Nejvyšší možná kvalita spojovacích prvků u výrobců a uživatelů

Obrázek 1: Práce v prostředí čisté místnosti / Fig.1: Práce v prostředí čisté místnosti

Obrázek 2: Optimalizované svařovací parametry pro konkrétní várku základního materiálu.

Obrázek 2: Optimalizované parametry svařování pro konkrétní šarži materiálu.

Obrázek 3: Návod k svařování (Welding Procedure Specification) pro výrobu konkrétního dílce. / Fig. 3: Welding Procedure Specification for the production of a specific component.

Obrázek 3: Návod na svařování (Welding Procedure Specification) pro výrobu konkrétního dílce. / Fig. 3: Welding Procedure Specification for the production of a specific component.

Obrázek 4: Uzavřený orbitální svářecí hlava

Obrázek 5: Zařízení vhodné do čistého prostoru: uzavřená orbitální svářečka WIG a ovládací panel s dotykovou obrazovkou se nacházejí uvnitř čisté místnosti, zatímco zdroj svařovacího proudu je umístěn mimo v servisní oblasti. / Obrázek 5: Zařízení pro svařování s uzavřenou orbitální svářečkou WIG a dotykovou obrazovkou uvnitř čisté místnosti a zdroj proudu mimo v servisní oblasti.

Obrázek 6: Dockweilerův formulář „Hlášení o svařitelnosti“. / Obrázek 6: Dockweilerův hlášení o svařitelnosti.

Žáriteľnosť ako podstatný výrobkový znak

Ako výrobca prefabrikovaných montážnych dielov pre vysokočisté nerezové potrubné systémy zaujíma nemecká rodinná firma Dockweiler vedúce postavenie vo svete v oblasti výstavby zariadení v oblastiach polovodičov, farmácie, biotechnológie a fotovoltaiky. Veľká časť ponúkaných komponentov vzniká spájaním jednotlivých dielov, preto je technológia zvárania v rámci firemnej filozofie považovaná za veľmi dôležitú.

Rovnaké ako väčšina spoločností, ktoré sú závislé od úspešného použitia svojich zváracích procesov, aj Dockweiler kladie dôraz na systémové kontroly všetkých vstupných surovín, avšak v tomto prípade nie je nutné zabezpečiť len vynikajúcu kvalitu vlastnoručne vyrobených spojovacích prvkov, ale je potrebné aj umožniť zákazníkom výrobu zváracích švov, ktoré zodpovedajú najprísnejším normám.

Komponenty s jednoduchou geometriou, ako sú rúry, ohyby, odbočky, redukčné kusy alebo kryty, ako aj zložitejšie zostavy ako zberače, ventily a pod., sú navrhnuté tak, aby boli súčasťou potrubného systému na zásobovanie high-tech výrobných zariadení vysokočistými kvapalinami alebo plynmi.

Komplexná kontrola vstupných surovín

Vo firme Dockweiler sú všetky vstupné diely podrobené dôkladnej kontrole. Vstupné materiály sú akceptované len v prípade, že sú sprevádzané príslušnými výrobkovými certifikátmi, chemické zloženie základných materiálov je pravidelne analyzované a musí spĺňať platné normy alebo stanovené požiadavky, tolerancie rozmerov sa musia pohybovať v stanovených medziach a mechanické vlastnosti a odolnosť voči korózii musia dosahovať aspoň dohodnuté hodnoty.

Po úspešnom prechode vstupnou kontrolou sú diely skúšané z hľadiska ich zváracích vlastností. Vo väčšine prípadov stačí odborníkom vizuálna kontrola niekoľkých vopred vykonaných skúšobných zváraní na určenie parametrov, ktoré sa majú programovať pri orbitálnom zváraní skúšobných vzoriek. Kvalita takto vyrobených zváracích vzoriek je podrobená dôkladným skúškam: dôsledná vizuálna kontrola oblasti zvárania, geometria zvárov na vnútornej aj vonkajšej strane celého obvodu rúry, stav povrchu zvárov, tepelné farebné odtiene a pod. Ak je to potrebné, pomocou metallografických odrezkov sa zisťuje, či bola dosiahnutá dostatočná a rovnomerná prekrývacia zváranie vo všetkých polohách, aký je stav tepelnej ovplyvňovacej zóny a či nedošlo k tvorbe hrubozrnnosti alebo k oddeleniu zliatiny. Spolu s mechanickými vlastnosťami zváraného spoja a odolnosťou voči korózii sa získané výsledky používajú na finálnu optimalizáciu programovaných zváracích parametrov. Keďže zvýšenie rýchlosti zvárania vzhľadom na malý priemer rúry neprináša ekonomicky zaujímavé skrátenie doby horenia oblúka, optimalizácia sa môže vykonať výlučne s cieľom dosiahnuť čo najlepšiu kvalitu zváraných švov. Vyplnený formulár s parametrami zvárania pre konkrétnu zliatinu je zobrazený na obr. 2.

