вольфрамовых электродов WL-20. В процессе сварки происходит естественное выгорание электрода, что проявляется нестабильным горением сварочной дуги и уменьшением переплавляемой массы металла, в результате ухудшается качество сварки. Поэтому вольфрамовый электрод нуждается в регулярной заточке. На отлаженных режимах вольфрам необходимо перетачивать не реже, чем каждый двадцатый запуск сварки.

Для достижения максимального качества сварки при переточке требуется следить за углом заточки и направлением заточного инструмента. При большом объёме работы переточка коротких отрезков вольфрама в ручную затруднительна и влечет его перерасход. Поэтому для автоматизированных комплексов TIG сварки обязательно применение специальных машин для заточки вольфрамовых электродов. Ранее на завод было поставлено оборудование «LEEDER 2502.76» для сварки кольцевых швов Чешской компании HST creative, вместе с которым успешно применяется специальная машинка для заточки вольфрамовых электродов «WEG 4.0». Принцип работы заточной машинки достаточно прост: вольфрам крепится в специальную оправку и подается на вращающийся алмазный диск вдоль его оси. На заточной машинке предусмотрена регулировка угла заточки для разных режимов сварки. Когда заточка происходит на заточной машине своевременно, то острие вольфрамового электрода не нужно полностью перетачивать, а достаточно немного обновить его поверхность, что экономит расход вольфрамовых электродов при сварке.

В процессе обучения, пройдя практический курс работы на орбитальной сварке, сварщики и операторы быстро освоили оборудование. В итоге, каждый оператор научился самостоятельно выполнять основную работу по вварке труб одновременно двумя комплектами оборудования. Первое время операторы успевали сварить не более 25 стыков в час, со временем в работе производительность увеличилась почти в два раза. Применение автоматизированной орбитальной сварки позволило оптимизировать производственный процесс: существенно сократить влияние человеческого фактора на наличие брака при производстве теплообменников из титановых сплавов, освободить высококвалифицированных сварщиков от рутинной работы в пользу других ответственных направлений в сварке на производстве и повысить общую производительность.

Теплообменные трубы кожухотрубчатых стальных аппаратов — это серийно выпускаемое технологическое оборудование из углеродистных, коррозионностойких и латунных труб. Большое количество сварных соединений в трубных досках и высокие требования к их качеству делают необходимой автоматизацию применяемых процессов. Именно поэтому заказчик решил отойти от индивидуальной обварки каждой трубы вручную.

Для автоматизации процесса сварки инженерами «ДельтаСвар» был предложен способ, при котором конец каждой трубы пропускают через отверстия в трубной доске так, чтобы торец трубы находился примерно в плоскости трубной доски. Тем самым мы получаем шов типа «заподлицо».

При сварке торец трубы закрывается направляющим стержнем, а на поверхности трубной доски производят оплавление кромок.

После этого направляющий стержень легко удаляется, а концы приваренных труб не требуют зачистки. С учетом того, что диаметр труб, применяемых при изготовлении технологического оборудования заказчика, достигает 70 мм, идеальным решением стало применение сварочной головки Р16 немецкого производителя Orbitalum Tools GmbH.

Комплект поставки оборудования:

В рамках выполнения проекта инженерами «ДельтаСвар» были отработаны режимы сварки на образцах клиента, а также проведено обучение персонала по работе с оборудованием.

По результатам внедрения данного автоматизированного комплекса клиент добился увеличения производительности в 3 раза и повысил качество сварных швов за счет исключения человеческого фактора.

Данный проект может быть реализован в таких отраслях промышленности, как авиационно-космическая отрасль, пищевая, молочная промышленность и производство напитков, фармацевтическая и химическая промышленность, производство трубопроводов.

Поставка комплекта орбитальной сварки для предприятия пищевой промышленности
Орбитальная сварка является одним из самых востребованных и эффективных способов сварки труб. Особенную популярность она завоевала в фармацевтической и пищевой отраслях промышленности. В компанию «ДельтаСвар» обратилось руководство завода, специализирующегося на проектировании и изготовлении емкостного технологического оборудования для предприятий пищевой промышленности, а также на производстве оборудования для фармацевтических и косметологических производств. .

