IT201600098492A1

IT201600098492A1 - Torcia di saldatura perfezionata e processo di saldatura ad unico passaggio e a limitati volumi di saldatura

Info

Publication number: IT201600098492A1
Application number: IT102016000098492A
Authority: IT
Inventors: Alberto Alberini; Alessandro Fantin; Fausto Fusari; Michele Musti; Paolo Fedeli
Original assignee: Belleli Energy Cpe S R L
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-03-30
Also published as: JP2018058118A; KR20180036604A; RU2017133655A3; KR102341008B1; JP6998716B2; RU2017133655A; US20180093343A1; RU2754545C2

Description

TORCIA DI SALDATURA PERFEZIONATA E PROCESSO DI SALDATURA AD UNICO PASSAGGIO E A LIMITATI VOLUMI DI SALDATURA

DESCRIZIONE

CAMPO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione riguarda una torcia di saldatura ed un processo di saldatura a unico passaggio e a limitati volumi di saldatura.

STATO DELLA TECNICA

La costruzione di apparecchi ad alta pressione prevede la saldatura di spessori di parete molto alti che necessitano di una progettazione del giunto saldato atta a limitare i volumi di saldatura sia per una migliore qualità (ritiri, deformazioni, stress, ecc..) che per contenerne i relativi costi.

Di norma si fa uso di una preparazione con giunto di saldatura stretto denominate Narrow Gap (NG), che vanno a definire pareti pressoché parallele con apertura di 20-25mm.

Tale preparazione, che è in particolare usata per il processo di saldatura ad Arco Sommerso, prevede una sequenza di deposito del materiale di saldatura in due passate per ogni strato deposto. Questa procedura, fatta con una torcia convenzionale, tuttavia si è dimostrata non del tutto efficace perché si riconoscono differenze qualitative lungo la superficie saldata, in particolare tra il centro saldatura e il centro passata ai lati del giunto. Si notano infatti zone di sovrapposizione, con una riduzione delle prestazioni meccaniche del tubo saldato.

Recentemente, una ricerca Internazionale sull'impiego di materiale bassolegato Cromo-Molibdeno-Vanadio (2,25 Cr-1MO-0,25 V) ad alta resistenza - genericamente destinato ad essere utilizzato per la progettazione di apparecchi reattori di impianti di raffinazione, che lavorano ad alte temperature, ha evidenziato che i risultati di prove a scorrimento viscoso (Creep) possono risultare inferiori ai limiti stabiliti dai codici di progettazione, evidenziando pertanto proprietà meccaniche carenti rispetto alle richieste tecniche.

Si rende pertanto opportuno realizzare un processo di saldatura che sia in grado di ridurre la quantità di materiale deposto sulla superficie da saldare e nello stesso tempo di garantire la corretta diposizione delle passate di saldatura tali da rendere più uniforme e qualitativamente migliore l'aspetto metallurgico della saldatura stessa. A tal fine si sente la necessità di predisporre anche una torcia di saldatura che sia in grado di deporre il materiale di saldatura in modo da garantire la deposizione nelle corrette modalità e mediante un unico strato.

E' pertanto scopo della presente invenzione di realizzare una torcia ed un processo di saldatura che soddisfino le richieste sopra riportate.

Detto scopo è ottenuto mediante una torcia di saldatura avente le caratteristiche riportate in rivendicazione 1 e un processo di saldatura avente le caratteristiche riportate in rivendicazione 4.

Le rivendicazioni secondarie si riferiscono a specifiche caratteristiche preferite dell'invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Il trovato viene ora descritto con riferimento ai disegni allegati, volti a rappresentare in modo meramente illustrativo e non limitativo di una preferita forma d'esecuzione, in cui:

fig. 1 è una vista di una torcia di saldatura di tecnica nota;

fig. 2 è una vista di una torcia di saldatura secondo l'invenzione, di cui fig. 3 è la vista in sezione lungo le linee A-A;

figg. 4, 5 e sono grafici che illustrano la curva di transizione del processo di saldatura secondo l'invenzione in tre momenti successivi.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME D'ESECUZIONE

Il processo di saldatura ad arco sommerso è un processo di saldatura ad arco che fonde insieme le parti da saldare riscaldandoli con uno o più archi elettrici tra uno o più elettrodi nudi e il manufatto, mantenendo alimentato l'elettrodo in continuo. Il calore dell'arco fonde la superficie del metallo di base e l'estremità dell'elettrodo, facendo sì che si crei uno strato di metallo depositato composto dalla lega dei due composti.

