PL176306B1

PL176306B1 - Sposób i urządzenie do wzdłużnego spawania rur z płaskownikami stalowymi

Info

Publication number: PL176306B1
Application number: PL95307252A
Authority: PL
Inventors: Peter Junker
Original assignee: Asea Brown Boveri; Asea Brown Boveri Ag
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1999-05-31
Also published as: CA2142525A1; ES2132264T3; ATE178519T1; HUT70608A; CZ30895A3; CZ286548B6; FI104796B; HU9500438D0; HU212740B; PL307252A1; DK0667204T3; DE59408083D1; SK18895A3; FI950619A; US5532445A; FI950619A0; EP0667204B1; EP0667204A1

Abstract

1. Sposób wzdluznego spawania rur z piaskownikam i stalowym i, w któ- rym spawanie nastepuje na górnej stronie i na dolnej stronie piaskownika, pal- niki spawalnicze mocuje sie na stale, laczone czesci dociska sie przed spawaniem i przemieszcza za pomoca zw yklego urzadzenia przenoszacego w kierunku wzdluznym podczas procesu spawania, zas spawanie w ykonuje sie na gornej stronie w znany sposó b metoda automatycznego spawania pod top- nikiem , znamienny tym, ze równoczesnie z automatycznym spawaniem pod topnikiem na górnej stronie, na dolnej stronie prowadzi sie kombinowane spa- wanie lukiem pulsujacym pod oslona gazu ochronnego, przy którym palniki porusza sie na boki przy pomocy urzadzenia wahadlowego (15), przy czym predkosc ruchu wahadlowego koordynuje sie z predkoscia posuwu czesci spawanych ( 1 , 2) 7 Urzadzenie do w zdluznego spawania rur z piaskownikam i stalowymi, w którym w stojaku maszynowym umieszczone jest urzadzenie do automaty- cznego spawania pod topnikiem z co najm niej jedna para zamocowanych na stale palników spawalniczych, z urzadzeniami do podawania drutu spawalni- czego i urzadzeniami do doprowadzania i odpiowadzania proszku spawalni- czego do spoin na górnej stronie piaskownika ja k równiez urzadzenie do dociskania i przemieszczania spawanych czesci podczas procesu spawania, znamienne tym, ze ponizej spawanych czesci ( 1 , 2) w stojaku maszynowym (3) umieszczone jest co najmniej jedno kombinowane wahadlowe urzadzenie do spawania lukiem pulsujacych pod oslona gazu ochronnego z para palników (11) do równoczesnego spawania (N3, N4) od dolu, przy czym palniki ( 11) do spawaniu pod oslona gazu ochronnego sa umieszczone w okreslonej od- leglosci wzdluznej (L ) od palników (4) do automatycznego spawania pod top- nikiem i sa zamocowane przesuwnie na boki i obrotowo z regulacja ich kata nachylenia (a ) wzgledem lin ii pionowej FIG. 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wzdłużnego spawania rur z płaskownikami stalowymi, które służą do wytwarzania gazoszczelnych ścian rurowych w instalacjach kotłowych, przemysłowych i energetycznych.

Dla celów instalacji kotłowych przemysłowych i energetycznych wytwarza się tysiące metrów połączeń spawanych pomiędzy rurami ścian kotłów i płaskownikami stalowymi. Tak zwane ściany rurowe tworzą znaczną część kotłów przemysłowych względnie energetycznych.

Przy spawaniu tego rodzaju ścian rurowych znana jest przede wszystkim metoda automatycznego spawania pod topnikiem. Metoda ta ma tę zaletę, że łuk elektryczny zapala się w sposób stabilny i bez rozprysków pod warstwą proszku, która równocześnie przejmuje ochronę przed szkodliwą atmosferą i redukcją, jak również tworzeniem się żużla, co ma na celu uzyskanie przebiegu procesu metalurgicznego przy minimalnych kosztach. Proces wyróżnia się wysoką sprawnością stapiania i małą wadliwością. Jednakże, ma on tę wadę, że części normalnie mogą być spawane tylko w płaszczyźnie poziomej.

Oznacza to, że spawanie ścian rurowych kotła musiało do tej pory odbywać się w dwóch fazach, jeżeli wymagania jakościowe powodowały konieczność znacznego przetopienia pomiędzy rurąa płaskownikiem. W tym przypadku głowica spawalniczajest nieruchoma, a łączone części ruchome.

Połączenia są zatem w pierwszym przejściu spawane po obu stronach od góry. Następnie zespawane ze sobą części odwraca się i w drugiej operacji spawa na gotowo po pozostałych obu stronach. Ta okoliczność wymaga jednak dużego nakładu czasu przy manipulacji i spawaniu w całym procesie wytwarzania. Ponieważ tymczasem możliwości zwiększenia szybkości spawania zostały wyczerpane, dla uzyskania przyspieszenia całego procesu wchodzi w grę tylko inny sposób spawania.

Znany jest także sposób automatycznego spawania pod topnikiem w pozycji pułapowej (DE 26 40 270, DE 34 25 225, DE 34 30 349), w którym jeziorko spawalnicze w porównaniu z “normalnym” automatycznym spawaniem pod topnikiem jest obrócone o 180°, a proszek do spawania i elektroda zostają doprowadzone z góry i z dołu do miejsca spawania.

Topnik do spawania jest dociskany do miejsca spawania. Główną trudnością przy automatycznym spawaniu pod topnikiem w pozycji pułapowej jest wykonanie spoiny o niskich kosztach, ponieważ jeziorko spawalnicze musi być w stanie zawieszenia, co prowadzi do niestabilności jego własności. Jakość spoiny z tego powodu często nie jest tak wysoka, jak powinna być według wymagań dla instalacji kotłowych. Dla uzyskania przepisowej głębokości wtopienia konieczne jest spawanie o względnie wysokich parametrach. Kombinacja urządzeń do wytwarzania jeziorka spawalniczego i doprowadzania proszku nie jest możliwa w danych warunkach przestrzennych podczas spawania ściany rury.

Od wielu lat znany jest także sposób spawania metali pod osłonągazu ochronnego, używany w wielu zastosowaniach, który ostatnio mógł być znacznie ulepszony w wyniku zastosowania elektroniki i nowych gazów ochronnych. Dzisiaj jest możliwe sterowanie kroplami w sposób synergiczny za pomocąłuku pulsującego, co prowadzi do tego, że jeziorko spawalnicze daje się dobrze skontrolować i modelować. Z tego względu spawanie ścian rur pod osłonągazu ochronnego wydaje się również możliwe. Metoda ta jednak nie została do tej pory zastosowana do spawania ścian rur, ponieważ metoda automatycznego spawania pod topnikiem jest łatwiejsza w manipulacjach i między innymi dodatkowe środki ochronne przeciwko jaskrawości łuku elektrycznego konieczne przy spawaniu pod osłonągazu ochronnego nie są potrzebne do stosowania przy automatycznym spawaniu pod topnikiem.

Znane jest zastosowanie urządzeń wahadłowych do prowadzenia palników spawalniczych przy różnych sposobach spawania, przy pomocy których uzyskuje się rozprowadzenie jeziorka spawalniczego i w ten sposób zostają przezwyciężone niejednorodności w odstępie spoin i uzyskuje się dobrąjakość spoiny. Wadąjest to, że urządzenia wahadłowe dostępne na rysunku pracują względnie powoli.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie wszystkich wymienionych wad oraz dostarczenie sposobu i urządzenia do wzdłużnego spawania rur z płaskownikami stalowymi do ścian ruro4

176 306 wych, dzięki którym jest możliwe spawanie przy znacznej oszczędności czasu w porównaniu z dotychczasowym stanem techniki, uzyskanie automatyczne spoin górnych i dolnych o doskonałej jakości, przy czym w znacznym stopniu można się oprzeć na znanych metodach automatycznych spawania pod topnikiem.

Sposób wzdłużnego spawania rur z płaskownikami stalowymi, w którym spawanie następuje na górnej stronie i na dolnej stronie płaskownika, palniki spawalnicze mocuje się na stałe, łączone części dociska się przed spawaniem i przemieszcza za pomocą zwykłego urządzenia przenoszącego w kierunku wzdłużnym podczas procesu spawania, zaś spawanie wykonuje się na górnej stronie w znany sposób metodą automatycznego spawania pod topnikiem, charakteryzuje się według wynalazku tym, że równocześnie z automatycznym spawaniem pod topnikiem na górnej stronie, na dolnej stronie prowadzi się kombinowane spawanie łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego, przy którym palniki porusza się na boki przy pomocy urządzenia wahadłowego, przy czym prędkość ruchu wahadłowego koordynuje się z prędkościąposuwu części spawanych.

Korzystnie prędkość posuwu dobiera się w zależności od grubości ścianki rury eliminując dodatkowe chłodzenie.

Korzystnie pracuje się przy prędkości posuwu w zakresie 1,1-1,5 m/min.

Korzystnie pracuje się przy prędkości posuwu 1,3 m/min.

Korzystnie przy spawaniu łukiem pulsującym pod osłonągazu ochronnego co 2 mm posuwu wykonuje się jeden ruch wahadłowy.

Korzystnie parametry spawania dobiera się tak, że grubości części nie spawanej płaskownika wynosi maksymalnie 0,3-krotności grubości płaskownika, że suma grubości spoiny na górnej i dolnej stronie, w tym przypadku jest równa co najmniej 1,25-krotności grubości płaskownika stalowego i grubości nie stopionego materiału rury wynosi co najmniej 2 mm.

Urządzenie do wzdłużnego spawania rur z płaskownikami stalowymi, w którym w stojaku maszynowym umieszczone jest urządzenie do automatycznego spawania pod topnikiem z co najmniej parą zamocowanych na stałe palników spawalniczych, z urządzeniami do podawania drutu spawalniczego i urządzeniami do doprowadzania i odprowadzania proszku spawalniczego do spoin na górnej stronie płaskownika jak również urządzenie do dociskania i przemieszczania spawanych części podczas procesu spawania, odznacza się według wynalazku tym, że poniżej spawanych części w stojaku maszynowym umieszczone jest co najmniej jedno kombinowane wahadłowe urządzenie do spawania łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego z parąpalników do równoczesnego spawania dołu, przy czym palniki do spawania pod osłoną gazu ochronnego są umieszczone w określonej odległości wzdłużnej od palników do automatycznego spawania pod topnikiem i są zamocowane przesuwnie na boki i obrotowo z regulacją ich kąta nachylenia a względem linii pionowej.

Korzystnie odległość wzdłużna pomiędzy palnikami do automatycznego spawania pod topnikiem i palnikami do spawania pod osłonągazu ochronnego wynosi około 320 mm.

Korzystnie kąt nachylenia a palników do spawania pod osłoną gazu ochronnego wynosi około 27 do 30°.

Korzystnie na obu palnikach do spawania pod osłoną gazu ochronnego umieszczone jest wspólne urządzenie wahadłowe.

Korzystnie na każdym palniku do spawania pod osłonągazu ochronnego umieszczone jest jedno urządzenie wahadłowe.

Zaletą wynalazku jest między innymi to, że ściana rury kotła może być spawana w pojedynczej operacji roboczej, to jest równocześnie od góry i od dołu (spawanie w pozycji pułapowej). Dzięki temu uzyskuje się ogromną oszczędność czasu ponieważ proces wytwarzania ulega skróceniu o około 50% do 60%. Proces odbywa się w znacznym stopniu automatycznie i jest dlatego szczególnie ekonomiczny.

Jeśli praca odbywa się z szybkością posuwu 1,1 m/min do 1,5 m/min, korzystnie 1,3 m/min, nie jest konieczne dodatkowe chłodzenie, na płaskowniku stalowym nie tworzy się zgorzelina i proces z punktu widzenia czasochłonności jest oceniany jako bardzo wydajny.

176 306

Jest szczególnie celowe w przypadku spawaniu łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego wykonywanie jednego ruchu wahadłowego na przynajmniej 2 mm posuwu, gdyż dzięki temu skrajnie szybkiemu wahaniu jeziorko spawalnicze zostaje dostatecznie rozprowadzone, zostajątakże wyrównane niedokładności powstałe przy wytwarzaniu rur i można zrezygnować ze stosowania urządzenia palnikowego sterowanego czujnikami.

Korzystne jest stosowanie urządzenia, w którym odległość pomiędzy palnikami do automatycznego spawania pod topnikiem i pod osłoną gazu ochronnego wynosi około 320 mm, gdyż dzięki temu nie pojawia się niekorzystne wzajemne oddziaływanie obu metod spawania.

Następnie korzystnym jest, jeżeli ze względu na koszty, na obu palnikach do spawania pod osłonągazu ochronnego, znajduje się wspólne urządzenie wahadłowe, przy czym na każdym palniku również może być umieszczone jedno urządzenie wahadłowe.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia gotowe połączenie spawanego płaskownika z dwiema rurami w przekroju, fig. 2 - istotną część urządzenia według wynalazku w płaszczyźnie palnika do automatycznego spawania pod topnikiem w przekroju, przy czym palniki do spawania pod osłonągazu ochronnego na pierwszym planie są przedstawione wspólnie dla lepszego zrozumienia całego urządzenia i fig. 3 - urządzenie i spawane części metalowe w płaszczyźnie dwóch spoin umieszczonych jedna na drugą, w przekroju częściowym.

Przedstawione są tylko elementy istotne dla zrozumienia wynalazku. Nie przedstawiono na przykład doprowadzenia zasilania, mocowania palnika i urządzeń sterujących.

Sposobem według wynalazku przy możliwie małych kosztach można wytworzyć połączenie spawane przedstawione na fig. 1. Przy wytwarzaniu gazoszczelnych ścian rur kotłów, rury 1 musząbyć zespawane z umieszczonymi między nimi płaskownikami 2. Należy przy tym wytworzyć zarówno na górnej stronie płaskownika 2, jak i na dolnej stronie płaskownika 2 po obu stronach dwie spoiny N, zatem ogółem cztery spoiny N, przy czym odnośnikami N1 i n2 oznaczone są spoiny górne, a odnośnikami N3 i N4 spoiny dolne.

Górne spoiny N1 i N2 mąjągrubość C1 i C2, a dolne spoiny N3 i N4 majągrubość C3 i C4.

Figura 2 i fig. 3 pokazują w sposób uproszczony wytwarzanie połączeń spawanych. Do wytwarzania górnych spoin N1 i N2 stosowane jest zwykle automatyczne urządzenie do spawania pod topnikiem.

W stojaku maszynowym 3 umieszczone są dwa palniki spawalnicze do automatycznego spawania pod topnikiem z urządzeniami do podawania drutu spawalniczego 6 i z urządzeniami 7 do doprowadzania i urządzeniami 8 do odprowadzania proszku spawalniczego 9 do spawania spoin N1 i N2 na górnej stronie, jak również urządzenie 10 do dociskania i mieszania spawanych części 12 podczas procesu spawania. Pod częściami spawanymi 1 i 2 znajduje się w stojaku maszynowym 3 kombinowane urządzenie wahadłowe do spawania łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego z dwoma palnikami 11, z urządzeniami 12 do podawania drutu spawalniczego 13 i z urządzeniami 14 do doprowadzania gazu ochronnego celem równoczesnego spawania spoiny N3 i N4 po stronie dolnej. Palniki 11 do spawania pod osłonągazu ochronnego posiadają przy tym określony odstęp L w kierunku podłużnym od palników 4 do automatycznego spawania pod topnikiem, są odchylane przez urządzenie wahadłowe 15 lekko na boki i posiadająregulowany kąt nachylenia a, równy 27°. Przy obu palnikach 11 do spawania pod osłonągazu ochronnego umieszczone jest wspólne urządzenie wahadłowe 15, które przesuwa palnik 11 na boki w sposób wahadłowy.

W innym przykładzie wykonania może być oczywiście umieszczone po jednym urządzeniu wahadłowym 15 na każdym palniku 11. Ponadto możliwe jest także w innych przykładach wykonania ustawienie palników 4 do automatycznego spawania pod topnikiem umieszczonych parami i palników 11 do spawania pod osłoną gazu ochronnego jednego za drugim.

Sposób według wynalazku jest opisany bliżej na przykładzie spawania wzdłużnego rur ze stali St 35,8/1 o średnicy 60,3 mm grubości ścianki 4,5 mm z płaskownikiem ze stali St 37,2 o szerokości 19,7 mm i grubości S = 6 mm przy pomocy opisanego wyżej urządzenia, celem wykonania ścianki rury kotła. Łączone części 1 i 2 doprowadza się za pomocą urządzenia

176 306 przenoszącego 10 do palników spawalniczych 4 i dociska. Górne spoiny N1 i N 2 spawa się za pomocąznanego sposobu automatycznego spawania pod topnikiem, przy czym stosuje się drut 6 do spawania pod topnikiem typu EMS 3Mo posiadający średnicę 2,5 mm oraz dostępny w handlu proszek do spawania pod topnikiem. Równocześnie dolne spoiny N3 i N4 spawa się za pomocą spawania łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego. Jako drut spawalniczy 13 do spawania pod osłoną gazu ochronnego stosowany jest Carbofil 100 o średnicy 1,6 mm. Jako gaz ochronny stosowana jest mieszanka złożona z 82% argonu i 18% dwutlenku węgla. Szybkość spawania ścianki rury, to jest szybkość posuwu, wynosi 1,3 m na minutę. Tym samym osiąga się dostatecznie duże odprowadzanie ciepła i nie jest konieczne dodatkowe chłodzenie. Szybkość wahania koordynuje się z prędkością posuwu. Na 2 mm posuwu odbywa się jeden ruch wahadła. Przez ten skrajnie szybki ruch wahadłowy jeziorko spawalnicze jest dostatecznie rozprowadzane, tak że zostają wyrównane niedokładności powstałe przy wytwarzaniu rur i można zaniedbać sterowanie palnikami.

Parametry spawania są wybrane w taki sposób, że nie zespawana grubość D blachy płaskiej 2 wynosi maksymalnie 0,3 grubości S płaskiej blachy 2, suma grubości spoiny na górnej idolnej stronieC1 + C2, względnie C3 + C4 wynosi w tym przypadku przynajmniej 1,25-krotności grubości S blachy płaskiej 2 i grubość nie zespawanego materiału A rury wynosi co najmniej 2 mm. W wybranym przykładzie wykonania pracuje się z palnikami do spawania łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego o następujących parametrach spawania: palnik 11, który posiada nieco mniejszą odległość względem palnika 4 do spawania pod topnikiem pracuje pod napięciem 23 V i pod prądem 298 A przy szybkości przesuwu drutu 5 m/min, podczas gdy drugi palnik 11 jest zasilany napięciem 21,5 V i prądem 297 A przy przesuwie drutu 4,5 m/min.

Przez zespawanie kotłowych ścianek rury w pojedynczym przejściu to jest równoczesnym automatycznym spawaniu od góry do dołu, proces wytwarzania można skrócić o około 50 do 60% w porównaniu do obecnego stanu techniki. Prowadzi to do znaczących oszczędności kosztów.

Spoiny wykazują bardzo dobrą jakość i spełniają wysokie wymagania stawiane konstrukcjom kotłowym.

176 306

FIG. 3

176 306

FIG. 1 i

CjL·
N1	N2

FIG. 2

	1	ς

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wzdłużnego spawania rur z płaskownikami stalowymi, w którym spawanie następuje na górnej stronie i na dolnej stronie płaskownika, palniki spawalnicze mocuje się na stałe, łączone części dociska się przed spawaniem i przemieszcza za pomocą zwykłego urządzenia przenoszącego w kierunku wzdłużnym podczas procesu spawania, zaś spawanie wykonuje się na górnej stronie w znany sposób metodą automatycznego spawania pod topnikiem, znamienny tym, że równocześnie z automatycznym spawaniem pod topnikiem na górnej stronie, na dolnej stronie prowadzi się kombinowane spawanie łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego, przy którym palniki porusza się na boki przy pomocy urządzenia wahadłowego (15), przy czym prędkość ruchu wahadłowego koordynuje się z prędkością posuwu części spawanych (1, 2).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkość posuwu dobiera się w zależności od grubości ścianki rury eliminując dodatkowe chłodzenie.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że pracuje się przy prędkości posuwu w zakresie 1,1-1,5 m/min.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że pracuje się przy prędkości posuwu 1,3 m/min.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy spawaniu łukiem pulsującym pod osłoną gazu ochronnego co 2 mm posuwu wykonuje się jeden ruch wahadłowy.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że parametry spawania dobiera się tak, że grubość (D) części nie spawanej płaskownika (2) wynosi maksymalnie 0,3-krotności grubości (S) płaskownika (2), że suma grubości spoiny na górnej i dolnej stronie (C1+C2), względnie (C3+C4), w tym przypadku jest równa co najmniej 1,25-krotności grubości (S) płaskownika stalowego (2) i grubości nie stopionego materiału (A) rury wynosi co najmniej 2 mm.
7. Urządzenie do wzdłużnego spawania rur z płaskownikami stalowymi, w którym w stojaku maszynowym umieszczone jest urządzenie do automatycznego spawania pod topnikiem z co najmniej jedną parą zamocowanych na stałe palników spawalniczych, z urządzeniami do podawania drutu spawalniczego i urządzeniami do doprowadzania i odprowadzania proszku spawalniczego do spoin na górnej stronie płaskownika jak również urządzenie do dociskania i przemieszczania spawanych części podczas procesu spawania, znamienne tym, że poniżej spawanych części (1, 2) w stojaku maszynowym (3) umieszczone jest co najmniej jedno kombinowane wahadłowe urządzenie do spawania łukiem pulsującym pod osłonągazu ochronnego z parą palników (11) do równoczesnego spawania (N3, N4) od dołu, przy czym palniki (11) do spawania pod osłoną gazu ochronnego są umieszczone w określonej odległości wzdłużnej (L) od palników (4) do automatycznego spawania pod topnikiem i są zamocowane przesuwnie na boki i obrotowo z regulacją ich kąta nachylenia (a) względem linii pionowej.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że odległość wzdłużna (L) pomiędzy palnikami (4) do automatycznego spawania pod topnikiem i palnikami (11) do spawania pod osłoną gazu ochronnego wynosi około 320 mm.
9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że kąt nachylenia (a) palników (11) do spawania pod osłoną gazu ochronnego wynosi około 27 do 30°.
10. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienne tym, że na obu palnikach (11) do spawania pod osłoną gazu ochronnego umieszczone jest wspólne urządzenie wahadłowe (15).
11. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8 albo 9, znamienne tym, że na każdym palniku (11) do spawania pod osłonągazu ochronnego umieszczone jest jedno urządzenie wahadłowe (15).

* * *

176 306