現代のパイプ溶接における新展開

ESAB Welding & Cutting Products の Pipeweld Orbiter は、道路や川の横断などのタイインや特殊なセクションを含むパイプライン プロジェクトでジョイントあたりのコストを削減するように設計された機械化溶接システムです。

製造業の一部の地域では、技術の変化が猛烈な勢いで進んでいます。 他の場所では、伝統的な製造方法が今でも使用されています。

理由はよく知られています。 一部の企業にとって、新しいテクノロジーの取得は法外な費用がかかるとみなされる場合があります。 プロセスが壊れていないのであれば、わざわざ修正する必要はないと単純に考える人もいます。

しかし、競争の現実は、当座預金口座や非効率な製造慣行とは無関係です。 彼らは、周囲の世界に注意を払っていない場合、企業の顔を殴る傾向があります。

これは特にパイプ溶接に当てはまります。 経験豊富な溶接工とパイプを接合する実証済みの方法への信念の組み合わせにより、すぐには変化しない環境が生み出されました。 しかし、昨年 11 月にシカゴで開催された FABTECH® ショーで行われた最近の技術導入が何らかの兆候であるとすれば、パイプ溶接工は新しい溶接技術を真剣に検討しなければならない立場に置かれる可能性があります。

幹線パイプの溶接、つまり田園地帯を横断するパイプの長く真っ直ぐな部分を溶接する方法は、北米で非常に簡単に行われます。 同じようなサイズのパイプの 2 つのセクションを組み合わせ、通常は内側にある空気圧または油圧機械を使用して 2 つのセクションをクランプし、溶接を容易にします。 接続すると、現場での溶接に対応するために、パイプは約 5 度の J 面取りされます。 (パイプは伝統的に、その端に 30 度の面取りをしてパイプミルから出てきます。)その後、外部ワイヤ供給溶接装置を使用して、最終パスまで迅速かつ一貫したビードを配置します。

この方法は、道路や川の横断など、パイプの特別なセクションを結合する必要がある場合まではうまく機能します。 これらの特別なセクションは必要な長さに製造され、交差点の両側で停止および再開する本線に接続されます。 これらのタイプの用途に内部クランプ技術を使用することはできません。これらのユニットのブレーキが故障した場合、重量が最大 1,000 ポンドに達するこれらの大型デバイスが魚雷のように叫び声を上げてパイプを伝って来るからです。 実際、これらの内部クランプは 22.5 度を超える傾斜では使用されません。 重力の法則を回避することはできません。

ESAB Welding & Cutting Products のグローバル パイプライン セグメント マネージャーであるゴードン イーディー氏は、このような状況では作業を完了するには手動溶接が必要であると述べました。 溶接工は、さまざまな垂直溶接姿勢だけでなく、30 度や 60 度などの奇妙な角度で作業するのに十分なスキルを持っている必要があります。 言うまでもなく、これに憤慨した一部の企業は自動化の支援を求めています。 彼らは、本線溶接で自動溶接が何を行ったかを体験しているのに、なぜこれらのそれほど直線ではないセグメント用の何かを望まないのでしょうか?

このため、ESAB は Pipeweld Orbiter を開発しました。これは、軽量のバグと、直径 8 インチを超えるパイプにクランプする高速フィット バンドで構成されています (パイプの壁の厚さ、特に直径が小さいパイプの場合、機械化されているかどうかを判断するのに役立ちます)このタイプの用途には溶接が合理的です。たとえば、直径 8 インチ、肉厚 0.25 インチのパイプのルートおよびホット パスにセルロース電極を使用する溶接機は、充填およびキャップ パスを簡単に完了できる可能性があります。 ）このバグには、トーチ、駆動機構、制御装置、ワイヤ スプール ホルダー、ワイヤ送給機構、ケーブル、ホースが含まれています。 選択したワイヤに十分な出力を提供できる定電圧溶接電源で動作するように設計されています。 おそらく 16 インチ以上のより大きな直径のパイプの場合は、両側で 2 つのバグを同時に使用して、溶接プロセスをスピードアップできます。