Come illustrato dalla fig. 1, tipicamente, la torcia di saldatura è costituita da un corpo di supporto 1 costituito da due torce 2 tenute in reciproco impegno mediante una placca di serraggio 3, ciascuna di dette torce prevedendo internamente una cavità 4 per l'inserimento del filo di saldatura, alla cui estremità è previsto un ugello 5 di emissione del materiale di saldatura. Nella soluzione innovativa, illustrata in fig. 2, la torcia secondo l'invenzione è costituita da un corpo principale 6 da cui si dipartono un supporto 7 che incorpora una guida meccanica 8 disposta all'estremità distale, un condotto 9 di erogazione del flusso disposto centralmente, ed una coppia di carter 10 e li, tra loro tenuti in connessione mediante cerniere 12 e 13, a costituire un profilo sostanzialmente trapezoidale, detti carter sostenendo condotti 14 e 15 di trasporto e erogazione del filo di saldatura, all'estremità dei suddetti condotti 14 e 15 essendo previsti ugelli 16 e 17.

Tramite la guida meccanica 8, pertanto, la torcia di saldatura è in grado di mantenere costante la posizione al centro del giunto garantendo in particolare la costante distanza della torcia stessa e del filo di saldatura rispetto alla parete da saldare, indipendentemente dal movimento del pezzo in saldatura.

Il processo di saldatura ad arco associato alla torcia siffatta prevede le seguenti fasi perché possa fornire le richieste prestazioni, nonostante si sia ottenuto un giunto di saldatura più stretto:

Selezionare materiali di saldatura idonei

Tarare i parametri di saldatura specifici atti a ottenere le proprietà fisico chimiche richieste dalla metallurgie e dalle esigenze di saldatura in uno spazio sensibilmente limitato.

Definire la corretta larghezza del giunto di saldatura, prima di cominciare la saldatura sulla base degli effetti della deformazione della superficie a fine operazione, in modo da consentire comunque il mantenimento della distanza tra i lembi prevista e - conseguentemente - la corretta esecuzione di una sola passata della torcia, fino al completamento della saldatura

Utilizzare durante la saldatura la torcia ora descritta, facente parte dell'Invenzione.

E' inoltre opportuno - per ottenere una saldatura efficace - che il giunto di saldatura abbia una larghezza assai limitata, compreso tra 10 e 17 millimetri, e più preferibilmente tra 14 e 15 mm, in modo da consentire una significativa riduzione dei tempi di saldatura ed una totale uniformità qualitativa sia nello spessore che in senso trasversale.

ESEMPIO

A titolo esemplificativo, si riporta un esempio del funzionamento della torcia e del processo secondo l'invenzione.

Si è optato di saldare due pezzi di materiale bassolegato ad alta resistenza meccanica aventi la seguente composizione chimica nominale: 2,25 Cromo, 1 Molibdeno, 0,25 Vanadio.

Opportunamente, si è predisposto il giunto di saldatura con una larghezza compresa tra 14 e 15 mm.

Una volta predisposta la torcia, si è effettuata una saldatura ad arco in corrente alternata con onda quadra, erogando specifici parametri elettrici relativi a ciascun filo, che è stato opportunamente scelto del diametro di 4 mm:

Intensità di corrente: 500-600 Amp

Tensione: 30 - 33 Volt

Gli altri parametri relativi al preriscaldo, trattamento termico , post-riscaldo sono quelli tipici applicabili per questo tipo di materiale base e conformi alla norma API RP 934 A.