Поставка комплекса для орбитальной сварки и подготовки труб диаметрами 3-115 мм
В связи с увеличением выпуска продукции руководство одного из крупнейших заводов-производителей, специализирующегося на разработке, производстве, испытаниях, ремонте и обслуживании авиационной техники, обратилось в компанию «ДельтаСвар» с задачей по автоматизации сварки труб. Требовалось сваривать трубы диаметрами от 4 до 80 мм из нержавеющей стали и титана. .

Автоматизация процесса сварки труб в трубную доску
Современное производство стремится максимально механизировать или автоматизировать сварку труб, особенно при их последующем использовании в составе ответственных изделий. В компанию «ДельтаСвар» обратилось предприятие, которое занимается изготовлением и обслуживанием оборудования для нефтехимических производств. Большое количество времени уходит на ручную сварку трубной доски, именно поэтому задачей было автоматизировать этот процесс. .

Поставка оборудования для орбитальной сварки труб диаметром от 3 до 77 мм из нержавеющей стали
Предприятия-производители с каждым годом ставят все более амбициозные цели по улучшению качества продукции и стремятся по максимуму механизировать и автоматизировать свое сварочное производство. Особенно это касается предприятий фармацевтической отрасли, ввиду повышенных требований к качеству сварных швов и высокой конкуренции. .

Поставка источника орбитальной сварки ORBIMAT 180 SW
Постоянное расширение производства – одна из целей, которую стремится достичь каждый производитель. С увеличением объёмов производства также требуется увеличение мощностей. С задачей по открытию дополнительной линии производства в ООО «ДельтаСвар» обратилось предприятие, занимающееся сваркой труб различного назначения. .

Современное производство стремится максимально механизировать или автоматизировать сварку труб, особенно при их последующем использовании в составе ответственных изделий.

В компанию «ДельтаСвар» обратилось предприятие, которое занимается изготовлением и обслуживанием оборудования для нефтехимических производств. Большое количество времени уходит на ручную сварку трубной доски, именно поэтому задачей было автоматизировать этот процесс.

Специалистами ООО «ДельтаСвар» был предложен комплекс орбитальной сварки немецкого производителя Orbitalum Tools, разработанный специально для подготовки труб перед сваркой и дальнейшей приварки их в трубную доску.

Источник сварочного тока ORBIMAT 300 CA AVC/OSC для механизированной орбитальной сварки TIG имеет уникальную концепцию управления и ряд дополнительных технических функций, например, контроль по напряжению на дуге (AVC), что обеспечивает превосходное качество при многопроходной сварке в сочетании с головкой для орбитальной сварки P16 AVC. В результате получается инновационная и экономичная сварочная система.

Жидкостное охлаждение сварочной головки P16 обеспечивает охлаждение всей головки и увеличивает продолжительность включения. Головка горелки имеет возможность плавно поворачиваться на 30 градусов – это необходимо при сварке труб, выступающих из трубной плиты, а также в условиях ограниченного пространства.

Машина для обработки бойлерных труб BRB 2 компании Orbitalum разработана для работы с теплообменниками в стесненных условиях и обеспечивает точную подготовку торцов труб и плиты. С помощью запатентованной компанией Orbitalum Tools системы Quick-Tool-Change (QTCR) можно быстро и просто заменять режущий инструмент. Все многофункциональные инструменты (MFW) имеют до 4 режущих кромок и высокоэффективное покрытие, предотвращающее износ. Благодаря этому можно с высокой точностью особенно быстро обрабатывать торцы труб из низко- и высоколегированных сталей.

Комплект поставки составил:

Источник сварочного тока для орбитальной сварки ORBIMAT 300 CA AVC/OSC – 1 шт.;
Головка для приваривания труб P16 AVC с подачей холодной проволоки;
Тележка ORBICAR W со встроенной системой жидкостного охлаждения – 1 шт.;
Пакет программного/аппаратного обеспечения – 1 шт.;
Машина для обработки бойлерных труб BRB 2 с комплектом расходных материалов – 1 шт.;
Станок заточный для электродов ESG Plus 15°/18°/22,5°/30° – 1 шт.;
Расходные материалы.

Данное оборудование является идеальным решением для подготовки и приварки труб в трубную доску.

После поставки оборудования инженерами компании «ДельтаСвар» были произведены пусконаладочные работы и обучение сотрудников работе на оборудовании.

По результатам поставки заказчик получил:

значительное сокращение брака за счет исключения влияния человеческого фактора;
стабильно высокое качество получаемых изделий;
сокращение времени на изготовление трубной доски.