Vnútorná normy závodu zodpovedajú najprísnejším požiadavkám

Teraz je potrebné zistiť, či niektoré alebo všetky skúšané vstupné materiály zodpovedajú interným normám závodu Dockweiler. Táto interná norma bola navrhnutá pre vnútorné použitie a obsahuje najprísnejšie požiadavky zo všetkých platných noriem a predpisov. Časti vyrobené podľa tejto normy môžu byť neskôr dodané všetkým zákazníkom, a to úplne nezávisle od špecifikácií platných v konkrétnom prípade.

Zvyšné vstupné materiály sú hodnotené podľa rozsiahlejšieho klasifikačného systému a dostávajú známky od 1 do 5. Na základe týchto známok sa rozhoduje o najlepšom využití daného materiálu. Zatiaľ čo niektoré diely môžu byť vhodnejšie pre aplikácie v farmaceutickom priemysle vzhľadom na ich vlastnosti, iné môžu mať ideálne predpoklady pre použitie v polovodičovej výrobe. Vo firme Dockweiler majú skúsenosti, že pre materiály v súvislosti s polovodičovými aplikáciami je vhodná len známka 3 alebo lepšia.

Vyspelá zváracia technológia

Vhodná kvalita materiálov a správna geometria použitých dielov sú nevyhnutnými podmienkami na dosiahnutie vynikajúcej kvality zvárania, avšak samotný zvárací proces, zariadenie, spotrebný materiál, pracovné podmienky a pod. musia byť rovnako starostlivo vyberané.

WIG zváranie patrí medzi najvhodnejšie metódy na spojovanie citlivých nerezových alebo niklových zliatin. Pri tomto procese sa neuvoľňujú žiadne škodlivé výpary a nevznikajú striekance, zvary majú hladký a rovnomerný povrch a parametre zvárania je možné upravovať v širokých medziach tak, aby sa neznížila vlastnosti základného materiálu.

Každý, kto to skúšal, potvrdí, že zváranie tenkostenných rúrok s malým priemerom pomocou manuálneho WIG procesu je mimoriadne náročná úloha. Len pod dohľadom dobre vyškoleného, vysoko motivovaného zvárača je možné dosiahnuť požadované výsledky; nedostatočná reprodukovateľnosť a extrémne nízka produktivita sú dôvody, prečo je vhodné sa tejto metóde vyhýbať, ak je to možné.

Orbitálne WIG zváranie umožňuje trvalo zvýšiť produktivitu pri zváraní kvalitných rúrok a udržať konzistentnú vysokú kvalitu zváracích švov. Zvárací horák WIG je vedený pomocou vhodného zariadenia okolo obvodu rúrok. Optimalizované hodnoty parametrov zvárania sú naprogramované vopred a uložené v riadiacej jednotke zariadenia. Obsluha zváracieho zariadenia nasleduje pokyny vytvorené pre danú zváraciu operáciu (Welding Procedure Specification - WPS), úplná inštrukcia na zváranie T-kusu je zobrazená na obr. 3. Na prípravu zvárania musí obsluha umiestniť orbitálny zvárací hlavu na spojované diely, potom spustí zvárací cyklus. Samotný proces zvárania potom prebieha plne automaticky bez zásahu obsluhy, po ukončení cyklu obsluha odstráni orbitálnu hlavu a môže sa venovať ďalšej úlohe.

Zváranie tenkostenných rúrok je možné vykonávať bez prídavného materiálu, konce rúrok sa roztavujú pomocou oblúka a tvoria požadovaný zvár. Obrázok 4 zobrazuje špeciálnu uzavretú orbitálnu zváraciu svorku vyvinutú pre tento účel. Celá oblasť zvárania je umiestnená vo vnútri komory, ktorú tvorí svorka. Pred, počas a po zváraní je komora naplnená inertným plynom, čím sa spoľahlivo chráni taviace sa kovové kvapky a okolitá tepelne ovplyvňovaná zóna pred neželanými reakciami so vzdušným kyslíkom. Samotný zvárací horák pozostáva z wolframovej elektródy upevnenej na otáčajúcom sa kruhu v svorke, ktorá je vedená pozdĺž zváracej špáry.