「フラックス入りワイヤはこれに最適です」とイーディー氏は言う。 「これは、内部クランプを利用できないパイプの長いセクションを接合する特殊なセクション、交差部、またはタイイン溶接に最適です。」

これらのパイプライン溶接にフラックス入りワイヤを使用すると、その下の溶接池の流動性や予想される溶け込みプロファイルに影響を与えることなく、フラックスは急速に凍結します。 これらの性能特性により、フラックス入り溶接は、北米以外で行われるパイプライン工事の大部分で選択される技術であるとイーディー氏は述べた。 世界の一部の地域では、セルロース電極による充填とキャッピングは現在ほぼ禁止されています。

リンカーン エレクトリックの PIPEFAB 溶接システムは、パイプおよび容器の製造市場向けに特別に設計された電源です。

ただし、変化を受け入れるのが遅い人もいます。 そのため、消耗品は米国で遭遇する可能性が高いパイプライン溶接用途のタイプに合わせて調整されています。 Pipeweld セルロース電極はルートおよびホットパスの完了に使用でき、Pipeweld Orbiter はフラックス入り溶接を使用して充填およびキャップパスを自動化します。電極。 別の手順では、Pipeweld DH 低水素電極を最初の充填パスに使用し、Pipeweld Orbiter で残りのパスを仕上げることができます。

イーディー氏は、特に上り坂の FCAW では最大 9 ポンドの荷重がかかるため、手作業の溶接工は機械化されたバグに対処するのが難しいだろうと述べた。 1 時間あたりの溶加材の量。 同氏は、このプロセスは、シールド金属アーク溶接やソリッドワイヤの狭いギャップ手順を使用するプロセスよりもはるかに一貫していると付け加えた。

イーディー氏は、ある企業がヨーロッパで溶接するための 200 マイルのパイプを持っていて、同じパイプラインでさらに 50 マイルの追加契約を獲得した事例を紹介しました。 お祝いの瞬間であるはずが、すぐにジレンマに変わりました。 彼らは、計画していた真っ直ぐな幹線パイプの溶接に十分な機械装置を備えていましたが、追加の 50 マイルのプロジェクトのためにさらに多くの機械を追加するコストを正当化できませんでした。 (これらのナローギャップ パイプライン溶接用途向けに設計された機械のほとんどは、機器レンタル会社からレンタルされています。)

「当初の200マイル以内には従来のクランプを使用できないセクションがあったため、彼らはこのパイプウェルド・オービター技術をタイインと交差点に使用していました」とイーディー氏は語った。 「彼らは、このプロジェクトに適切に人員を配置すれば、より高速なプロセスと称される方法で実際に時間的に競争できることをすぐに学びました。」

50 マイルのプロジェクトのすべての接続に Pipeweld Orbiter を使用している間に、溶接工はパイプの端を面取りする必要がないことも学びました。 これは、金属の削りくずを収集したり、切削液を処理したりするために清掃員を雇う必要がないことを意味しました。

パイプラインの溶接が完了すると、同社はさまざまな溶接アプローチのコストを厳しく検討しました。 彼らは、5 人の溶接作業員 (10 人の溶接工) による従来のナローギャップ プロセスを使用して、直径 48 インチ、肉厚 0.75 インチのパイプに 1 日あたり約 60 個の接合を行っていたことを知りました。 フラックス入りプロセスでは、同社は依然として 1 日あたり 60 個の接合部を生産していましたが、このプロセスには 6 人の作業員 (12 人の溶接工) が作業していました。 しかし、追加の作業員がいたとしても、動員コストと加工コストを含めると、Pipeweld Orbiter を使用したジョイントあたりの総コストは、ナローギャップ プロセスに機械化された装置を使用した場合よりも 40% 削減できることが同社は判明しました。 同社はまた、作業終了後もレンタル会社に返却せずに機器を保管した。

