ORBITALNO ZAVARIVANJE NEHRĐAJUĆIH ČELIKA TIG POSTUPKOM

Orbitalno zavarivanje je proces kod kojeg električni luk putuje kružno oko radnog komada opisujući kružnicu, odnosno gdje električni luk putuje za kut od minimalno 360 stupnjeva oko radnog komada bez prekida. Orbitalno zavarivanje prvi put primjenjeno je 60-tih godina prošlog stoljeća kada je grupa inžinjera radeći za veliku avionsku kompaniju razvila sistem koji je omogućio automatsku rotaciju TIG gorionika oko cijevi, što je tada bilo značajno unaprijeđenje u odnosu na ručno TIG zavarivanje Orbitalno zavarivanje se prvenstveno koristi kada su zahtjevi na kvalitet zavarenog spoja visoki u mehaničkom, metalurškom i geometrijskom smislu. Ovi zahtjevi nisu samo usmjereni samo na mehanička svojstva i na zahtjeve kontrole kvalitete npr. prozračivanjem već i na korozijska svojstva i estetski izgled zavarenog spoja. Glavni razlozi korištenja orbitalnog zavarivanja su kod većine korisnika: ravan, jednolik i homogen korijenski zavar.

POSTUPCI

Postupci zavarivanja koji se danas koriste kod orbitalnog zavarivanja bilo kao mehanizirani ili poluautomatizirani procesi su:

  1. TIG postupak za zavarivanje sa ili bez dodatnog materijala (hladna i vruća žica)
  2. TIG postupak u uskom žljebu (vruća žica)
  3. MIG/MAG postupak za zavarivanje
  4. Plazma postupak za zavarivanje (samo u posebnim slučajevima u HV položaju - zidni)

Zbog potrebe dobre kontrole taline zavara, orbitalni proces zavarivanja se koristi većinom u kombinaciji s TIG postupkom zavarivanja hladnom žicom ili bez dodatnog materijala uz poštivanje svih pravila TIG postupka zavarivanja odabirom plina za zavarivanje, čistoće i pripreme spoja. Svakako treba voditi računa i o zavarljivosti materijala i strukturnim zahtjevima metala zavara koji su bitni za mehanička i korozijska svojstva zavarenog spoja. Rotaciju oko radnog komada obavlja dio opreme za orbitalno zavarivanje koji nazivamo orbitalnim glavama za zavarivanje. Orbitalna glava za zavarivanje se sastoji od fiksnog dijela koji služi za fiksiranje glave na radni komad i dijela koji rotira i na sebi nosi gorionik za zavarivanje. Na taj način gorionik za zavarivanje može svojom kretnjom opisivati kružncu oko radnog komada. U praksi možemo susresti način zavarivanja koji bi se mogao nazvati orbitalnim zavarivanjem, gdje radni komad rotira dok gorionik miruje što je u suprotnosti s definicijom orbitalnog zavarivanja.

Međutim, u ovom slučaju se ipak radi o zavarenom spoju koji čini kružnicu i koji nastaje minimalnom rotacijom od 360O, ali sada radnog komada, a ne gorionika odnosno električnog luka. Gorionik za zavarivanje može se u ovom slučaju postaviti u najpovoljniji položaj glede utjecaja sile gravitacije na talinu zavara i konfiguracije radnog komada. Prednost ovog sistema je u tome što rezultati mogu biti konstantniji i moguće je ostvariti veće brzine zavarivanja, ali je velika mana fleksibilnost primjene.
 

PRIMJENA, MOGUĆNOSTI I OGRANIČENJA

Područja industrije u kojima se orbitalno zavarivanje prvenstveno koristi su:

  • Kemijska i naftna industrija
  • Farmaceutska industrija
  • Prehrambena industrija
  • Zrakoplovna i svemirska industrija
  • Nuklearna industrija
  • Poluvodička industrija

 

Osim gore navedenih orbitalno zavarivanje se često koristi i u slijedećim industrijskim granama i proizvodnji:

  • Pneumatskih dijelova
  • Autoindustriji
  • Izgradnji magistralnih cjevovoda
  • Brodogradnji itd.

Primjena orbitalnog zavarivanja kao što se može primjetiti iz navedenog je široka. Logičan zaključak je da su time mogućnosti korištenja ogromne, no one su limitirane kako u financijskom smislu zbog visoke cijene opreme, tako i u debljini i vrsti materijala, pristupačnosti spoju za zavarivanje, mogućnostima pripreme itd. Zbog specifičnosti orbitalnog zavarivanja to su elementi kružnog oblika koji se spajaju zavarivanjem (cijevi, lukovi, koljena, T-komadi, prirubnice, razni cijevni prikjlučci i slični spojevi).