Zváracie zariadenia vhodné do čistých priestorov

Aby sa splnili požiadavky na kvalitu, sú diely od Dockweileru vyrábané v prostredí čistého priestoru, ako je zobrazené na obr. 1. V takomto priestore je kontrolovaná atmosféra, tzn. počet a veľkosť častíc vo vzduchu je obmedzený stanovenými limitmi. Vzduch je kontinuálne privádzaný cez filtre umiestnené pod stropom a preteká priestorom v laminárnom prúde. Prípadné častice sú unášané prúdom vzduchu a odstraňované cez odťahové otvory v spodnej časti čistého priestoru.

Prítomnosť ľudí v čistom priestore spôsobuje uvoľňovanie významného množstva častíc, preto je potrebné, aby pokožka a vlasy boli čo najviac zakryté. Osoby pracujúce v čistom priestore sú navyše vyzvané, aby sa vyhýbali prudkým pohybom. Z dôvodov podobných aj mnoho technických zariadení nie je vhodných do čistého priestoru, najmä ak narúšajú laminárny prúd vzduchu teplými povrchmi alebo silnými ventilátormi.

Uzavreté orbitálne zváracie svorky môžu byť používané v čistých priestoroch. Hoci pri zváraní elektrickým oblúkom vzniká významné množstvo častíc, zostávajú v komore svorky, a tak nemôžu kontaminovať okolitú atmosféru.

Zdroj napájania pre WIG zváranie produkuje odpadové teplo, ktoré je odvádzané silnými ventilátormi do okolitého vzduchu, preto je úplne nevhodný do čistého priestoru. Pri výmene zváracieho zariadenia vo výrobnej linke Dockweiler získal od francúzskej firmy Polysoude zdroj napájania typu P4, ktorý je špeciálne navrhnutý na prácu v prostredí čistého priestoru. Hlavný zdroj je úplne oddelený od zvyšku zváracej linky a umiestnený mimo čistý priestor v servisnej zóne, zatiaľ čo ovládací panel a uzavretá svorka sú umiestnené priamo v prostredí čistého priestoru (obr. 5).

Povrch ovládacieho panelu s integrovaným displejom je hladký a ľahko udržiavateľný, neobsahuje žiadne spínače alebo pohyblivé časti, ktoré by mohli zachytávať prach alebo nečistoty. Ochranný odev pre obsluhu nie je problém, tlačidlá na dotykovom displeji je možné ľahko ovládať aj v rukaviciach. Počas procesu sa údaje zo systému sledovania zváracieho procesu neustále vyhodnocujú, takže je možné sledovať priebeh cyklu a všetky dôležité parametre zvárania v reálnom čase cez grafické rozhranie.

Programovateľné a neprogramovateľné zváracie parametre

Vznik zváracieho spoja je ovplyvnený mnohými faktormi, ktoré sa všeobecne označujú ako zváracie parametre. Pri orbitálnom WIG zváraní poznajú odborníci v Dockweileri veľké množstvo týchto faktorov, ktoré môžu viac či menej výrazne ovplyvniť úspešnosť výroby spojov alebo spôsobovať ich zlyhanie.

Niektoré zváracie parametre majú taký veľký vplyv na proces, že je samozrejmé, že ich nastavenie je potrebné vykonať pri každom zváraní alebo ho aspoň kontrolovať. Pri manuálnych metódach sú zvárači zvyknutí tieto parametre regulovať a kontrolovať pomocou ovládacích prvkov na zdroji prúdu, pri automatickom WIG zváraní sú parametre vopred stanovené a naprogramované. Preto sa tieto parametre označujú ako programovateľné zváracie parametre.

V priebehu programu typického orbitálneho cyklu sú stanovené nasledovné funkcie a s nimi súvisiace parametre:

- Predplnenie plynu: čas pred zapálením oblúka, počas ktorého je komora uzavretej orbitálnej svorky naplnená ochranným plynom a prečistená.
- Zapálenie: oblúk sa zvyčajne zapáli vysokofrekvenčnou elektrickou výbojkou.
- Zvárací prúd: zváranie sa zvyčajne vykonáva pulzným stejnosmerným prúdom, takže je potrebné naprogramovať dĺžku pulzu, pulznú a základnú hodnotu prúdu.
- Otáčanie: lineárna rýchlosť zvárania závisí od otáčok zváracieho horáka a priemeru rúry.
- Sektory: na kompenzáciu vplyvu gravitácie v rôznych polohách a rastúcej teploty dielov počas cyklu je možné programovať sektory. Zníženie energie sa môže dosiahnuť napríklad predĺžením doby nižšieho základného prúdu v novom sektore.
- Zníženie prúdu: náhle vypnutie zváracieho prúdu môže viesť k tvorbe kráterov a trhlín v zvare, preto sa prúd na konci zvárania pomaly znižuje až do prerušenia oblúka (Downslope).
- Následné plnenie plynom: čas po prerušení oblúka, počas ktorého sa udržiava prúd a prietok ochranného plynu v komore uzavretej orbitálnej svorky, aby sa dostatočne ochladil zvárací šev a okolitý základný materiál.

