PL173984B1 - Sposób łączenia ze sobą skrajnie długich płyt metalowych - Google Patents

Abstract

1. Sposób laczenia ze soba skrajnie dlugich plyt metalowych, o grubosci co najmniej 5 mm, przez spawanie czolowe, polegajacy na tym, ze rowek spawalniczy wykonuje sie na czolowych krawedziach plyt tylko z jednej ich strony i jedynie w czesci ich grubosci, podpiera sie laczone plyty od strony przeciwleglej wzgle- dem rowka spawalniczego na lozu z podcisnie- niowym urzadzeniem mocujacym, a pod czesciami spawanymi w obszarze szwu spawal- niczego umieszcza sie podparcie spoiny z ma- terialu o duzej przewodnosci cieplnej, nastepnie do kanalu w podparciu spoiny wprowadza sie plynne chlodziwo i wymusza sie jego przeplyw, po czym styka sie czolowe krawedzie laczo- nych plyt ze soba, znam ienny tym, ze rowek spawalniczy ( 2) na krawedziach plyt ( 1 ) prze- znaczonych do spawania wykonuje sie metoda frezowania ksztaltowego. F i g . 1 ( 1 2 ) OPIS PATENTOWY PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu łączenia ze sobą skrajnie długich płyt metalowych, o grubości co najmniej 5 mm, przez spawanie czołowe w rowku spawalniczym wykonanym na czołowych krawędziach płyt tylko z jednej ich strony.

W budownictwie okrętowym wiele płyt spawa się ze sobą podczas wytwarzania pokładów czy kadłubów statków. Ponieważ wytwarzane zespoły mają bardzo dużą powierzchnię, ekonomicznie pożądane jest wykorzystanie możliwie największych półwyrobów płytowych. Sformułowanie skrajnie długie płyty metalowe oznacza płyty o długości co najmniej 10 m (lub o maksymalnej długości dostępnej na rynku). Typowa płyta używana w budownictwie okrętowym ma długość ponad 10 metrów, często prawie 20 metrów. Łączenie ze sobą półwyrobów płytowych o takich wymiarach przez spawanie jest pracą wymagającą skupienia i wysiłku, ponieważ wysokie temperatury wytwarzane przy spawaniu powodują odkształcenia półwyrobów płytowych podczas samej operacji spawania i/lub po operacji spawania. Przykładowo skurcz spawalniczy powoduje nierówność półwyrobów płytowych, którego usuwanie, na przykład przez prostowanie płomieniowe, jest zarówno trudne jak i czasochłonne.

Ponadto tradycyjne przygotowania do łączenia ze sobą bardzo długich płyt przez spawanie są trudne. Wymagają wiele miejsca i są czasochłonne. Tradycyjnie pomiędzy płytami, które mają być spawane ze sobą, pozostawia się niewielką szczelinę, aby umożliwić wykonywanie całej operacji spawania tylko od jednej strony płyt. Tworzenie tej szczeliny wymaga dokładnego ustawienia płyt względem siebie, aby zapewnić prawidłową szerokość szczeliny. Zapewnienie równomierności szerokości szczeliny wzdłuż całego rowka spawalniczego wymaga pewnego zamocowania płyt przeznaczonych do spawania na podłożu wsporczym. Oprócz pewnego podparcia płyt na podłożu tradycyjnie stosuje się sczepianie. To znaczy płyty łączy się ze sobą krótkimi spoinami sczepnymi, rozmieszczonymi w odstępach wzdłuż rowka spawalniczego, co wymaga czasochłonnej pracy ręcznej. Jeżeli sczepianie odbywa się nie na miejscu przewidzianym dla głównego spawania, trzeba zarezerwować odrębne miejsce pracy dla tego celu. A musi być ono tak samo duże, jak wykorzystywane do operacji spawania. Oznacza to, że taka operacja

173 984 spawania, jako całość, wymaga dwukrotnie więcej miejsca niż w wypadku, gdyby wszystkie operacje mogły być wykonywane na jednym stanowisku pracy.

W książce p.t. Poradnik inżyniera. Spawalnictwo (t.2, WNT, 1983r, str. 35) zostało ujawnione przygotowanie styków do spawania (ukosowanie brzegów przez całą grubość płyty) przez formowanie rowka spawalniczego za pomocą obróbki mechanicznej. Jednakże nie dotyczy to spawania na duża skalę.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 80 974 znane jest stosowanie rowka spawalniczego w kształcie litery V w spawaniu czołowym.

