PL241864B1 - Stanowisko spawalnicze do wykonywania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika oraz sposób wykonania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika - Google Patents

Abstract

Stanowisko, według zgłoszenia charakteryzuje się tym, że zawiera walcarkę rolkową do kształtowania ceowników, zamocowaną do słupowysięgnika a także siłownik (10) o regulowanej sile docisku, zamocowany na końcu ramienia słupowysięgnika pomiędzy palnikami (3), przy czym na końcówce tłoczyska roboczego tego siłownika (10) jest zamocowana rolka dociskowa. Sposób według zgłoszenia charakteryzuje się tym, że w pierwszej kolejności płaskownik podaje się do walcarki rolkowej, po czym rolkami walcującymi tej walcarki z płaskownika kształtuje się ceownik, a następnie ceownik podaje się na zewnętrzną powierzchnię płaszcza zbiornika (9) i dociska się do tej powierzchni rolką dociskową a za pomocą palników (3) obustronnie spawa się krawędzie ceownika do tej powierzchni, przy czym podczas spawania zbiornik (9) wprowadza się w ruch obrotowy oraz zmienia się położenie palników (3) wraz z wózkiem jezdnym ze słupowysięgnikiem i walcarką ruchem prostoliniowym zsynchronizowanym z ruchem obrotowym zbiornika (9).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko spawalnicze do wykonywania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika oraz sposób wykonywania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika mające zastosowanie zwłaszcza przy produkcji zbiorników procesowych wykorzystywanych w przemyśle spożywczym.

Zbiorniki procesowe są powszechnie wykorzystywane w przemyśle spożywczym, w liniach technologicznych przy produkcji między innymi napojów, soków, ketchupu, przecierów owocowych, dżemów, nadzień cukierniczych, musów owocowych, czekolady, czy też syropów. Zbiorniki procesowe to jedne z najczęściej wykorzystywanych urządzeń w procesie produkcji artykułów spożywczych, a branża spożywcza wykazuje stałe zapotrzebowanie na innowacyjne rozwiązania produktowe oraz technologiczne. Ze względu na charakter procesu zbiorniki mogą pełnić funkcję magazynową, buforową, czy służyć do realizacji technologicznych procesów termicznych. Konieczność zastosowania zbiornika do mieszania, podgrzewania, chłodzenia lub utrzymania temperatury, czy składowania medium występują na różnych etapach procesu technologicznego, zwykle w kilku z nich. Stąd zbiorniki procesowe są nieodzownym elementem większości produkcyjnych linii technologicznych w przemyśle spożywczym.