Оборудование для орбитальной сварки может применяться в различных отраслях промышленности, где используется сварка труб.

Поставка комплекса орбитальной сварки Orbitalum Tools для производства оборудования для нанесения нанопокрытий
Нанотехнологии, включая технологии нанопокрытий, показывают на современном рынке инновационных материалов высокие темпы развития. Это, в свою очередь, расширяет коммерческую реализацию накопленных специалистами знаний и требует расширения производственных мощностей. .

Клиент уже приобретал у нас аналогичное оборудование. Убедившись на своем опыте, что покупка данного оборудования — это не затраты, а инвестиции, им было принято решение о покупке еще одного комплекта, состоящего из головки P16 и источника сварочного тока ORBIMAT 300 CA.

Благодаря сварочной головке P16, приваривание труб в трубные решетки происходит с высокой точностью, неизменным качеством и со 100% повторяемостью швов.

За счет сохраненных программ в памяти источника ORBIMAT 300 CA, сварка выполняется по заранее отработанным режимам, и риск получения брака сводится к минимуму. Доступ в настройки источника разделен на три уровня (администратор, технолог, исполнитель работ), что исключает возможность изменения сварочных параметров сварщиком.

Комплект поставки оборудования:

Источник сварочного тока ORBIMAT 300 CA;
Тележка со встроенной системой водяного охлаждения;
Головка для приваривания труб P16 с холодной подачей проволоки;
Кабель массы 300 CA, 5 м;
Пакет программного/аппаратного обеспечения;
Крепежный стержень группы B;
Пружинный балансир;
Центрирующий патрон B12.

Специалисты компании «ДельтаСвар» провели обучение персонала, а также заварили контрольные образцы.

По результатам исследований контрольных образцов, глубина проплавления металла составила 2,5 мм при минимально требуемой 1,5 мм.

При использовании данного комплекта заказчик получил:

Необходимый, гарантированный провар металла;
100% повторяемость сварного шва;
исключение человеческого фактора;
Контроль за соблюдением режимов сварки.

Данное оборудование может быть применено в таких отраслях промышленности, как пищевая и молочная промышленность, производство напитков, фармацевтическая, химическая, энергетическая, нефтяная и газовая промышленность, производство трубопроводов.

Специалисты «ДельтаСвар» всегда рады помочь с выбором сварочного оборудования, оказать консультации по вопросам дальнейшего обслуживания и пр.

Применение этих устройств связано с широким использованием трубных конструкций в современной промышленности. Орбитальные сварочные головки необходимы в тех случаях, когда возникает необходимость избежать поворота самого свариваемого изделия (трубы) во время сварки: при сварке неповоротных стыков трубопроводов, приварке фланцев и отводов к трубам и вварке труб, штуцеров и патрубков в трубные доски. Наибольшее распространение головки для орбитальной сварки нашли при изготовлении и монтаже объектов теплоэнергетики (котлов, бойлеров, парогенераторов), оборудования для химической, пищевой, фармацевтической промышленности, в двигателестроении, судостроении, авиастроении, при строительстве магистральных трубопроводов.

Создание оборудования комплексов орбитальной сварки требует больших инвестиций из-за сложности самой технологии орбитальной сварки, и его производство под силу только крупным компаниям, специализирующимся на разработках именно в этой области. Поэтому многие фирмы, выпускающие сварочное оборудование, не производят орбитальные головки сами, а заказывают их под своей торговой маркой. На мировом рынке представлено оборудование для орбитальной сварки под торговыми марками Air Liquide (Франция), ESS Schweisstechnik (Германия), Maus (Италия), Oerlicon Schweiss-technik (Швейцария), Orbitec (Германия), SAF (Франция), TIG-A-MATIC (Германия), Protem (Германия). На российском рынке оборудование для орбитальной сварки предлагают в основном крупные иностранные производители — Polysoude (Франция), Axxair (Франция), ESAB (Швеция), Arc Machine Inc. (США). В СССР разработка и производство такого оборудования велись в организациях Минмонтажспецстроя, Минатомэнерго и Минавиапрома. Однако производилось его мало, и поступало оно только на специализированные предприятия. Сейчас такие установки изготавливают НПО НИКИМТ (Москва), ОАО «Электромеханика» (Ржев), НПФ «Технотрон» (Чебоксары), ООО «Констар» (Обнинск) и различные небольшие организации (в основном это монтажные управления бывших советских министерств).