Inoltre, si è regolata la velocità di avanzamento della torcia a 70 - 80 cm/1' I risultati ottenuti dimostrano che le prove non distruttive e le caratteristiche meccaniche eseguite sul giunto saldato soddisfano ampiamente i requisiti richiesti dalle norme di fabbricazione. In particolare si è immediatamente riscontrato un miglioramento in termini di resistenza meccanica, resilienza e resistenza allo scorrimento viscoso a caldo (creep). Si comprende pertanto di avere perfettamente ottenuto gli scopi prefissati. Infatti, il giunto con larghezza ridotta (14-15 mm) consente la significativa riduzione dei tempi di saldatura e nello stesso tempo garantisce una totale uniformità qualitativa della stessa sia nello spessore che in senso trasversale.

Dai risultati descritti nell'esempio, inoltre, si riscontra che si sono ottenute caratteristiche meccaniche generali, in particolare la tenacità, perfettamente allineate a quelle ottenute su giunti eseguiti con tecnica NG standard.

Si vuole in questa occasione evidenziare che la tenacità, che di per sé presenta notevoli difficoltà per il materiale in oggetto, ha dato risultati ampiamente superiori ai limiti richiesti con prove eseguite a diverse profondità del giunto eseguito.

Inoltre, le prove eseguite per la resistenza a scorrimento viscoso ad alta temperatura (creep) hanno evidenziato un sensibile miglioramento rispetto alla tecnica a due passate per strato risultando ampiamente superiori ai limiti richiesti dal codice di progettazione.

Infine, la riduzione del numero passate e relativo numero di riscaldi porta ad una maggiore contenimento dei ritiri di saldatura, deformazioni e tensioni residue dopo saldatura.

Altre caratteristiche e proprietà dell'invenzione possono essere ben evidenti agli occhi di un esperto del ramo. Inoltre, modifiche e configurazioni differenti possono essere facilmente alla portata di un tecnico progettista esperto, pur rientrando totalmente nell'ambito di protezione dell'invenzione, definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Torcia di saldatura caratterizzata dal fatto che è costituita da un corpo principale da cui si dipartono un supporto che incorpora una guida meccanica disposta all'estremità distale, un condotto di erogazione del flusso disposto centralmente, ed almeno un carter a costituire un profilo sostanzialmente trapezoidale, detto almeno un carter sostenendo condotti di trasporto e erogazione del filo di saldatura, all'estremità dei suddetti condotti essendo previsti ugelli.
2) Torcia come in 1) caratterizzata da ciò che sono previsti due carter tra loro tenuti in connessione mediante cerniere.
3) Torcia come in 1) o in 2) caratterizzata da ciò che Detta guida meccanica è atta a mantenere costante la distanza della suddetta torcia e del filo di saldatura rispetto alla parete da saldare, indipendentemente dal movimento del pezzo di saldatura.
4) Processo di saldatura a unico passaggio della torcia delle rivendicazioni 1) a 3) caratterizzato dal fatto che sono previste le seguenti fasi: Selezionare materiali di saldatura idonei Tarare i parametri di saldatura specifici atti a ottenere le proprietà fisico chimiche richieste dalla metallurgie e dalle esigenze di saldatura in uno spazio sensibilmente limitato Definire la corretta larghezza del giunto di saldatura prima di cominciare la saldatura sulla base degli effetti della deformazione della superficie a fine operazione, a mantenere la distanza tra i lembi prevista e la corretta esecuzione di una sola passata della torcia, fino al completamento della saldatura Utilizzare durante la saldatura la torcia ora descritta, facente parte dell'invenzione.
5) Processo come in 5) caratterizzato da ciò che il giunto di saldatura ha larghezza compresa tra 10 e 17 millimetri.
6) Processo come in 6) caratterizzato da ciò che il giunto di saldatura ha larghezza compresa tra 14 e 15 mm.
7) Processo come in 5) caratterizzato da ciò che i parametri di taratura prevedono ciascun filo del diametro di 4 mm, intensità di corrente di 500-600 Amp, e tensione di 30 - 33 Volt.