Najefektywniejszymi, spośród obecnie dostępnych na rynku są zbiorniki procesowe dwupłaszczowe, składające się z płaszcza zewnętrznego i wewnętrznego. W płaszczu znajduje się płyn wymiany termicznej - przeważnie woda - który krążąc w jego obrębie przekazuje lub odbiera ciepło z wsadu zbiornika - medium. Taka konstrukcja oraz dotychczasowa technologia wykonania zbiorników implikuje istotne problemy na etapie ich eksploatowania. Obieg czynnika termicznego w płaszczu powoduje powstawanie dróg preferencyjnych jego przepływu - efektem jest nierównomierne przekazywanie oraz odbieranie ciepła, a w efekcie częste przerwy w procesie produkcji wynikające z niezgodności rzeczywistej temperatury medium, z temperaturą wymaganą w procesie technologicznym. Punktowe, ręczne spawanie płaszcza do zbiornika powoduje jego miejscowe przegrzanie - skutkuje to odkształceniem i osłabieniem jego struktury oraz implikuje konieczność technologicznego obrobienia wewnętrznej struktury zbiornika, a w efekcie sprzyja powstawaniu korozji. Różna rozszerzalność cieplna oraz powstałe w procesie produkcji naprężenia zbiornika procesowego sprzyjają ryzyku implozji zbiornika oraz korozji naprężeniowej. Wąskie kanaliki przepływu czynnika termicznego w płaszczu skutkują ich zatykaniem się w efekcie zanieczyszczenia płynu czy odkładania się kamienia z wody. Ponadto występuje w nich problem korodowania szczelinowego w obszarze połączeń spawanych - przyczyną jest gromadzenie się wewnątrz szczelin związków chemicznych, co w efekcie prowadzi do stopniowego zakwaszania środowiska, ułatwiając uszkodzenia pasywne warstwy tlenków na powierzchni stali, działanie korozji we wnętrzu materiału powoduje utratę ciągłości materiału i powstawanie nieszczelności, a w efekcie rozszczelnienie zbiornika. Często wymagane jest szlifowanie i polerowanie wewnętrznej powierzchni zbiornika lub trawienie i pasywacja. Innym problemem występującym w tego typu zbiornikach jest deformacja spoin, będąca efektem ręcznego spawania, związana z umiejętnościami spawacza. Wpływają na nią umiejętności manualne, właściwy dobór parametrów spawania - między innymi natężenia prądu, prędkości spawania - przygotowania materiałów do spawania, doboru materiałów dodatkowych. W przypadku stosowania większego ciśnienia w przestrzeni międzypłaszczowej istnieje ryzyko trwałego uszkodzenia lub zniszczenia zbiornika wewnętrznego. Skutkuje to brakiem możliwości zastosowania pary o wysokiej temperaturze i ciśnieniu powyżej 2 barów. Zbiorniki procesowe dwupłaszczowe charakteryzują się również niską odpornością na implozję, a co za tym idzie płaszcz grzewczy możemy napełnić wówczas, gdy w płaszczu wewnętrznym jest płyn. Napełnienie przestrzeni grzewczej lub poddanie pod działanie ciśnienia pustego zbiornika może skutkować nieodwracalnym zniszczeniem.

W znanych zbiornikach procesowych zawierających wężownice spawane do powierzchni płaszcza, występują problemy związane z występowaniem dużej ilości elementów spawanych, co zwiększa ryzyko powstawania błędów lub ewentualnych ognisk korozji, zbiorniki takie są również czasochłonne w wykonaniu. Stosowana obecnie technologia wykonywania wężownicy na powierzchni zbiornika zakładała cięcie na wypalarce laserowej płaskowników z blachy o ograniczonej długości 3 m, odpowiadającej maksymalnemu wymiarowi arkusza ciętego na wypalarce laserowej. Następnie płaskowniki te są gięte na prasie krawędziowej w ceownik, który następnie jest spawany w dłuższe odcinki po około 12 metrów i następnie jest walcowany na walcarce trójrolkowej, aby dopasować go do zewnętrznej średnicy zbiornika. Następnie tak uzyskany półprodukt, spawa się ręcznie do zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika. Proces ten w dużej mierze zależy od umiejętności spawacza, a ponadto za każdym razem należy wykonać szlifowanie lub polerowanie wewnętrznej powierzchni zbiornika w miejscach

PL 241 864 B1 spawania. Przy wytwarzaniu tego typu zbiorników powstają fazy ferrytyczna i martenzytyczna przy formowaniu profilu wężownicy. Fazy te są w strukturze stali nierdzewnych austenitycznych fazami, które ulegają najszybszej korozji a postępująca korozja tworzy wżery i nieciągłości materiału.