В статье мы не будем касаться специальных видов оборудования (каждая такая установка требует отдельной статьи, а то и книги) и рассмотрим только те типы орбитальных сварочных головок, которые выпускаются серийно и предназначены для решения наиболее широкого круга задач.

Применяемые методы сварки

Из-за перемещения сварочной ванны вокруг стыка по круговой орбите (откуда и пошло название орбитальных сварочных головок) для данных устройств можно использовать только методы сварки в защитных газах. Чаще всего применяют метод сварки непла-вящимся электродом в среде аргона (TIG или WIG, или GTAW); для труб большого диаметра — сварку плавящимся электродом в углекислом газе или его смесях с автоматической подачей присадочной проволоки (MIG/MAG или GMAW); для труб из титана, алюминиевых сплавов и прочих специальных сплавов возможно использование плазменной или микроплазменной сварки. Сварка методом TIG (GTAW) и плазменная сварка в зависимости от толщины стенки трубы и применяемой разделки кромок могут вестись как с подачей присадочной проволоки, так и без нее.

При сварке стыков толстостенных труб (толщина стенки более 4 мм), когда возникает необходимость снятия фаски под сварку, подойдет комплексный метод — корневой проход сваривается методом TIG или плазменной сваркой, а заполняющий и облицовочный валики накладываются методом MIG/MAG. Такое сочетание позволяет получить соединение высокого качества, которое практически нет необходимости подвергать дальнейшей обработке (зачистке, снятию усиления шва и т. д.).

Одним из самых современных методов орбитальной сварки является плазменная сварка глубоко проникающей импульсной дугой с подачей подогретой присадочной проволоки.

Источники питания для орбитальной сварки

Источниками питания для орбитальной сварки служат в основном инверторные выпрямители постоянного (DC) или постоянного/переменного (AC/DC) тока. Выпрямители классического типа используются редко (в основном отечественными производителями — для снижения цены).
Выбор инверторных источников питания обусловлен несколькими причинами: необходимостью получения шва высокого качества (особенно при сварке трубопроводов для пищевых или агрессивных жидкостей или трубопроводов, работающих под давлением), потребностью в регулировании на источнике многочисленных параметров сварки и быстром переключении его на различные режимы. Источники питания иностранного производства имеют микропроцессорное управление, встроенные блоки синергетичес-кого управления и способны программировать и контролировать следующие параметры режима сварки:

высокочастотное зажигание дуги;
плавное нарастание тока после зажигания дуги;
ток сварки;
напряжение дуги;
длину дуги (система AVC — Arc Voltage Control — регулировка длины дуги контролем напряжения);
параметры импульсного режима (ток, время и форму импульсов, синхронизацию импульсов, ток и время паузы, баланс импульсов по отношению к нулевой линии тока);
плавный спад тока (режим заварки кратера);
подачу защитного газа до и после сварки.

Безусловно, далеко не все источники питания имеют такое количество регулировок. Для многих моделей вполне достаточно тех функций, которые имеют обычные инверторы для сварки TIG (ток и напряжение дуги, импульсные регулировки, управление подачей защитного газа). Большое значение имеют функции управления сварочной головкой, поддерживаемые источником:

скорость вращения сварочной головки вокруг стыка;
контроль за положением электрода по отношению к стыку (система слежения за стыком);
порядок перемещения электрода по траектории (включая перекрытие шва в конце сварки на 3–5° и возможное разбиение стыка на секторы с заданием порядка сварки различных секторов);
возврат сварочной горелки в начальное положение по окончанию сварки;
скорость подачи присадочной проволоки, подача подогревающего тока на присадочную проволоку (при сварке с подачей присадки);
колебания электрода поперек оси стыка (включая задержки электрода на краях разделки);
вертикальное и угловое перемещения электрода;
подача защитного газа в горелку и поддув защитного газа к корню шва (внутрь свариваемой трубы);
управление системой слежения за процессом сварки (некоторые комплексы орбитальной сварки комплектуются телевизионными или лазерными камерами наблюдения).