Po správnom uvedení zváracieho zariadenia do prevádzky je možné vykonať naprogramovaný zvárací cyklus podľa plánu. Na spustenie je potrebné pripojiť zariadenie k elektrickej sieti, k zdroju zváracieho a ochranného plynu; do svorky je nutné vložiť wolframovú elektródu so správnym zložením, správnym ostrihaním a presnou dĺžkou, a svorky musia byť zodpovedajúco zvolené a namontované podľa vonkajšieho priemeru rúrok, ktoré sa majú zvárať.

Po zapnutí zariadenia potrebuje zdroj určitý čas na dosiahnutie prevádzkovej teploty a spoľahlivé regulovanie nastavených zváracích prúdov; prietok zváracieho a ochranného plynu je potrebné manuálne nastaviť a udržiavať, kým rúry, hadice a ventily nie sú dostatočne prečistené a všetok vzdušný kyslík a vlhkosť nemôžu uniknúť. Dostatočný počet skúšobných zváraní zabezpečí, že svorka sa zohrieva a prípadné nečistoty vo vnútri zmiznú.

Teraz je zariadenie pripravené na prevádzku a výroba zváraní môže začať.

Spustenie orbitálneho zváracieho zariadenia je pomerne zložité. Hoci sú hodnoty programovateľných parametrov uložené v programe zvárania, pokyny týkajúce sa prípravy zariadení a nastavení alebo kontroly neprogramovateľných parametrov by mali byť čo najpresnejšie stanovené v inštrukcii na zváranie (WPS).

Orbitálne zváranie pri predvýrobe alebo na stavbe

Orbitálne zváracie zariadenia sú navrhnuté tak, aby bolo možné opakovane vykonávať rovnaký programovaný zvárací cyklus. Dobrý výsledok zvárania zostáva reprodukovateľný tak dlho, ako sú podmienky v okolí konštantné. Odborníci v Dockweileri dôsledne dbajú na svoje znalosti používaných výrobných prostriedkov a presne sledujú, aby žiadne neúmyselné zmeny nenarušili osvedčený pracovný postup. Dodatočne inštalované zariadenia pomáhajú udržať vysokú kvalitu zvárania: pomocou jednotiek na čistenie plynu a filtračného systému na prívode ochranného a formovacieho plynu sa z potrubí odstraňujú prípadné nečistoty a zvyšky vlhkosti; meracie zariadenie na výstupe formovacieho plynu poskytuje informácie o zostatkovom obsahu kyslíka v plyne, čo umožňuje hodnotiť účinnosť procesu a minimalizovať spotrebu plynu a časové nároky.

V súhrne možno povedať, že vynaložené úsilie skutočne vedie k tomu, že sa dosahujú úplne bezchybné zváracie spoje, ktoré prekračujú požiadavky. Avšak, ako už bolo spomenuté, odborníci na zváranie tak len z polovice splnili svoju misiu.

Na úplné splnenie úlohy musia špecialisti zabezpečiť, aby komponenty dodané firmou Dockweiler boli úspešne zvárané aj zákazníkmi.

Zváranie elektrickým oblúkom na stavbe je vždy považované za kritickú operáciu. Na rozdiel od výroby v továrni je na mieste veľa podmienok, ktoré nie je možné alebo len ťažko kontrolovať. Elektrické napájanie je často prerušované, nestabilné alebo má posunutý fázový uhol. Meniace sa environmentálne podmienky môžu spôsobovať problémy s zariadeniami a spotrebným materiálom, vysoké teplotné výkyvy a kondenzujúca vlhkosť môžu poškodiť zariadenia a materiály, a dostatočná ochrana pred prachom a nečistotami nie je vždy zabezpečená.