Ze stanu techniki znane są sposoby oraz stanowiska do automatycznego spawania zbiorników, w których palniki spawalnicze zamocowane są na słupowysięgniku, a zbiornik obraca się podczas spawania. Przykładowo z publikacji chińskiego opisu wzoru użytkowego CN 207431480 U znane jest stanowisko spawalnicze zawierające słupowysięgnik zamocowany obrotowo na wózku jezdnym osadzonym w torowisku. Na ramieniu słupowysięgnika jest zamocowany palnik spawalniczy z układem podawania drutu. Stanowisko jest wyposażone w podporę rolkową osadzoną w torowisku oraz jest przystosowane do spawania spiralnego, jednak nie jest wyposażone w elementy pozwalające na spawanie wężownic dobrej jakości. Do wykonania wężownicy z jego wykorzystaniem konieczne byłoby wcześniejsze prefabrykowanie elementów wężownicy dostosowanych do kształtu zbiornika, co przełożyło by się na jego obniżoną jakość. Tego typu rozwiązania nie rozwiązują problemu nawinięcia wężownicy na zbiornik oraz wykonania wysokiej jakości spoin, a tym samym zapewnienia wysokiej trwałości wyrobu.

Z publikacji chińskiego wynalazku CN 104117754 A znane jest stanowisko spawalnic ze dedykowane do spawania wężownic na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika. Stanowisko jest wyposażone w słupowysięgnik, na ramieniu, do którego są zamocowane dwa palniki spawalnicze do dwustronnego spawania krawędzi wężownicy do powierzchni zbiornika. Stanowisko wyposażone jest w układ nadzorowania procesu spawania zawierający czujniki, a także w podporę rolkową do umieszczania na niej zbiornika. Słupowysięgnik jest zamocowany na ruchomym wózku. Na słupie jest zamocowana przesuwnie platforma spawalnicza, na której przesuwnie w poziomej prowadnicy osadzony jest zespół palników spawających. Wężownica wykonywana jest poprzez spawanie półproduktu w postaci półrurki, do płaszcza zbiornika. Proces spawania jest monitorowany, dzięki czemu możliwe jest nadzorowanie jego jakości w trakcie wykonywania spoiny. Wynalazek nie rozwiązuje problemu nawijania półproduktu wężownicy na powierzchnię zbiornika, zapewnienia równomiernego docisku półproduktu do powierzchni zewnętrznego płaszcza zbiornika. Ponadto półprodukt musi być wstępnie ukształtowany w półrurkę, aby móc go zastosować w tym rozwiązaniu, niekorzystnie wpływa to na koszt oraz czasochłonność procesu, a także utrudnia zapewnienie jego powtarzalności.

Rozwiązania znane ze stanu techniki nie pozwalają na zautomatyzowane wykonywanie wysokiej jakości wężownic spawanych do zewnętrznych powierzchni zbiorników. Występują w nich problemy z jakością spoin, ich dużą ilością, a także konieczności korzystania z ukształtowanych już prefabrykatów w postaci ceowników lub półrurek i związane z tym ograniczenia co do ich długości co implikuje konieczność wykonania jednej wężownicy z wielu łączonych ze sobą elementów, a także konieczność szlifowania oraz polerowania wewnętrznej powierzchni zbiornika w miejscach spawania.

Stanowisko spawalnicze do wykonania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika, zawierające słupowysięgnik, na ramieniu, którego zamocowany jest zespół spawalniczy zawierający dwa palniki spawalnicze, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera walcarkę rolkową do kształtowania ceowników, zamocowaną do słupowysięgnika a także siłownik o regulowanej sile docisku, zamocowany na końcu ramienia słupowysięgnika pomiędzy palnikami, przy czym na końcówce tłoczyska roboczego tego siłownika jest zamocowana rolka dociskowa.

Korzystnie walcarka rolkowa stanowiska spawalniczego zawiera pięć par rolek walcujących, a każda rolka walcująca jest napędzana z motoreduktora. Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli słupowysięgnik stanowiska spawalniczego, jest zamocowany obrotowo na wózku jezdnym osadzonym na pierwszym torowisku.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeżeli obrotowe zamocowanie słupowysięgnika na wózku jezdnym jest za pośrednictwem łożyska wieńcowego podłączonego za pośrednictwem przekładni zębatej do serwonapędu.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli każdy z palników stanowiska spawalniczego jest wyposażony w podajnik drutu.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeżeli stanowisko spawalnicze zawiera drugie torowisko, na którym osadzone są podpora rolkowa czynna oraz podpora rolkowa bierna.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeśli stanowisko spawalnicze ma spawalniczy przechylno-obrotowy pozycjoner.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli na ramieniu stanowiska spawalniczego, przed siłownikiem z rolką dociskową od strony walcarki, jest zamocowany dozownik gazu do ochrony grani wewnątrz profilu wężownicy, zawierający element masowy.