OPREMA ZA ORBITALNO ZAVARIVANJE

Oprema za orbitalno zavarivanje sastoji se prvenstveno od izvora struje za zavarivanje i glava za orbitalno zavarivanje. Jedan od zadataka izvora struje za zavarivanje je kontrola i upravljanje kretnjama glava za orbitalno zavarivanje. Glave mogu biti različitih izvedbi i konstrukcijskih rješenja. Dio opreme za orbitalno zavarivanje svakako mogu biti i razne dodatne naprave.

Izvor struje za TIG zavarivanje
Izvori struje za zavarivanje mogu biti istosmjerni (DC) izvori namjenjeni prvenstveno za zavarivanje konstrukcijskih čelika, nehrđajućih čelika i titana , ali mogu biti i izmjenični (AC) izvori struje koji se tada mogu primjenjivati za zavarivanje aluminija i aluminijskih legura.

Suvremeni izvori struje za orbitalno zavarivanje moraju posjedovati sposobnost upravljanja i kontrole strujama za zavarivanje, brzinama rotacije glava za zavarivanje, kontrole dodavanja dodatnog materijala, kontrole protoka plina za zavarivanje i zaštitu korijena, kontrole hlađenja rashladnom tekućinom glava za zavarivanje itd. Danas, izvori struje za zavarivanje moraju posjedovati mogućnost praćenja bitnih parametara za zavarivanje koji utječu na krajnji rezultat kvalitete zavarenog spoja, njihov ispis putem internog ili vanjskog tiskača, prijenos podataka na PC radi obrade istih, memoriranje programa, autoprogramiranje, poruke upozorenja itd.

 

ORBITALNE GLAVE ZA ZAVARIVANJE

Tri su uobičajna tipa orbitalnih glava za zavarivanje koje pokrivaju gotovo cijelo područje primjene i potreba orbitalnog zavarivanja. To su potpuno zatvorene glave za zavarivanje, otvorene glave za zavarivanje i glave za zavarivanje cijevi u cjevnu stjenu.

Zatvorene glave za zavarivanje
Zatvorene glave za orbitalno zavarivanje namjenjene su za izvođenje procesa zavarivanja u potpuno zatvorenom komornom sistemu. Komorni (zatvoreni) dio glave puni se prije zavarivanja zaštitnim plinom za zavarivanje tako da je cijeli zavareni spoj tokom procesa zavarivanja potpuno zaštićen od utjecaja atmosfere. Ove glave se prvenstveno koriste za zavarivanje nehrđajućih čelika i titana, upravo iz razloga zaštite površine (lica i korijena) zavarenog spoja od oksidacije.

Ove orbitalne glave za zavarivanje služe isključivo za zavarivanje bez dodatnog materijala, te se zbog toga koriste za debljine materijala do 3 mm, (max. do 4 mm), te za vanjske promjere cijevi od (1,6) 2 do cca. 170 mm ovisno o proizvođaču .

Otvorene glave za orbitalno zavarivanje
Otvorene glave za orbitalno zavarivanje uobičajeno se koriste za zavarivanje materijala koje je potrebno iz tehnoloških razloga zavarivati uz uporabu dodatnog materijala, za debljine stijenki iznad 3 mm i za višeslojno zavarivanje . Gorionik za zavarivanje se ovisno o proizvođaču može zakretati između 35O i 45O što daje mogućnost zavarivanja kutnih zavarenih spojeva. Održavanje visine udaljenosti netaljive volfram elektrode od radnog komada održava se mehaničkim putem.

Međutim, kod višeslojnog zavarivanja potrebno je ostvariti njihanje i automatsku kontrolu udaljenosti netaljive volfram elektrode od radnog komada. U ovom slučaju gorionik za zavarivanje mora biti montiran na motorizirani križni support. Motori moraju biti upravljivi od strane izvora struje za zavarivanje. Prilikom izrade programa za zavarivanje zadaju se osim standardni i parametri širine njihanja, frekvencije njihanja, zadržavanje u određenim položajima, ali se sada visina tj. udaljenost netaljive volfram elektrode od radnog komada mora održavati elektronski, odnosno mora postojati automatska kontrola napona zavarivanja (AVC).

Orbitalne glave za zavarivanje cijevi u cjevne stjene
Ove se glave koriste za izradu i reparaturu izmjenjivača topline različitih izvedbi i namjena. Uobičajeno je da cijevne stjene posjeduju više stotina do desetak tisuća cijevi koje se moraju zavariti (cijevni snop). Za zavarivače je to izuzetan napor ukoliko se isti moraju zavarivati ručno, ali i veličina cijevi mali razmak između njih i sl. uveliko otežavaju rad zavarivača koji i uz najbolju vještinu i volju ne može u ovom slučaju dati jednoliku kvalitetu i visoku produktivnost. Kako su svi zavareni spojevi jednaki, operater mora samo poštovati pravila rada koji će davati konstantnu kvalitetu. Glave za zavarivanje mogu biti različitih izvedbi i specijalnih namjena kao što je zavarivanje cijevi unutar cijevne stjene, sa ili bez dodatnog materijala.

 

PLINOVI ZA ORBITALNO ZAVARIVANJE

Argon, Helij, Vodik i Dušik te njihove mješavine su plinovi koji se često koriste tijekom procesa zavarivanja kao zaštitni plinovi za zavarivanje i zaštitni plinovi za zaštitu korijena zavarenog spoja. Međutim, u Europi se češće koristi plin argon i mješavine argona i vodika, te argona i dušika. Razlog tomu je visoka cijena helija.

Osim što je funkcija zaštitnog plina zaštita taline zavara od utjecaja okoline (oksidacije), uporabom navedenih plinova i njihovih mješavina možemo dodatno utjecati na geometriju zavara, penetraciju i unos toplne u zavareni spoj, ali isto tako možemo utjecati na kemijski sastav i strukturu zavarenog spoja što se nikako ne smije zanemariti prilikom izbora plina za određeni materijal koji se namjerava zavarivati.

Gore navedeni plinovi i njihove mješavine koriste se za TIG i plazma postupak za zavarivanje, dok se za orbitalni MAG postupak koristi mješavina argona i ugljičnog dioksida.

Može se reći da se plinovi koji se koriste za orbitalno zavarivanje ne razlikuju po sastavu od uobičajenih plinova za ručno zavarivanje za određeni postupak i za određeni materijal, ali se ipak koriste sa provjerenim kemijskim sastavom i visokim stupnjem čistoće.

Plinovi koji se koriste u svrhu orbitalnog zavarivanja :

Plinovi za orbitalno zavarivanje, sastav, namjena, postupak i materijali

PRIPREMA NETALJIVIH VOLFRAM ELEKTRODA

Netaljiva volfram elektroda je izvor električnog luka i jedan je od najvažnijih čimbenika orbitalnog TIG zavarivanja koji se često zapostavlja od strane korisnika. Netaljivu volfram elektrodu mora se brusiti strojno. Kontroliran i pouzdan start ovise o kvaliteti brušenja i sastavu netaljive volfram

IZBOR PARAMETARA ZA ZAVARIVANJE

Prilikom procesa zavarivanja cijevi jedan izuzetno bitan faktor koji moramo imati u vidu je progresivno zagrijavanje cijevi u području zone zavarenog spoja. To područje se zagrijava progresivno i akumulira energiju od električnog luka za vrijeme rotacije električnog luka oko cijevi .

Ukoliko se unos energije ne smanjuje tijekom procesa zavarivanja i nastanka zavarenog spoja, volumen taline metala zavara će kontinuirano rasti, a metalurške promjene bit će neizbježne. U svim pozicijama (9, 12, 3 i 6 sati i između) balans taline metala zavara je važan, odnosno važno je kontrolirano održavanje ravnoteže između sile gravitacije i sila površinske napetosti taline metala zavara s ciljem ostvarivanja jednolike visine korijena zavarenog spoja i geometrije lica zavarenog spoja.

Ova se ravnoteža i kontrola veličine taline metala zavara može uspješno rješiti preko odgovarajućih parametara zavarivanja i to: vrijednostima impulsne struje, frekvenciji impulsa, brzini zavarivanja na način da se za svako kritično područje radi zaseban podprogram odnosno parametri za tzv. sektore npr. od 9 do 12 sati, od 12 do 3 sata od 3 do 6 sati i konačno od 6 do 12 sati . Smanjivanje unosa energije uobičajeno se ostvaruje preko vrijednosti impulsne i osnovne struje, ali i preko brzine zavarivanja za određene sektore.

Uobičajeni parametri zavarivanja koji se programski određuju su: plin prije i poslije, struja paljenja, struja zagrijavanja, impulsna i osnovna struja, brzina zavarivanja, brzina i način dodavanja dodatnog materijala, vrijednost AVC kontrole, parametri njihanja, te sva pripadajuća vremena.

Bitna je činjenica da kroz korištenje sistema za orbitalno zavarivanje možemo lako postići sposobnost izrade zavarenih spojeva visoke kvalitete uz besprijekornu ponovljivost te kvalitete. Ona se može postići samo ako poštujemo sva pravila ZAVARIVANJA NEHRĐAJUĆIH ČELIKA i održavamo konstantnima sve ulazne parametre. Pravila korištenja orbitalne opreme za zavarivanje i način rada nikada se ne smiju kršiti, mjenjati ili oblikovati po volji tijekom rada. Takvim načinom rada neće se postići željeni rezultati, a oprema za orbitalno zavarivanje bit će potpuno nesvrsishodna.

Ukratko, više je razloga za uporabu opreme za orbitalno zavarivanje:

1. Produktivnost

2. Kvaliteta i ponovljivost

3. Ulaganje u nivo zavarivačkih znanja i vještina

4. Fleksibilnost

Vrsta objave