イーディー氏は、この種のパイプ溶接技術には多くのトレーニングは必要ないと付け加えた。 使いやすい制御と垂直方向のフラックスコアプロセスによる一貫した生産により、有能なオペレーターは 1 日でトレーニングを受けることができます。

「テキサス州でフラックス入り溶接を行っているプロジェクトがいくつかあります」とイーディー氏は語った。 「そこにいる人たちにとって、それはまったく新しいことです…しかし、私たちはかなりの関心を示しています。」

溶接会社リンカーン エレクトリックと ESAB による新技術の導入により、パイプの溶接方法が変わることが期待されています。 ゲッティイメージズ

この種のパイプ作業を行う溶接工は、金属製造の他の分野の溶接工と多くの同じプレッシャーを共有しており、そのうちの 1 つは、より少ない労力でより多くの作業を行うことです。 企業は、プロジェクトをより早く完了し、次の収益機会に移れるよう、生産性を向上させることに関心を持っています。 一方、この種の作業では失敗が悲惨な結果を招く可能性があるため、品質を維持する必要があります。 たとえば、化学物質の漏洩は誰もが対処したいものではありません。

こうした期待がますます高まる中、パイプや圧力容器の販売店や機械請負業者は、その店舗に適切なオペレーターや溶接工を見つけるのに苦労しています。 これは、ガスタングステンアーク溶接 (GTAW) などの高度なスキルが必要な開口部の場合に特に当てはまります。

つまり、パイプ溶接工が品質を犠牲にすることなく、より効率的に作業を行うのに役立つツールは、非常に高く評価される可能性があります。 これにより、リンカーン エレクトリックは PIPEFAB™ 溶接システムを開発しました。

リンカーン・エレクトリックの先進技術製品担当ディレクターのブルース・チャントリー氏は、「私たちは、すでにこの分野にサービスを提供し、必要な溶接性能を提供している既存の技術から始めましたが、使いやすさの観点からは必要な経験を提供できなかったかもしれません」と述べています。 。 「そこで私たちは、これらのパイプや容器のショップで多くの時間を費やして、顧客の声を聞き、彼らの業務を観察して、顧客が日常の世界でツールをどのように使用しているかを理解しました。」

パイプや圧力容器の工場での溶接の現実は、ジョン ディアやキャタピラーのような大規模 OEM の溶接部門での生活とはまったく異なるものになるでしょう。そこでは、同じワイヤ サイズとガスを使用してガスメタル アーク溶接 (GMAW) を行う人がいる可能性があります。ほとんどの勤務シフトはこの組み合わせで行われます。 工場のパイプ溶接機は、被覆金属アーク溶接、フラックス入りアーク溶接、GTAW、および GMAW を常に切り替えています。

溶接工が電源まで歩いて行き、すべてを接続したままにし、ボタンを押すだけで作業に必要なプロセスを選択できるようにするために、リンカーン エレクトリックのエンジニアは、すべてのプロセス出力が電気的に絶縁されるように PIPEFAB システムを設計しました。 プロセス変更時の切断や再接続は必要ありません。 同社はこれを Ready-to-Run™ デザインと呼んでいます。

これは生産性向上のニーズに対応するのに役立ちますが、パイプ溶接分野における溶接経験と知識の不足に関する懸念についてはどうでしょうか? そこで新しいビジュアルディスプレイが登場します。

「視認性の高い工業用グレードの 7 インチ スクリーンを導入することで、このディスプレイをオペレーターと情報交換し、オペレーターの業務を楽にする手段として使用できるようになりました」と Chantry 氏は述べています。

歴史的に、溶接電源のユーザー インターフェイスはかなり限られていました。 銘板には、溶接工にどのプロセスが選択されたかを示す LED ライトを備えたラベルがいくつかあったかもしれませんが、全体的にはかなり初歩的なものでした。