PL 241 864 B1

Następne korzyści uzyskuje się, jeśli stanowisko spawalnicze zawiera uchwyt na płaskownik w kręgu, przy czym ten uchwyt jest zamocowany po stronie walcarki przeciwnej w stosunku do siłownika.

Sposób wykonywania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika z wykorzystaniem stanowiska określonego powyżej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszej kolejności płaskownik podaje się do walcarki rolkowej, po czym rolkami walcującymi tej walcarki z płaskownika kształtuje się ceownik, a następnie ceownik podaje się na zewnętrzną powierzchnię płaszcza zbiornika i dociska się do tej powierzchni rolką dociskową a za pomocą palników obustronnie spawa się krawędzie ceownika do tej powierzchni, przy czym podczas spawania zbiornik wprowadza się w ruch obrotowy oraz zmienia się położenie palników wraz z wózkiem jezdnym ze słupowysięgnikiem i walcarką ruchem prostoliniowym zsynchronizowanym z ruchem obrotowym zbiornika.

Korzystnie spawanie prowadzi się metodą spawania nietopliwą elektrodą wolframmową w osłonie gazów obojętnych, przy czym stosuje się gaz formujący w postaci mieszanki argonu oraz gaz ochronny grani spoiny wewnątrz profilu wężownicy stanowiący mieszankę azotu, zaś dozując gaz ochronny przesuwa się ceownik po elemencie masowym dozownika, przy czym gaz ochronny grani spoiny dozuje się w miejsce spawania oraz w miejsce utworzonej spoiny.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli podczas spawania podaje się drut do jeziorka spawalniczego.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeżeli prędkość obrotową zbiornika, oraz prędkość liniową wózka ze słupowysięgnikiem, kąt skręcenia słupowysięgnika, prędkość kształtowania ceownika oraz prędkość podawania ceownika na płaszcz zbiornika, moc palników, docisk ceownika do powierzchni zewnętrznej płaszcza zbiornika reguluje się w zależności od średnicy zbiornika oraz zadanego skoku wężownicy i dostosowuje do siebie, a ponadto wartości te zmienia się w trakcie całego procesu w zależności od jego przebiegu.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeśli ruch obrotowy zbiornika o średnicy od 1200 do 3200 mm realizuje się za pomocą podpory rolkowej czynnej, zaś ruch obrotowy zbiornika o średnicy od 780 do 1200 mm realizuje się za pomocą pozycjonera spawalniczego.

Zastosowanie stanowiska oraz sposobu według wynalazku pozwala na wykonywanie wężownic na zewnętrznej powierzchni płaszczów zbiorników w sposób powtarzalny oraz przy zapewnieniu wysokiej jakości samych wężownic oraz eliminacji lub minimalizowaniu zjawisk niekorzystnych, które występują w znanych ze stanu techniki rozwiązań dotyczących spawania wężownic. Ograniczona została zawartość fazy ferrytycznej i martenzytycznej powstających przy formowaniu wężownicy. Wężownica z założenia wykonywana jest z jednego profilu, kształtowanego z płaskownika, dobranego do jej zakładanej szerokości, kształtowanego w jednym cyklu w założony profil - ceownik - nawinięta na płaszcz zbiornika oraz zespawana. W ten sposób wyeliminowano problemy wynikające z braku wystarczającej powtarzalności wykonywanych wężownic, powstawaniem błędów podczas spawania, a także skrócono czas ich wykonania oraz zwiększono jakość. Dodatkowo zmiana rolek walcujących walcarki pozwala na dostosowanie profilu geometrycznego wężownicy dobranego do określonych wymagań. Zmiana geometrii wężownicy umożliwia, przykładowo zwiększenie bądź zmniejszenie ilości czynnika termicznego, czy też prędkości jego przepływu dostosowanej do wymiany ciepła. Dobrane optymalne wymiary geometryczne spawanej wężownicy sprawiają, że może być ona zasilana wysokim bądź niskim ciśnieniem.

Sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie chropowatości wewnętrznej zbiornika procesowego poniżej wartości Ra 0,2 μm. A jeśli takie będą wymagania dla określonej realizacji to nawet do wartości Ra 0,1 μm. Zapewnione jest to dzięki temu, że sposób pozwala na prowadzenie procesu spawania automatycznie, przy jednoczesnym doborze parametrów decydujących o tak by w minimalny sposób zmienić strukturę stalowego płaszcza zbiornika, a tym samym jego chropowatość wewnętrzną. Po wykonaniu wężownicy na płaszczu zbiornika nie będzie konieczności stosowania zabiegów technologicznych związanych z obróbką wewnętrznej ścianki zbiornika. Gotowy zbiornik będzie się charakteryzował taką samą chropowatością jak materiał, z którego został wykonany.

Rozwiązanie pozwala na wykorzystanie jako półproduktu do wykonania wężownicy płaskownika o długości nawet do 300 m pozwala to na wykonanie całej wężownicy z jednego elementu, a co za tym idzie uzyskanie mniejszej liczby elementów spawanych i ograniczenie związanego z tym ryzyka powstawania błędów lub ewentualnych ognisk korozji. Ponieważ w rozwiązaniu założono wykorzystanie gazu formującego grań spoin obwodowych wężownicy, wyeliminowany został problem występowania obszarów utlenionych i o wysokiej chropowatości miejsca sprzyjające rozwojowi korozji wżerowej od czynnika

PL 241 864 B1 grzewczego. Ograniczone zostało w ten sposób występowanie sfer martwych z których produkty ewentualnej korozji nie zostają wypłukane a korozja postępuje w głąb materiału. Dzięki temu czas eksploatacji wyrobu może znacząco ulec wydłużeniu.

Na powtarzalność procesu oraz jakość wykonanych połączeń pozytywnie wpływa również zastosowanie układu zawierającego siłownik z rolką dociskową co umożliwia powtarzalne pozycjonowanie i przykładanie ceownika do zbiornika.

Technologia zakłada wykorzystanie metody spawania TIG wraz z gazem formującym - mieszanka argon + 2% wodoru - oraz gazem ochrony spoiny wewnątrz profilu wężownicy - mieszanka azot, korzystnie + 10% wodoru - umożliwia to uzyskanie bardzo wysokiej odporności korozyjnej, a także możliwość zastosowania wyższych ciśnień mediów grzewczych lub chłodzących, bez obawy o zniszczenie lub wystąpienie nieszczelności. Technologia charakteryzuje się również małą strefą wypływu ciepła w procesie spawania. Spawane materiały takie jak AISI 316L i AISI 304 dzięki zachowaniu małej strefy wypływu ciepła będą miały wyższą udarność, odporność na kruche pękanie i zachowują wysoką ciągliwość, dlatego można będzie je stosować w instalacjach kriogenicznych bez obróbki cieplnej po spawaniu.

Zbiorniki procesowe wykonane sposobem według wynalazku pozwalają na zastosowanie wyższych ciśnień mediów grzewczych i chłodzących, niż w przypadku znanych rozwiązań a optymalny kształt oraz wykonanie wężownicy z jednego kawałka materiału wzmacnia konstrukcję zbiornika.