V dôsledku takýchto nepriaznivých pracovných podmienok môžu byť pozorované všetky možné chyby zvárania: nedostatočné alebo príliš silné prekrývanie, nevhodná geometria švu, tvorba pórov, farebné odtiene a pod. Je samozrejmé, že mechanické vlastnosti a odolnosť voči korózii spojov sú taktiež negatívne ovplyvnené týmito chybami.

Avšak, nedostatočné pracovné podmienky nie sú jediným zdrojom chýb, ktoré môžu viesť k neúspechu zvárania na strane zákazníka: často sú na vine aj nesprávna príprava zariadení, neodborné zaobchádzanie, programové chyby, nekvalitné rúry alebo spotrebný materiál, poškodené zariadenia a pod. Ak zákazník požaduje technickú podporu, je požiadaný, aby poskytol podrobné informácie o použití, zariadení a vzniknutých problémoch a vyplnil formulár „Weldability Complaint Report“ (obr. 6). Odborníci na zváranie sa potom snažia zistiť, či personál zákazníka zvláda obsluhu zariadenia a má dostatočné skúsenosti, aby sa predišlo chybnej inštalácii, nesprávnemu pripojeniu vedení, omylom načítaným programom, nesprávne použitým materiálom, nesprávne umiestneným dielom a podobne.

Je tiež dôležité zistiť, či problém vznikol od začiatku alebo či si ho zákazník už dokázal vyriešiť a niektoré spoje už úspešne zváral. Väčšinu programových chýb je možné ľahko odhaliť, ak majú odborníci k dispozícii program. Renomované firmy v oblasti zvárania často investovali veľa času a peňazí do získania skúseností a vytvorenia spoľahlivých zváracích inštrukcií a programov, a preto si svoje technické know-how chránia ako obchodné tajomstvo. Tento prístup je pochopiteľný a akceptovateľný, no určite neprispieva k rýchlemu riešeniu konkrétnych problémov.

Samozrejme, v Dockweileri sa snažia najskôr vyriešiť problémy zákazníkov na diaľku, ale poruchy spôsobené poškodenými elektronickými súčiastkami, netesnosťami v plynových prívodoch, poruchami, ktoré sa objavujú v nejasných intervaloch, a iné vážne problémy je často možné vyriešiť len na mieste. V takých prípadoch sa snažia zabezpečiť servisné zásahy v súlade s požiadavkami zákazníka. Pri veľmi zložitých prípadoch je tiež možné konzultovať s výrobcom zariadení. Špecialisti z Dockweileru sú v úzkom kontakte s rôznymi firmami v oblasti zváracej techniky, pričom servis Polysoude je známy vďaka svojej vysokej reakčnej schopnosti a vždy profesionálnej podpore.

Či už má zákazník obavy z malých odchýlok vo zváracích výsledkoch alebo zápasí s úplným zlyhaním zváracej techniky, v minulosti sa vždy podarilo nájsť uspokojivé riešenie, a sú odhodlaní aj naďalej podávať to najlepšie.

Zhrnutie

Správne vykonávanie výroby prefabrikovaných dielov pre vysokočisté nerezové potrubné systémy vyžaduje dôslednú vstupnú kontrolu dodaných surovín, komplexnú klasifikáciu základných materiálov z hľadiska ich zváracích vlastností a v neposlednom rade technicky vyspelé zváracie zariadenie. WIG orbitálne zváranie bez prídavného materiálu patrí medzi najvhodnejšie metódy na zváranie tenkostenných rúrok, ak je požadovaná najvyššia kvalita. Francúzka firma Polysoude zohráva vedúcu úlohu na medzinárodných trhoch ako výrobca a dodávateľ automatizovaných zariadení na zváranie oblúkom a ponúka aj zariadenia špeciálne určené do čistých priestorov.

Stála vysoká kvalita ponúkaných dielov je určite nevyhnutnou podmienkou na splnenie vysokých nárokov kladených na potrubné siete v prostredí s vysokou čistotou, no udržateľný obchodný úspech je možný len vtedy, ak zákazníci môžu spoľahnúť na komplexné poradenstvo a spoľahlivú technickú podporu. To platí najmä v súvislosti so zváracími spojmi, ktoré sa vykonávajú na pracovisku alebo na mieste. Dockweiler poskytuje svojim zákazníkom rozsiahle informácie, napríklad overené zváracie parametre, ale v prípade vážnych problémov môžu zákazníci priamo kontaktovať špecialistov na zváranie. Vďaka dlhoročným skúsenostiam a často v úzkej spolupráci s výrobcami zariadení sa im v minulosti vždy podarilo nájsť prijateľné riešenie všetkých problémov a odhodlaní sú aj naďalej podávať to najlepšie.