リンカーン エレクトリックでは、パイプ溶接工が何を望んでいるのかを理論化する代わりに、ユーザー インターフェイスと設計を専門とする企業の専門知識を利用して、PIPEFAB システム開発を支援しました。 彼らはパイプ溶接工を対象に広範な顧客調査を行い、何が好きで何が嫌いかを学びました。 彼らは、フォード F-150 やジョンディア トラクターなどの製品に関連する情報センターを調査し、ベンチマークを行いました。 これにより、画面レイアウト、ハードウェアの形状、ボタンやノブの配置について、いくつかの異なるコンセプトが生まれました。 溶接工からのさらなるフィードバックは、最終的なユーザー インターフェイスを必要な場所に到達させるのに役立ちました。

「この焦点により、ユーザー エクスペリエンスを信じられないほど直感的で教育的なものにすることができました」と Chantry 氏は述べています。 「一例として、誰かが何らかの理由でエラー コードを表示させた場合、単にエラー コードが表示されるのではなく、溶接工はエラーが何であるかを知ることができ、場合によってはそれを解決するための潜在的な解決策さえも知ることができます。今から問題を解決する方法についての知識を彼らに伝え始めてください。」

ユーザー インターフェイスは、多くの場合、新しいパイプ溶接装置の購入を検討している企業にとって決定的な要素となる可能性があるため、ユーザー インターフェイスは PIPEFAB 製品にとって重要な開発であったと Chantry 氏は付け加えました。 経験豊富な溶接工は、市場の他の電源よりもリンカーン エレクトリックの溶接技術を好むかもしれませんが、工場の管理者や機器の購入者は、従業員の退職に伴い経験の浅い溶接工が働く可能性が高いことを考慮すると、最も使いやすい機械を好む可能性があります。団塊の世代。

チャントリーによると、リンカーン・エレクトリックも新しいパイプ溶接電源の溶接性能を向上させたという。 同社の特許取得済みの Surface Tension Transfer® プロセスである修正短絡 GMAW は、より速い移動速度とより高いアーク安定性を実現するために微調整されています。 実際、かつてパイプ溶接工は、接合プロセス中に安定したアークを確保するために、より短いケーブル長またはセンシング リードを使用する必要がありました。 CableView™ テクノロジーの導入により、その必要はもうなくなりました、と Chantry 氏は言います。

この特許取得済みの機能は、ケーブルのインダクタンスを継続的に監視し、波形を調整して、最大 65 フィート (19.81 m) までの長いケーブルまたはコイル状のケーブルでも一貫したアーク性能を維持します。 溶接工は、センシングリードが必要なときに存在していた追加のワイヤについて心配する必要はありません。 また、CableView テクノロジーは、インダクタンスが性能しきい値を超えた場合に溶接工に通知します。

「溶接工が理想的な条件で 4.57 m [15 フィート] のケーブルを使用して作業しているか、あまり理想的ではない条件で 50 フィート [15.24 m] のケーブルを使用しているかは問題ではありません。アークの安定性を確保するために何かに触れる必要はありません」とチャントリー氏は語った。

PIPEFAB システムは、パイプ溶接に合わせたパルス溶接特性を提供するように設計されています。 リンカーン エレクトリックの Waveform Control Technology® を使用する Smart Pulse™ 機能は、機械の設定を監視し、位置外溶接や 1G パイプ溶接などの各パイプ溶接アプリケーションに合わせてパルスを調整します。

Chantry 社は、このパイプ溶接技術は、パイプ溶接工が現在行っていることと、おそらく新しい未確認の材料を使用した将来の他の可能性を考慮して開発されたと述べました。 製品開発者がもう 1 つ念頭に置いていたのは、インダストリー 4.0 接続の必要性でした。 多くの製造業者は、この種のデジタル製造管理が生産性と品質にもたらす可能性をまだ最大限に活用していませんが、PIPEFAB システムがそのような相互接続された環境の一部になれると知って安心しています。

「顧客はこれをイーサネットでネットワークに接続し、製品を箱から取り出してすぐに既存のデータ ソリューションを利用できます。世界中のどこからでも溶接作業を管理、監視できます」とチャントリー氏は述べています。