Podsumowując, zaprezentowane rozwiązania pozwalają na uzyskanie krótszego czasu realizacji zamówienia, wysoką estetykę oraz jakość wykonania, łatwość mycia i zdolność utrzymania czystości wewnętrznych powierzchni zbiornik, brak miejsc sprzyjających rozwojowi mikroflory - bakterii, grzybów, mikroorganizmów wewnątrz zbiornika, a także możliwość stosowania do mycia mniej agresywnych środków myjących. Mała strefa wypływu ciepła skutkuje brakiem efektu przegrzania materiału oraz uniknięciu dużych odkształceń spawalniczych. Przyczyni się to w znaczącym stopniu do poprawy odporności korozyjnej w środowisku wodnym wykonanych połączeń spawanych.

Używanie zbiorników procesowych z wężownicami wykonanymi sposobem według wynalazku pozwala na uzyskanie szeregu korzyści dla ich użytkowników, takich jak między innymi realizacja procesów we wnętrzu zbiorników przy podciśnieniu 0,85 bar do nadciśnienia 3 bar; mniejsze ryzyko implozji zbiornika; wyższa odporność na pękanie oraz korozję naprężeniową całej konstrukcji zbiornika; mała wrażliwość na zmiany temperatury; wysoka estetyka wykonania.

Stanowisko spawalnicze według wynalazku w przykładzie wykonania zostało bliżej wyjaśnione na rysunku, na którym, fig. 1 przedstawia stanowisko w widoku z przodu, fig. 2 - w widoku z boku, fig. 3 - w widoku z góry, fig. 4 w rzucie aksonometrycznym, fig. 5 - szczegół A z fig. 2 w powiększeniu, fig. 6 - szczegół B z fig. 4 w powiększeniu.

Stanowisko spawalnicze do wykonywania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika w przykładzie wykonania zawiera słupowysięgnik 1, na ramieniu 2, którego zamocowany jest zespół spawalniczy zawierający dwa przemysłowe palniki 3 do dwustronnego spawania metodą TIG o natężeniu 500A. Każdy z palników 3 ma podajnik 4 drutu, wykorzystywanego jako materiał dodatkowy do jeziorka spawalniczego, ponadto każdy z palników 3 ma automatyczną regulację pozycji w dwóch prostopadłych do siebie osiach oraz manualnie regulowany kąt pochylenia względem płaszczyzny prostopadłej do osi spawanej wężownicy. Ramię 2 jest zamocowane przesuwnie w pionowej prowadnicy słupa 5 słupowysięgnika 1. Na słupie 5 jest silnik 6 do wału, którego podłączone jest przekładnią łańcuchową 7 ramię 2, dzięki czemu zapewniona jest zmiana położenia ramienia 2 w prowadnicy. Na końcu ramienia 2 na którym zamocowany jest zespół spawalniczy, zamocowany jest układ nawijania wężownicy 8 na płaszcz zbiornika 9, zawierający siłownik 10 pneumatyczny. Na końcu tłoczyska roboczego 11 tego siłownika 10 jest zamocowana rolka dociskowa 12 do dociskania wężownicy 8 do płaszcza zbiornika 9, a siłownik 10 wyposażony jest w regulator ciśnienia do regulowania siły docisku. Rolka dociskowa 12 ma kształt dostosowany do zewnętrznej powierzchni wężownicy 8. Tłoczysko robocze 11 z rolką dociskową 12 skierowane jest ku podłożu. Ponadto do słupa 5 jest zamocowana walcarka 13 rolkowa do kształtowania ceownika. Walcarka 13 rolkowa zawiera pięć par rolek walcujących 14 napędzanych od motoreduktora 15. Słupowysięgnik 1 jest zamocowany obrotowo na wózku jezdnym 16 osadzonym w pierwszym torowisku 17 zamocowanym do podłoża. Zamocowanie słupowysięgnika 1 na wózku jezdnym 16 jest za pośrednictwem łożyska wieńcowego 18, które jest podłączone za pośrednictwem przekładni zębatej do serwonapędu 19, dzięki czemu jest możliwe regulowanie kąta obrotu słupowysięgnika 1 w sposób bezstopniowy i jego automatyczne dostosowanie do parametrów spawanych elementów. Na wózku jezdnym 16 zamocowany jest uchwyt 20 na płaskownik w kręgu.