Некоторые источники питания могут подключаться к персональным компьютерам. В этом случае облегчается программирование режимов сварки, которое можно выполнять не в цехе или монтажной площадке, а в условиях технологических бюро. Большим преимуществом является режим записи и сохранения реальных параметров сварки. За счет этого существует возможность получения протоколов сварки каждого стыка, что значительно облегчает работу по сварке трубопроводов, подведомственных Гостехнадзору и другим контролирующим организациям. Такой протокол можно записать на дискету или передать по компьютерной сети в технологическое бюро, или хранить в памяти системы управления самого источника питания; при необходимости протокол сварки можно распечатать для контроля или анализа. Для удобства работы источники питания комплектуются переносными пультами управления, которые дают возможность оперативного управления процессом сварки непосредственно с рабочего места.

Автоматы для орбитальной сварки (или орбитальные сварочные головки) условно можно разделить на: закрытые орбитальные сварочные головки; открытые головки; самоходные орбитальные механизмы и головки для вварки труб в трубные доски.

Закрытые орбитальные головки используются на трубах малого диаметра (начиная с наружного диаметра 2,5 мм) или для сварки особо ответ ственных стыков. Такие головки имеют полукольца для каждого диаметра трубы, при помощи которых происходит зажим свариваемых труб (рис. 4). После установки головки на трубе и проверки положения стыка верхняя часть головки закрывается специальными защелками. Полукольца фиксируют стык и одновременно обеспечивают герметичность реакционного пространства. Таким образом, сварка происходит фактически в камере с контролируемой атмосферой, состоящей из защитного газа. Электрод горелки находится внутри зубчатого кольца и за счет вращения этого кольца от привода головки «обегает» стык по заданной программе.

Закрытые орбитальные головки являются наиболее простыми по конструкции. На них можно реализовать только сварку методом TIG без подачи присадочной проволоки и без поперечных колебаний электрода.

Открытые орбитальные головки, в которых также используется сварка методом TIG, нашли применение для сварки стыков на трубах в диапазоне диаметров от 100 до 500 мм. На монтажной скобе головки крепится привод вращения, кольцевая направляющая со сварочной горелкой и фиксатор. Такая головка крепится только на одну из свариваемых труб, поэтому для качественной сварки необходимы различные системы фиксации стыка. Кабель-пакет, в котором собраны сварочный кабель, провода управления и газовый шланг, подводится непосредственно к горелке. Для предотвращения попадания кабель-пакета в зону сварки на скобе головки устанавливаются специальные поддерживающие втулки.

Открытые головки могут комплектоваться системами поперечного колебания электрода (обычно эксцентриковые осцилляторы или крестовые суппорты) и механизмами подачи присадочной проволоки. Различные варианты открытых орбитальных головок показаны на рисунке 5.

Рис. 6. Типы сварных соединений при вварке труб в трубные доски:
а— труба заподлицо с трубной доской; б— труба утоплена в трубную доску; в— труба выступает над трубной доской; s— сварной шов

Головки для вварки труб в трубные доски применяются при изготовлении котельного оборудования и водонагревателей. Внешне эти головки напоминают дрель. Применяемый метод сварки — TIG (GTAW). Головка устанавливается непосредственно на ввариваемый патрубок или на соседние патрубки и крепится на внутреннем диаметре трубы разжимным фиксатором. В зависимости от типа сварного соединения (рис. 6) сварочная горелка головки перемещается по кругу внутри либо снаружи патрубка под углом к его оси. При установке патрубка заподлицо с трубной доской электрод горелки поворачивается перпендикулярно к трубной доске. При вварке труб с большой толщиной стенки, когда возникает необходимость разделки кромок, сварочные головки оснащаются механизмами подачи присадочной проволоки — внешними или встроенными в горелку.

Рис. 7. Внешний вид (а) головки для вварки труб в трубные доски, установка головки на трубной доске (б), расположение сварочной горелки (в)

Существенным отличием от открытых орбитальных головок является коллекторный подвод сварочного тока, что делает головки для вварки труб сложными по конструкции и требующими специального обслуживания.

Самоходные орбитальные механизмы применяют при сварке стыков труб большого диаметра (от 160 мм и более) и приварки фланцев к трубам. Применяемые методы сварки — TIG (GTAW) с подачей холодной или подогретой присадочной проволоки, MIG/MAG (плавящимся электродом в защитном газе), FCAW (плавящейся порошковой проволокой), плазменная сварка с подачей присадочной проволоки. Механизм перемещается вокруг стыка по различным вариантам направляющих, устанавливаемых на трубе:

жесткий зубчатый венец (приводное зубчатое колесо перемещается по зубьям венца);
роликовая цепь, натянутая на трубе (приводная звездочка прокатывается по роликам и одновременно натягивает цепь для фиксации положения механизма на трубе);
гибкие кольцевые направляющие шины (механизм крепится боковыми упорами за шину, перемещение по трубе осуществляется приводными роликами).

