PL232252B1 - Sposób spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą i sprężysty pierścień do spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą i sprężysty pierścień do spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą mające zastosowanie do spawania czołowego rur metalowych w instalacjach przemysłowych, układach technologicznych, takich jak rurociągi, czy wymienniki. Sposób spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą charakteryzuje się tym, że z drutu spawalniczego formuje się otwarty pierścień, którego średnicę dopasowuje się do zewnętrznej średnicy spawanych ze sobą rur. Następnie jedną z końcówek (1) pierścienia zagina się do wewnątrz pod kątem (α) nieprzekraczającym 90°. Tak utworzony sprężysty pierścień nakłada się na miejsce spawanego połączenia. Spawanie rozpoczyna się od zagiętej końcówki sprężystego pierścienia i prowadzi się liniowo wzdłuż niego.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą i sprężysty pierścień do spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą mające zastosowanie do spawania czołowego rur metalowych w instalacjach przemysłowych, układach technologicznych, takich jak rurociągi, czy wymienniki.

Proces spawania orbitalnego jest w pełni zautomatyzowanym procesem spawania rur o niewielkich grubościach ścianek nie przekraczających 1,5 mm, gwarantujący gładkość lica spełniającą wysokie wymagania technologiczne i jakościowe. Wraz z koniecznością spawania rur o grubości ścianek większej niż 1,5 mm rośnie prawdopodobieństwo powstania niezgodności spawalniczych, zwłaszcza w postaci braku przetopionych krawędzi wewnętrznych (niezgodność nr 4021 wg normy EN ISO 5817) lub wklęsłego lica spoiny (niezgodność nr 511). Wystąpienie obu, bądź którejkolwiek z tych niezgodności dyskwalifikuje złącze pod względem wymagań jakościowych - najwyższej klasy jakości „B” wg normy EN ISO 5817.

Problem ze spawaniem rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą o większych grubościach ścianek polega na tym, że w trakcie roztopienia ścianki, napięcie powierzchniowe ciekłego metalu nie jest w stanie utrzymać spoiny w jednej płaszczyźnie. Wówczas po zastygnięciu spoiny tworzy się wklęsłe lico, które stanowi dyskwalifikującą niezgodność spawalniczą. Spawanie orbitalne z głowicą zamkniętą, z racji braku dostępu z zewnątrz do miejsca spawania, nie daje możliwości zastosowania materiału dodatkowego, jakim jest drut spawalniczy, tak jak ma to miejsce w klasycznym procesie spawania TIG. Tym niemniej, ze względu na czas i komfort spawania, przydatne byłoby znalezienie rozwiązania, które umożliwiałoby wykorzystanie spawarek orbitalnych z głowicą zamkniętą również do spawania rur o większych grubościach ścianek.

Próby nakładania gładkich pierścieni z drutu spawalniczego na złącze kończyły się niepowodzeniem. Gładkie pierścienie zsuwają się ze spoiny w momencie stopienia fragmentu pierścienia. W trakcie testów okazało się, że drut, który pierwotnie ściśle przylegał do rurki, w trakcie zajarzenia łuku zachowuje się jak kropla wody rzucona na rozgrzaną patelnię. Stapia się i „zwija w kulkę”, ponieważ łuk elektryczny roztapia w pierwszej kolejności drut, a dopiero w następnej spawany materiał.

Z opisu patentowego US9611956 znane jest urządzenie i sposób spawania łukiem pulsującym stalowych rur kotłowych w warunkach ograniczonego dostępu. Sposób obejmuje zastosowanie wtapianego pierścienia wkładkowego o profilu w kształcie litery T pokrytego od zewnętrznej strony topnikiem, aby zapewnić głębokie wnikanie spoiny przy wykorzystaniu zgrzewarki GTAW. Wycięcia w pierścieniu spawalniczym umożliwiają wizualną inspekcję dopasowania rury przed spawaniem.

Z dokumentacji US2009261574 znany jest układ wydechowy oraz sposób łączenia komponentów układu wydechowego, który charakteryzuje się tym, że między dwoma komponentami układu występuje połączenie lutowane indukcyjnie. W sposobie łączenia pierwszego komponentu układu wydechowego z drugim komponentem, oba komponenty, które są połączone i zaopatrzone w wysokotemperaturowy materiał lutowniczy, są ogrzewane w obszarze materiału lutowniczego za pomocą induktora do temperatury powyżej temperatury topnienia materiału lutowniczego. Stopiony materiał lutowniczy wnika w szczeliny między połączonymi komponentami.

W dokumentacji wzoru użytkowego CN205021035 ujawniono pierścień spawalniczy, zawierający korpus pierścienia, w którym to korpusie wykonane jest nacięcie. Powierzchnia końcówek nacięcia ukształtowana jest w ten sposób, że wyznacza wewnętrzny kąt z pierścieniem.

Z kolei z dokumentacji wzoru użytkowego CN202934256 znany jest zasadniczo płaski, pierścień z drutu rdzeniowego z rdzeniem aluminiowym, którym zastępuje się pierścień spawalniczy z drutu rdzeniowego z rdzeniem aluminiowym o przekroju okrągłym, dzięki czemu powierzchnia styku pierścienia spawalniczego i powierzchnia materiału macierzystego zostaje powiększona.

Znane rozwiązania wymagają drutu spawalniczego odpowiednio przygotowanego, zaś celem wynalazku jest opracowanie rozwiązania, które nie wymaga skomplikowanych zabiegów przygotowawczych, a jednocześnie jest efektywne w warunkach zautomatyzowanego spawania orbitalnego.

Sposób spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą charakteryzuje się według wynalazku tym, że z drutu spawalniczego formuje się otwarty pierścień, którego średnicę dopasowuje się do zewnętrznej średnicy spawanych ze sobą rur. Następnie jedną z końcówek pierścienia zagina się do wewnątrz pod kątem nieprzekraczającym 90°. Tak utworzony sprężysty pierścień nakłada się na miejsce spawanego połączenia. Spawanie rozpoczyna się od zagiętej końcówki sprężystego pierścienia i prowadzi się liniowo wzdłuż niego.

PL 232 252 B1

Sprężysty pierścień do spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą wykonany z drutu spawalniczego charakteryzuje się według wynalazku tym, że ma postać otwartą. Jedna z końcówek jest zagięta do wewnątrz pod kątem nieprzekraczającym 90°.

Dodanie spoiwa w postaci sprężystego pierścienia według wynalazku, pozwala na uniknięcie niezgodności spawalniczych, takich jak wklęsłe lico spoiny, dyskwalifikujących połączenie pod względem jakościowym. Sposobem według wynalazku możliwe staje się spawanie rur o większych grubościach ścianek, a to właśnie w takim przypadku występowały różnego rodzaju niezgodności. Dodatek spoiwa w postaci drutu zapewnia uzyskanie wypukłego lica spoiny spawanych rur. Wypełnienie spoiny sposobem według wynalazku pozwala na szersze wykorzystanie spawarek orbitalnych z głowicą zamkniętą, a jednocześnie znaczne skrócenie czasu wykonywania trwałych połączeń rur o grubości ścianek powyżej 1,5 mm spełniających wymagania jakościowe.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sprężysty pierścień w widoku z boku, a fig. 2 przedstawia rurkę z rozpoczętym spawem sposobem według wynalazku.

P r z y k ł a d I

Drut spawalniczy, odpowiedni do spawania danego gatunku stali, nawija się na pręt o średnicy mniejszej od średnicy spawanych rur, dobrany tak, aby otwarte pierścienie uformowane przez odcinanie fragmentów zwiniętego w kształt sprężyny drutu, równomiernie przylegały do docelowej rury całym swoim obwodem, co wynika ze sprężystości materiału, który po oswobodzeniu uzyskuje założoną średnicę. Końcówkę 1 pierścienia zagina się do wewnątrz pod kątem a nieprzekraczającym 90°. Utworzony w ten sposób sprężysty pierścień 2 nakłada się w spawarce orbitalnej z zamkniętą głowicą na miejsce spawanego połączenia tak, aby spawanie rozpoczynało się od zagiętej końcówki 1 sprężystego pierścienia 2. Zagięta końcówka 1 sprężystego pierścienia 2 po nałożeniu na rurę wywiera na nią punktowy nacisk. Dzięki rozpoczęciu procesu spawania od zagiętego końca 1, w momencie zajarzenia łuku elektrycznego, następuje przyspawanie sprężystego pierścienia 2 do rury, co zapobiega jego zsunięciu w trakcie spawania. Następnie, jak pokazano na fig. 2, kontynuuje się spawanie wzdłuż sprężystego pierścienia 2, który jednocześnie ulega przetopieniu. W efekcie uzyskuje się lekko wypukłe lico spoiny. Spoiny wykonane na rurach o grubości ścianek wynoszącej od 1,2 mm do 3 mm, przy kącie zagięcia końcówki pomiędzy 30° a 60° spełniają wymagania jakościowe.

P r z y k ł a d II

Jak pokazano na fig. 1 sprężysty pierścień 2, uzyskany w wyniku odcięcia pierścienia z drutu spawalniczego o średnicy 1 mm, odpowiedniego do spawania danego gatunku stali, który nawija się jak sprężynę na pręt o średnicy odpowiednio mniejszej od średnicy spawanych rur, ma postać otwartego pierścienia. Końcówka 1 jest zagięta do wewnątrz pod kątem a nieprzekraczającym 90°. Zagięta końcówka 1 wywiera nacisk na miejsce spawania i roztapia się przy stałym kontakcie z materiałem spawanym w trakcie zajarzania łuku elektrycznego w głowicy do spawania orbitalnego.

Zastosowanie sprężystego podgięcia 1 zapewnia stałe przyleganie (dociskanie) drutu do rury w trakcie rozpoczęcia spawania, dzięki czemu materiał rury rozgrzewa się na tyle dobrze, że drut wtapia się w niego. Dzięki takiemu ukształtowaniu przestrzennemu pierścienia, drut nie zsuwa się ze spoiny.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (2)

1. Sposób spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą znamienny tym, że z drutu spawalniczego formuje się otwarty pierścień, którego średnicę dopasowuje się do zewnętrznej średnicy spawanych ze sobą rur, następnie jedną z końcówek pierścienia zagina się do wewnątrz pod kątem nieprzekraczającym 90°, po czym tak utworzony sprężysty pierścień nakłada się na miejsce spawanego połączenia, a spawanie rozpoczyna się od zagiętej końcówki sprężystego pierścienia i prowadzi się liniowo wzdłuż niego.

2. Sprężysty pierścień do spawania rur metodą orbitalną z głowicą zamkniętą wykonany z drutu spawalniczego znamienny tym, że ma postać otwartą, a jedna z końcówek (1) jest zagięta do wewnątrz pod kątem (a) nieprzekraczającym 90°.