W amerykańskim opisie patentowym nr US 3 197 604 ujawniony został sposób podparcia płyt wzdłuż całej długości rowka spawalniczego.

Podciśnieniowe mocowanie płyt przeznaczonych do spawania jest znane na przykład z niemieckiego opisu zgłoszeniowego DE-A-22 36 936.

Celem wynalazku jest uproszczenie sposobu wytwarzania dużej liczby spoin spawalniczych o równomiernej jakości i wytrzymałości podczas łączenia ze sobą szeregu skrajnie długich płyt metalowych.

Sposób łączenia ze sobą skrajnie długich płyt metalowych o grubości co najmniej 5 mm przez spawanie czołowe, w którym rowek spawalniczy wykonuje się na czołowych krawędziach płyt tylko z jednej ich strony i jedynie w części ich grubości, a łączone płyty podpiera się od strony przeciwległej względem rowka spawalniczego na łożu z podciśnieniowym urządzeniem mocującym, zaś pod częściami spawanymi w obszarze szwu spawalniczego umieszcza się podparcie spoiny z materiału o dużej przewodności cieplnej, następnie do kanału w podparciu spoiny wprowadza się płynne chłodziwo i wymusza się jego przepływ, po czym styka się czołowe krawędzie łączonych płyt ze sobą, jest charakterystyczny tym według wynalazku, że rowek spawalniczy na krawędziach płyt przeznaczonych do spawania wykonuje się metodę frezowania kształtowego.

Korzystnie krawędziowe uszczelki podciśnieniowego urządzenia mocującego płyty do łoża umieszcza się w odległości nie mniejszej niz 50 mm od rowka spawalniczego.

Korzystnie wysokość części krawędzi czołowej płyt, wzdłuż której stykają się one bezpośrednio podczas spawania, wynosi 2-4 mm, a najlepiej nie więcej niż 3 mm

Korzystnie rowek spawalniczy ma w przekroju zarys litery V o kącie rozwarcia mieszczącym się w zakresie 50° do 65°, korzystnie 55° do 60°.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że rowek spawalniczy wykonany przez frezowanie kształtowe ma gładką powierzchnię, dużą dokładność co do kształtu i wymiarów wzdłuż całej swej długości. Dzięki temu cała operacja spawania może być prowadzona bez pozostawiania tradycyjnej szczeliny pomiędzy płytami. Pominięcie jej daje tę zaletę, Że każda z płyt, które mają być spawane ze sobą zyskuje dodatkowe podparcie ze strony drugiej płyty poprzez część rdzeniową płyt.

Włączanie i wyłączanie urządzenia podciśnieniowego unieruchamiającego płyty względem łoża usytuowanego pod nimi odbywa się szybko i łatwo.

Do kształtowania krawędzi płyt, które razem tworzą rowek spawalniczy; można korzystnie stosować frezowanie kształtowe, ale nie są wykluczone inne sposoby obróbki metalu, pod warunkiem że umożliwiają one uzyskanie wystarczająco gładkich krawędzi o dość dokładnych kształtach.

Stwierdzone zostało, że przy stosowaniu sposobu, według wynalazku, duże zespoły spawanych skrajnie długich płyt metalowych są wytwarzane taniej i szybciej niż przy użyciu tradycyjnych sposobów. Uzyskiwana prędkość spawania jest w wielu wypadkach podwojona w porównaniu ze znanymi dotychczas sposobami. Koszt niezbędnego wyposażenia jest znacznie zmniejszony. Możliwe są oszczędności rzędu około 200 000 dolarów USA na jedno stanowisko pracy.

Wysoka temperatura powstająca przy spawaniu nie ma szkodliwego wpływu na szczelność podciśnieniowego urządzenia unieruchamiającego, stosowanego zgodnie ze sposobem według wynalazku, ponieważ usytuowana najbliżej rowka spawalniczego część tego urządzenia znajduje się w odległości nie mniejszej niż 50 mm od tego rowka.

173 984

Kontrolowanie operacji spawania jest ułatwione, ponieważ pod płytami, które mają być spawane ze sobą, jest usytuowane podparcie rdzeniowe wykonane z materiału o dużej przewodności cieplnej, korzystnie z miedzi. Przy tym to podparcie rdzeniowe ma bezpośrednio pod rowkiem spawalniczym zagłębienie rozciągające się wzdłuż całego rowka, do którego wprowadza się proszek topnikowy lub gaz osłonowy. Kiedy spawa się stal, rowek podparcia rdzeniowego może być wypełniony proszkiem topnikowym przed unieruchomieniem płyt w pozycji spawania. Kiedy ma być spawane aluminium lub stal nierdzewna, gaz osłonowy może być doprowadzany do zagłębienia w podparciu rdzeniowym. Przy spawaniu stali nierdzewnej można również stosować proszek topnikowy przeznaczony do tego celu, ale tego raczej się nie stosuje. Stwierdzono, że użycie proszku lub gazu osłonowego w omówiony tu sposób poprawia jakość spawania.

Podparcie rdzeniowe jest korzystnie chłodzone, na przykład wodą lub innym płynnym chłodziwem, przepływającym w przewidzianym dla niego kanale chłodziwa znajdującym się w podparciu rdzeniowym. Temperatura obiegającego chłodziwa jest kontrolowana i regulowana. Dzięki takiemu chłodzeniu podparcia rdzeniowego kontroluje się naprężenia cieplne powstające podczas spawania.

Obszar rdzeniowy przy dnie rowka spawalniczego, gdzie płyty, które mają być spawane, stykają się ze sobą powinien mieć stosunkowo małą wysokość, zwykle od 2 do 4 mm, zależnie od grubości płyt. Niskie wartości są oczywiście stosowane wobec cieńszych płyt, a większe wartości wobec grubszych płyt. Jednakowoż rzadko stosuje się wysokość rdzenia większą niż 3 mm przy grubości płyt od 5 do 25 mm. Korzystnym kształtem rowka spawalniczego jest kształt litery V, ponieważ łatwo go uzyskać. Najlepsze warunki dobrego spawania dużych zespołów w produkcji masowej uzyskuje się gdy kąt rozwarcia ramion litery V mieści się w zakresie 50° do 65°, korzystnie 55° do 60°.

Kiedy spawa się stal, bardzo korzystne jest stosowanie tak zwanego sposobu dwułukowego lub dwuelektrodowego, gdzie dwie elektrony spawalnicze usytuowane blisko siebie są wprowadzone w to samo jeziorko spawalnicze poprzez tę samą dyszę stykową, przy czym elektrody spawalnicze otrzymują prąd z tego samego źródła. Elektrody spawalnicze korzystnie są wprowadzane w jeziorko spawalnicze zgodnie z kierunkiem rowka spawalniczego. Przy tym sposobie spawania można znacznie zwiększyć prędkość spawania, tak że zbliża się ona do wartości 1 m/min.

Wynalazek zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania, uwidocznionym załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie spawalnicze przeznaczone do realizowania sposobu spawania według wynalazku, w przekroju; fig. 2 - rowek spawalniczy stosowany w sposobie według wynalazku, w przekroju; a fig. 3 przedstawia przykład dwułukowego spawanie stali sposobem według wynalazku, w widoku perspektywicznym.

Na fig. 1 przedstawione są płyty 1 usytuowane prawidłowo względem siebie za pomocą urządzenia podciśnieniowego zawierającego łoże 19 ze sztywnym (np. stalowym) elementem wsporczym 20, który ma rowki podciśnieniowe 6 oraz krawędziowe uszczelki 7 z elastycznego materiału. W każdej uszczelce 7 jest wykonany kanał 21, do którego na początku operacji spawania doprowadzane jest sprężone powietrze, dla poprawienia gazoszczelności elementu wsporczego 20. Rowki podciśnieniowe 6 są połączone z pompą próżniową 9 poprzez odpowiednie kanały podciśnieniowe 8, za pomocą których wytwarzane jest dostatecznie duże podciśnienie w rowkach 6, umożliwiające utrzymywanie płyt 1 stabilnie na miejscu. Grzbiety 22 pomiędzy rowkami podciśnieniowymi 6 wspierają płyty 1 w odpowiednim obszarze mocowania podciśnieniowego.

Uszczelka 7 najbardziej zbliżona do rowka spawalniczego 2 musi wytrzymywać pewien wzrost temperatury. Zalecane jest, aby każda uszczelka 7 mogła wytrzymywać temperaturę przynajmniej 300°C. Aby temperatura przy uszczelce nie była zbyt wysoka, zaleca się, by odległość L od osi rowka spawalniczego 2 do najbliższej uszczelki 7 była nie mniejsza od 50 mm.

W podłożu 3 usytuowany jest kanał chłodzący 5, poprzez który może przepływać płynne chłodziwo, na przykład woda. Podłoże 3 jest wykonane z materiału o dobrej przewodności cieplnej, na przykład z miedzi. Zagłębienie 4 w podłożu 3 jest podczas spawania stali wypełnione proszkiem topnikowym, ale przykładowo przy spawaniu aluminium może być ono wykorzysty173 984 wane jako kanał, poprzez który gaz osłonowy jest prowadzony pod rowkiem spawalniczym 2. Zagłębienie 4 nie musi być głębokie. Zwykle wystarczy głębokość kilku milimetrów.

Na fig. 2 pokazano szczegółowo korzystny kształt rowka spawalniczego 2 stosowanego w sposobie według wynalazku. Rowek ten ma kształt litery V, a jego kąt rozwarcia m mieści się w granicach od 50° do 65°, korzystnie 55° do 60°. U dołu rowka 2 znajduje się część rdzeniowa 10, której wysokość k wynosi, w zależności od grubości spawanych płyt 1, od 2 do 4 mm, korzystnie nie więcej niż 3 mm. Grubość s płyty 1 wynosi, w przypadku spawania stali, od 5 do 25 mm, ale przy spawaniu aluminium grubość płyt 1 może być znacznie większa. Przy części rdzeniowej 10 płyty opierają się o siebie wzajemnie, co ułatwia ustawienie płyt 1 względem siebie. Dokładne mocowanie płyt 1 w jakimś położeniu względem podłoża 3 nie jest ważne, ale ich położenie względem siebie określone przez powierzchnie styku części rdzeniowej 10 ma zasadnicze znaczenie.

Ukośne ścięcie krawędzi płyt 1 przez cięcie gazowe nie może wytworzyć krawędzi dostatecznie dokładnych i gładkich, by powstał możliwy do zaakceptowania rowek 2 i wtedy zwykle potrzebna jest dodatkowo jakaś forma obróbki skrawaniem (np. frezowanie lub szlifowanie). Równomierność kształtu wzdłuż rowka jest ważna. Dopuszczalne maksymalne zmiany szerokości rowka (w najszerszej jego części) wynoszą 20%, korzystnie nie więcej niż 10%. Generalnie, im bardziej równomierny jest kształt krawędzi, tym lepsza jest jakość spawania.

Na fig. 3 pokazano, w jaki sposób dwie płyty stalowe 1, mogą być spawane ze sobą sposobem według wynalazku przy użyciu tak zwanego podwójnego łuku lub urządzenia dwuelektrodowego. Dwie elektrody spawalnicze 11, usytuowane w jednej linii jedna za drugą wzdłuż rowka spawalniczego 2, są dosuwane za pomocą rolek dosuwu 12 poprzez dyszę stykową 13 do jeziorka spawalniczego 17. Spawanie przebiega w kierunku oznaczonym strzałką 14. Proszek topnikowy 16 jest podawany poprzez rurkę 15 do rowka 2 tuż przed jeziorkiem spawalniczym 17. Części 11, 12, 13 i 15 przemieszczają się z taką samą prędkością w kierunku oznaczonym strzałką 14 wzdłuż rowka 2. Liczbą 18 oznaczono gotową spoinę spawalniczą.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób łączenia ze sobą skrajnie długich płyt metalowych, o grubości co najmniej 5 mm, przez spawanie czołowe, polegający na tym, że rowek spawalniczy wykonuje się na czołowych krawędziach płyt tylko z jednej ich strony i jedynie w części ich grubości, podpiera się łączone płyty od strony przeciwległej względem rowka spawalniczego na łożu z podciśnieniowym urządzeniem mocującym, a pod częściami spawanymi w obszarze szwu spawalniczego umieszcza się podparcie spoiny z materiału o dużej przewodności cieplnej, następnie do kanału w podparciu spoiny wprowadza się płynne chłodziwo i wymusza się jego przepływ, po czym styka się czołowe krawędzie łączonych płyt ze sobą, znamienny tym, że rowek spawalniczy (2) na krawędziach płyt (1) przeznaczonych do spawania wykonuje się metodą frezowania kształtowego.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krawędziowe uszczelki (7) podciśnieniowego urządzenia mocującego płyty (1) do łoża (19) umieszcza się w odległości (L) nie mniejszej niż 50 mm od rowka spawalniczego (2).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wysokość (k) części krawędzi czołowej płyt (1), wzdłuż której stykają się one bezpośrednio podczas spawania, wynosi 2-4 mm, korzystnie nie więcej niż 3 mm.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że rowek spawalniczy (2) ma w przekroju zarys litery V o kącie rozwarcia mieszczącym się w zakresie 50° do 65°, korzystnie 55° do 60°.