Для перемещения механизма применяют приводы постоянного тока с тиристорным управлением и высокоточные низкооборотные планетарные редукторы. Конструкция самоходных механизмов позволяет использовать некоторые из них для сварки прямолинейных швов на плоских или криволинейных конструкциях с небольшой кривизной (рис. 9).

Рис. 11. Система для обработки труб компании Axxair: а — привод орбитальной резки на зажимном устройстве; б — резка токостенной трубы; в — головка орбитальной TIG-сварки на зажимном устройстве

При конструировании самоходных орбитальных механизмов часто применяют модульный принцип. Это позволяет быстро заменять горелки для различных методов сварки в процессе эксплуатации и при необходимости устанавливать на механизме дополнительные опции — крестовой суппорт для поперечных колебаний электрода, шарнир для поворота сварочной горелки, устройство подачи присадочной проволоки и т. д.

К вспомогательным механизмам и опциям оборудования для орбитальной сварки относятся:

различные системы подачи проволоки (холодной или подогретой) для сварки методом TIG;
автономные блоки водяного охлаждения (применяются очень часто, учитывая напряженный режим работы оборудования);
наружные и внутренние центраторы и зажимы для стыков труб;
системы газовой защиты остывающего шва;
системы газовой защиты корня шва изнутри.

Многие из этих опций (как, например, центраторы, наружные и внутренние системы газовой защиты) настолько разнообразны и специфичны, что рассказ о них — это тема отдельной статьи.

Требования к подготовке стыков под сварку

Учитывая, что орбитальная сварка является односторонней и порой отсутствует возможность подварки корня шва изнутри, иногда применяют сварку на остающемся подкладном кольце. Однако очень часто условия эксплуатации трубопровода не позволяют уменьшить внутреннее проходное сечение трубы. Поэтому при сварке труб с толщиной стенки свыше 3 мм рекомендуется применять разделку кромок. Некоторые варианты разделки кромок приведены на рисунке 10.
Высокие требования к качеству сварного шва на трубопроводах вынуждают применять специальные технологии подготовки стыков под сварку. При этом очень важным оказывается соблюдение следующих требований:

перпендикулярность плоскости стыка к оси трубы;
отсутствие грата при резке;
чистая плоскость реза;
точность установки зазора при сборке стыка под сварку;
минимальные допуски на элементы разделки кромок (если она применяется).

Для точного изготовления сложных разделок (рис. 10 д, е, ж) чаще всего применяют труборезы с резцами, которые работают по принципу токарных станков. На таких труборезах, используя различные типы резцов, можно осуществлять резку, торцовку и разделку кромок. Точную отрезку труб, исключающую операцию торцовки, можно выполнять на токарных или трубо-резных станках.

Однако удобнее воспользоваться специальными станками для орбитальной резки труб. У этих станков резка осуществляется тонкой дисковой фрезой (пильным диском), у которой количество зубьев точно соответствует толщине стенки трубы. Труба фиксируется в зажимных губках и остается неподвижной во время всей операции резки. Привод резки поворачивается вокруг трубы (вручную или автоматически), таким образом, вращающаяся фреза совершает круговое движение вокруг трубы, осуществляя точную резку, гарантирующую отсутствие грата. При установке специальных угловых фрез на трубе можно снимать фаску под V-образную разделку с различными углами.

Интересен опыт компании Axxair (Франция), которая совместила станки для орбитальной резки труб со сварочными головками (без подачи или с подачей присадочной проволоки). Модульный принцип позволяет использовать семь зажимных устройств в диапазоне диаметров труб от 5 до 620 мм для орбитальной резки (три типа приводов резки — два электрических и один пневматический) и орбитальной TIG-сварки. Такое решение позволяет создать удобный и гибкий комплекс технических средств для изготовления в цеховых условиях, например, следующих узлов и изделий: гидроцилиндры, приварка отводов к трубам, сварка методом TIG корневого прохода стыков толстостенных цилиндрических изделий, резка и сварка цельнотянутых токостен-ных труб и другие. Принципиальное построение системы для обработки труб от Axxair изображено на рисунке 11.

Читайте также: