جوشکاری اوربیتال خودکار، یک فرآیند تخصصی جوشکاری قوس الکتریکی است که در آن مشعل جوش به صورت مکانیکی و دقیق، 360 درجه حول یک لوله یا قطعه مدور می‌چرخد. این روش به عنوان استاندارد طلایی در صنایعی شناخته می‌شود که نیازمند بالاترین سطح کیفیت، تکرارپذیری، نفوذ کامل و عدم وجود هرگونه عیب در اتصالات حیاتی (Critical Welds) هستند، مانند صنایع نفت و گاز، هوافضا، داروسازی، و نیمه‌هادی‌ها. هدف اصلی این فناوری، حذف خطای انسانی و تضمین یکپارچگی جوش تحت شرایط فشار و دمای بالا است.

۱. اصول و لزوم استفاده در صنایع حساس

جوشکاری اوربیتال معمولاً بر پایه فرآیند GTAW یا TIG (Tungsten Inert Gas) یا گاهاً MIG/MAG خودکار بنا نهاده شده است.

دلیل برتری جوشکاری اوربیتال

• تکرارپذیری بی‌نظیر: تمام پارامترهای جوش (جریان، ولتاژ، سرعت حرکت مشعل، نرخ تغذیه سیم و تزریق گاز محافظ) توسط یک کنترلر کامپیوتری مدیریت می‌شوند. این امر تضمین می‌کند که هر جوش، دقیقاً مشابه جوش قبلی و بعدی باشد.

• کیفیت رادیوگرافی (Radiographic Quality): کنترل دقیق پارامترها و سرعت یکنواخت در طول کل مسیر جوش، منجر به ایجاد جوش‌هایی عاری از تخلخل (Porosity)، ناخالصی و عدم نفوذ (Lack of Fusion) می‌شود که به راحتی از آزمون‌های غیرمخرب (مانند تست رادیوگرافی و آلتراسونیک) عبور می‌کنند.

• مناطق با دسترسی دشوار: قابلیت اجرای جوشکاری در فضاهای محدود یا لوله‌هایی که دسترسی فیزیکی جوشکار به دور تا دور آن ممکن نیست.

کاربردهای حیاتی

1. خطوط لوله فشار قوی: اتصال لوله‌های انتقال نفت، گاز و بخار که در معرض دما و فشار بالا هستند.

2. صنایع داروسازی و غذایی: جوشکاری لوله‌های استیل ضدزنگ با نیاز به سطوح داخلی بسیار صاف و عاری از هرگونه شیار یا ناخالصی (جهت جلوگیری از رشد باکتری).

3. صنایع هوافضا: جوشکاری اتصالات سوخت و سازه‌های حساس.

۲. تجهیزات مورد نیاز برای جوشکاری اوربیتال

یک سیستم جوشکاری اوربیتال خودکار شامل سه جزء اصلی است که به صورت هماهنگ کار می‌کنند:

الف) منبع قدرت و کنترلر (Power Source and Controller)

ب) هد یا کارگیر جوشکاری (Weld Head)

هد جوشکاری بخش مکانیکی است که مشعل را حول قطعه می‌چرخاند.

ج) سیستم‌های جانبی

• تغذیه سیم پرکننده (Wire Feeder): در جوشکاری با ضخامت بالا، سیم پرکننده به صورت خودکار و با نرخ دقیق توسط کنترلر تزریق می‌شود.

• ابزارهای آماده‌سازی لبه (Tube Facing/End Prep Tools): پیش از جوشکاری، لبه لوله‌ها باید به صورت بسیار دقیق و عمود بر محور برش داده شده و تمیز شوند تا فاصله ریشه (Root Gap) یکنواخت باشد.

۳. الزامات فنی و فرآیندی برای تضمین کیفیت

تضمین کیفیت در جوشکاری اوربیتال فراتر از داشتن تجهیزات خوب است و نیازمند رعایت دقیق الزامات فرآیندی است:

الف) الزامات قبل از جوشکاری (Pre-Weld)

1. تمیزی سطح (Cleanliness): سطح جوش باید کاملاً عاری از روغن، گریس، رطوبت، یا اکسیداسیون باشد. استفاده از استون یا پاک‌کننده‌های تخصصی و برس‌های سیمی فولاد ضدزنگ ضروری است.

2. آماده‌سازی لبه: لبه‌ها باید با ابزارهای مکانیکی (نه برش پلاسما) پخ‌زنی (Beveling) یا برش داده شوند تا جوشکار بتواند به نفوذ کامل دست یابد.

3. گاز پشتیبان (Purging Gas): برای جلوگیری از اکسیداسیون پشت جوش (Root Pass) در فولادهای ضدزنگ و آلیاژهای نیکل، فضای داخلی لوله باید به طور کامل با گاز خنثی (معمولاً آرگون با خلوص 99.999% یا بالاتر) پر شود.

ب) الزامات حین جوشکاری (In-Weld)

1. مراحل جوش (Weld Schedule): جوش باید به مراحل مختلف (Passes) تقسیم شود. هر مرحله دارای پارامترهای جریان، سرعت و نرخ تغذیه متفاوتی است که توسط کنترلر از پیش برنامه‌ریزی شده‌اند.

2. کنترل حرارت ورودی (Heat Input): کنترل دقیق جریان و سرعت حرکت مشعل برای جلوگیری از ورود حرارت بیش از حد که می‌تواند خواص متالورژیکی فلز (به ویژه در فولادهای ضدزنگ و آلیاژهای حساس) را تغییر دهد.

۴. مهارت‌های لازم برای اجرای جوشکاری اوربیتال

بر خلاف جوشکاری دستی، مهارت اپراتور در جوشکاری اوربیتال بیشتر بر تنظیم و عیب‌یابی فرآیند تمرکز دارد تا مهارت دستی.

1. مهارت‌های برنامه‌ریزی (Programming Skills):

   • درک عمیق از نحوه تأثیرگذاری جریان، پالس‌دهی و سرعت بر حوضچه جوش.

   • توانایی تدوین و ذخیره برنامه‌های جوشکاری (Weld Programs) بر اساس نوع ماده، ضخامت و قطر لوله.

2. دانش متالورژی:

   • آگاهی از خواص آلیاژهای تخصصی (مانند فولاد ضدزنگ، تیتانیوم، نیکل) و نحوه واکنش آن‌ها به حرارت و گاز محافظ.

   • توانایی تشخیص و اصلاح سریع عیوب متالورژیکی مانند اکسیداسیون یا تغییر رنگ نامناسب.

3. عیب‌یابی پیشرفته:

   • توانایی استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری برای تأیید ابعاد قبل و بعد از جوش.

   • تشخیص سریع مشکلات سیستمی مانند نشتی گاز پشتیبان، نوسانات جریان یا خطاهای مکانیکی در هد جوشکاری.

نتیجه‌گیری

جوشکاری اوربیتال خودکار دیگر یک گزینه نیست، بلکه یک ضرورت برای پروژه‌هایی است که شکست در آن‌ها غیرقابل قبول است. با ادغام تجهیزات دقیق، کنترل‌های کامپیوتری و دانش تخصصی اپراتور، این فناوری امکان تضمین بالاترین کیفیت جوش را در سخت‌ترین شرایط فراهم می‌آورد و عمر مفید و ایمنی خطوط لوله و مخازن فشار بالا را برای دهه‌ها تضمین می‌کند.