جوشکاری اوربیتال (Orbital Welding)
جوشکاری اوربیتال یک نوع جوشکاری تخصصی است به این ترتیب که قوس در یک فرآیند مستمر بصورت مکانیکی از ظریق گردش 360 درجه (دو تا 180 درجه) در اطراف یک قطعه استاتیک ، مثل لوله می چرخد. این فرآیند برای رفع خطای اپراتوری در فرآیندهای جوشکاری (GTAW) مورد توجه قرار گرفته است. در جوشکاری اوربیتال (Orbital Welding) ، فرآیند جوشکاری توسط کامپیوتر کنترل می شود و دخالت اپراتور را در جوشکاری کم می کند. این فرآیند مخصوصا برای جوشکاری های با کیفیت بالا (به ویژه در لوپ های WFI و PW و گازها که در صنعت دارو کاربرد دارد) استفاده میشود.
تاریخچه
فرآیند جوشکاری اوربیتال توسط سرپرست تحقیق ،Pavlecka. H.V و مهندس Meredith Russ از شرکت Aircraft Northrop ،بیش از 50 سال پیش ، برای رفع خطای اپراتوری در GTAW اختراع شد.
تجهیزات
اجزای اصلی یک سیستم جوشکاری اوربیتال شامل منبع تغذیه جوشکاری اوربیتال، کنترلر ، هد جوشکاری و مکانیزم گریندر تنگستن می باشند. برای جوشکاری سایزهای خاص و مواد مختلف ، از سیستم خنک کن (آب خنک) استفاده خواهد شد. عوامل زیادی در کیفیت جوش تاثیر دارد، از جمله طول قوس ، اندازه و فرکانس پالس جریان جوشکاری ،سرعت جوشکاری ، گاز محافظ ، کیفیت موادی که تیوب (لوله) از آن ساخته شده ، جنس فیلر ، آماده سازی جوش و هدایت حرارتی. درنهایت ، برای داشتن یک جوش با کیفیت بالا، اطالع دقیق از نحوه تنظیم تمامی پارامترهای ذکر شده برای جوشکاری اوربیتال لازم است.
کاربردفرآیند جوشکاری
دستیابی به بالاترین استانداردهای کیفیت و ایمنی در جوشکاری دستی بسیار دشوار است واین مساله به خاطر موقعیت خاص جوشکاری ، overhead و hand-down جوش می باشد برای مثال ، دسترسی محدود کاربر در موقعیت جوشکاری ، اغلب منجر به جوش های معیوب می شود. به منظور داشتن کنترل کامل بر حوضچه مذاب (Weld Pool) ، بایستی تعامل کامل بین نیروی جاذبه و نیروی تنش سطحی در موقعیت های مختلف تورچ برقرار شود. با استفاده از روش های مکانیزه فنی ، بخش های خاصی از فرآیند جوشکاری با قطعات مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرد.به یاد داشته باشید که جوشکار همیشه نظارت و کنترل بر روند جوشکاری خواهد داشت.در شرایط ایده آل ، قبل از جوشکاری تمام پارامترهای جوشکاری بطور کامل توسط کنترلر برنامه نویسی می شود ولی در عمل ، با وجود همه عوامل متغیر ، اغلب الزم است جوشکار اقدامات اصالحی را انجام دهد.
برای جوشکاری اوربیتال تیوب از هد های بسته (enclosed weld heads) استفاده میشود که یک فرآیند لفیقی طبق استاندارد ASME بخش IX می باشد.یک جوشکاری موفق اتوماتیک اوربیتال GTA جوشی هست که متغییرها و نمونه های دوره ایی و یا آزمون هایی که برای نفوذ جوش می باشد ، توسط اپراتور مانیتور شود .
توجه داشته باشید که متغیری که تغییر کرده ، یک مهارت اولیه است و می تواند به راحتی ازدست برود. آموزش و تجربه برای یک اپراتور برای موفق شدن در جوشکاری قابل قبول ، مورد نیاز می باشد.جوشکاری موفق اتوماتیک اوربیتال GTA خیلی بستگی به چند پارامتر متغیر مهم دارد که شامل برنامه نویسی دستگاه جوش و تنظیم دستگاه هد جوشکاری می باشد.
تعمیر و نگهداری دستگاه هد جوشکاری دستگاه اوربیتال ولدینگ اغلب یک فاکتور تاثیرگذار در کیفیت جوش می باشد .قسمت های داخلی دستگاه هد جوشکاری به دلیل استفاده نامناسب آسیب می بیند و اصطلاحا نیم سوز می شود.اصطالح charring ذغال (کربن) میباشد که باعث هدایت الکتریسیته و اتصال کوتاه فلوی جریان از طریق تنگستن می شود. دستگاه هد جوشکاری دارای یک سیستم چرخ دنده سیار دقیق می باشد که می تواند به مرور زمان کثیف شود و احتیاج به تمیزکاری داشته باشد.
یک جوشکاری اوربیتال موفق همچنین وابسته به استفاده از جنس تیوب با کیفیت بالا می باشد . معموال تنها تیوب (نه لوله) و اتصالات استنلیس استیل 316L برای جوشکاری اوربیتال اتوماتیک GTA استفاده می شود .جوشکاری اوربیتال موفق ، همچنین وابسته به خلوص نوع گاز آرگون دارد که به عنوان گاز پشتیبان و گاز محافظ (backing and shielding gas) استفاده میشود. برای مصارف صنعتی معمولی حداقل خلوص گاز 995.99 %و برای مصارف غذایی و دارویی باید از گاز فوق العاده خالص با درصد 98.99 استفاده شود در ضمن برای پرج گاز از تجهیزات تمیز (از جمله شیرها و رگلاتورها و فلوکنترل) استفاده گردد. 
معمولا نباید از قطعات الستیکی برای پرج گاز استفاده شود زیرا الستیک باعث جذب و رها کردن رطوبت و اکسیژن می شود. رطوبت و اکسیژن (در آرگون) جزو آلاینده های مضر می باشند و باعث خلل در کیفیت جوش اوربیتال می شوند.آزمون جوش (Weld Coupon) ، بر روی قطعاتی از فلز یا تیوب استیل برای ارزیابی مهارت جوشکار استفاده می شود ، معموال این آزمون برای شروع شیفت کاری و زمان هایی که پارامتر متغیری تنظیم و یا تغییر می یابد و در پایان شیفت انجام می شود. (در صورت صلاح دید بازرس جوش این تناوب بیشتر هم میشود.) هر آزمون جوش بصورت داخلی و خارجی جهت نفوذ پذیری کامل ، عرض جوش مناسب و دیگر معیار ها باید بررسی و انجام شود.
برای قطرهای کوچک نیز معموال آزمون جوش الزم است.تمام آزمون جوش باید دارای نفوذ کامل و عرض مناسب باشد.تغییرات در یکپارچگی جوش نماینگر یک مشکل است که باید برای ادامه جوشکاری آنرا حل کرد.معموال اوربیتال ولدینگ تنها بر روی تیوب انجام می شود ، به دالیل متعددی و از همه مهمتر قطر خارجی تیوب های تولیدی است که برای بستن بر روی دستگاه هد جوش دارای اهمیت زیادی است.
امروزه جوشکاری اتوماتیک اوربیتال GTA به عنوان روش اتصال استاندارد در صنایع نیمه هادی و داروسازی برای گازها و سیستم های مایع به کار می رود.این سیستم ها بر اساس درصد خالص بودن و حساسیت در نشتی گازها رتبه بندی می شوند.در تمامی صنایع تولید کننده شیرها، اتصاالت، رگوالتورها، گیج ها و دیگر قطعات و برای کاربردهای با خلوص بالا (مثل WFI و PW) از اواسط سال 1980 جوشکاری اوربیتال توسعه یافته است. برای جوشکاری تیوب جهت کاربردهای با خلوص بالا فقط از دستگاه هد بسته (fully enclosed weld head) استفاده میشود.
مواد جوشکای اوربیتال
جوشکاری اوربیتال تقریبا همیشه با تکنیک (Tungsten Inert Gas) TIG/GTAW با استفاده از الکترودهای دائمی انجام میشود و در صورت لزوم از روش TIG با سیستم خنک کن (Could Wire Feed) استفاده میشود. آسان ترین روش جهت کنترل گرمای ورودی ایجاد شده توسط جوشکاری TIG برای جوشکاری اوربیتال تیوب ها استفاده از هدهای جوشکاری اوربیتال است که شامل یک دستگاه گیره ، یک الکترود TIG و یک سیلندر گاز محافظ می باشد . می توان بسیاری از فلزات مختلف را جوش داد از جمله : استیل های مقاوم دربرابر حرارت بالا ، مقاوم در برابر خوردگی ، فولاد کربن استیل غیر آلی و کم آلیاژ ، آلیاژهای نیکل ، تیتانیوم ، مس ، آلومنیوم و آلیاژهای مرتبط. 
قطر تیوب
با توجه به دقت بالا جوشکاری اوربیتال TIG ، حتی کوچکترین قطر استاندارد تیوب یعنی سایز 6.1 میلی متر را نیز می توان جوش داد.در مقیاس بزرگ ، تیوب با قطرهای بالای 170 میلی متر با ضخامت 5.3 میلی متر را با دستگاه هد جوشکاری محفظه بسته (closed chamber weld heads) میتوان جوش داد. این هدهای جوشکاری اجاره می دهد تا تورچ بسیار دقیق در موقعیت خود قرار گیرد و تیوب با امنیت باالیی نگه داشته شود. گاز محافظ بی اثر در یک فضای بسته حتی با حساس ترین مواد، مانع گرمای ایجاد شده می شود .برای قطر تیوب بین 8 تا 275 میلیمتر ، می توان از هد های جوشکاری باز (open welding heads) که فایل کنترل میباشند. استفاده کرد.(به جز برای مصارفی که دارای خلوص بالا هستند). 
یک سیستم شلنگ انعطاف پذیر برای اتصال دستگاه هد جوشکاری به منبع تغذیه دستگاه جوشکاری اوربیتال وصل می شود که گاز آرگون ، آب کولینگ و وایر فیلر را به دستگاه جوش اتصال می دهد .وایر فیلر در زمان جوشکاری بستگی به نوع کار جوشکاری دارد. تیوب های ضخیم نیاز به ستفاده از مواد اضافی دارند، در حالی که تیوب های با ضخامت نازک می تواند بدون وایر اضافه جوش داده شوند.برای ایجاد جوش با کیفیت بالا ، ضروری است لبه تیوب ها عاری از هر گونه ناخالصی و پلیسه باشند.برای برش تیوب های با ضخامت کم تا ابعاد متوسط ، یک اره -right angled مناسب خواهد بود.برای تیوب های با ضخامت بالا، ضروریست لبه برش لوله با دقت آماده شود برای مثال استفاده از U-groove cross-section.
بخش های تجاری و بازار
با توجه به توانایی جوشکاری اوربیتال در دستیابی به نتایج با خلوص بالا ، این نوع جوشکاری جایگاه بسیار مناسبی در ساخت تجهیزات اتاق تمیز صنعت نیمه هادی ها پیدا کرده است.کاربرد جوشکاری اوربیتال در حال حاضر در لوله کشی و ساخت تجهیزات صنایع غذایی ، داروسازی ، مهندسی شیمی ، مهندسی خودرو ، بیوتکنولوژی ، کشتی سازی و هوافضا گسترش یافته است.جوشکاری اتوماتیک اوربیتال همچنین در ساخت نیروگاه ها (نیروگاه های حرارتی) استفاده میشود. .
مواد استفاده شده در این صنعت باید مقاوم در برابر فشار بارهای مکانیکی زیاد و دمای بالای ایجاد شده توسط مواد عبوری از داخل تیوب ها باشد. هیچ درز و سوراخی نباید در انشعابات و جوش وجود داشته باشد ، زیرا این نقاط ضعیف می تواند منجر به ترک های بعدی شود.این مساله به نوبه خود می تواند عواقب جدی در معیوب شدن قطعات داشته باشد.
به همین دلیل تیوب ها غالبا با آلیاژ نیکل با ضخامت 200 میلی متر ساخته می شوند. یک تولید کننده دستگاههای جوشکاری ، پیشرفت خوبی در ساخت دستگاه جوش برای همین مورد داشته است .این دستگاه دارای یک چرخ دنده متحرک است که بر روی یک رینگ راهنمای ثابت feed wire –hotاوربیتال با به دور تیوب حرکت می کند. این نوع جدید دستگاه جوشکاری اوربیتال ، عالقه زیادی در این زمینه ایجاد کرده است ، با رونق روزافزون صنعت ساخت و ساز نیروگاه ، جستجوی سریع و بی سابقه برای ایجاد روش های تولید تیوب های مقاوم استیل در برابر درجه حرارت بالا آغاز شده است.
نتیجه گیری
علاوه بر روش های مرسوم جوشکاری TIG سرد و جوشکاری سیم جوش ، پیشرفت زیادی در جوشکاری FCAW / MAG / MIG ایجاد شده است که کاربردهای جدید و زیادی در صنایع مختلف از جمله هوافضا ، داروسازی ، خودرو و غیره دارد.
جوشکاری اوربیتال می تواند یک جوشکاری قابل اطمینان با کیفیت قابل بازیابی با استفاده از تکنیک های وسیع و روش های مختلف ارائه نماید.حتی می توان این کیفیت را با یک استاندارد عالی و مواد غیر معمول ، تیوب های ضخیم ، تیوب های با قطر پایین و حتی محیط کارهای بسیار دشوار به دست آورد.هزینه تجهیزات جوشکاری اوربیتال 5 الی 10 برابر هزینه های تجهیزات جوشکاری معمولی است اما بهره وری آن چندین برابر جوشکاری مرسوم TIG می باشد. (2 الی 3 برابر).
گروه رایمون با تیم مهندسین حرفه ای با جدید ترین تجهیزات روز دنیا آماده فعالیت در پروژه های جوشکاری اوربیتال شما با سابقه فعالیت درخشان در این زمینه می باشد.با انتخاب ما با بهترین ها همراه باشید. درخصوص مشاوره با شما تماس 09108117569 در تماس باشید .