PL 241 864 B1

Stanowisko jest wyposażone w drugie torowisko 21, o długości 10 m, zawierające podporę rolkową czynną 22 oraz podporę rolkową bierną 23 o automatycznie regulowanym rozstawie rolek podporowych 24 oraz o udźwigu wynoszącym 50 kN. Rozstaw rolek podporowych 24 jest regulowany za pomocą śrub tocznych zasilanych przez motoreduktor. Podpory rolkowe 22 i 23 wykorzystywane są do spawania zbiorników 9 o średnicach od 1200 do 3200 mm. Rozstaw podpór rolkowych 22 i 23 na drug im torowisku 21 jest regulowany ręcznie, a ponadto są one wyposażone w blokady mechaniczne do blokowania ich położenia. Podpora rolkowa czynna 22 ma dwie rolki podporowe 24 napędzane przez motoreduktory.

Ponadto stanowisko jest wyposażone w przechylno-obrotowy pozycjoner 25 spawalniczy, który jest wykorzystywany do spawania zbiorników 9 o średnicach z przedziału od 780 do 1200 mm. Pozycjoner 25 zawiera tarczę mocującą 26 o średnicy 800 mm. Nośność pozycjonera 25 wynosi 20 kN, a jego moment obrotowy wynosi 4500 Nm. Oś obrotu tarczy mocującej 26 jest na wysokości 980 mm. Kąt obrotu tarczy mocującej 26 względem prostopadłej do osi obrotu wynosi 135°.

Dodatkowo dla zapewnienia lepszej jakość spoiny zespół spawalniczy zawiera dozownik 27 gazu ochronnego do osłony grani profilu wewnątrz wężownicy 8, zawierający element masowy. Dozownik 27 jest zamocowany na końcu ramienia 2, na którym zamocowane są palniki 3 oraz siłownik 10 z rolką dociskową 12, przed tą rolką dociskową 12 od strony walcarki 13. Dozownik 27 zawiera miedziany element masowy do zapewnienia połączenia masowego ceownika podczas spawania. Powyżej dozownika 27 jest rolka prowadząca 28 zapewniająca stabilne przesuwanie ceownika po elemencie masowym dozownika 27.

Ponadto stanowisko jest wyposażone w system wizyjny zawierający dwie kamery podłączone do komputera i zamocowane na zespole spawalniczym, umożliwia to operatorowi obserwację, okiem nieuzbrojonym, palników 3 oraz ich pracy. Obraz z kamer jest wyświetlany na ekranie komputera w czasie rzeczywistym.

Stanowisko jest wyposażone w wyciąg dymów spawalniczych, zawierający kanał szczelinowy oraz okap wyciągowy, który porusza się wraz z zespołem palników 3, aby pochłaniać opary i dymy powstające w procesie spawania.

Stanowisko jest wyposażone w szafę sterowniczą zawierająca sterownik PLC oraz komputer PC. Szafa zapewnia zautomatyzowane sterowanie procesem spawania oraz wszystkimi napędami elektrycznymi, w tym prędkością obrotową i kątową pozycjonera 25 oraz prędkością walcowania. Zastosowany algorytm sterowania umożliwia diagnostykę i rejestracje ważnych parametrów procesu spawania - prędkość spawania, natężenie prądu, napięciu w łuku elektrycznym - oraz obrazu online.

Ponadto stanowisko jest wyposażone w wygrodzenie z systemem bezpieczeństwa, w postaci kurtyn świetlnych, które zapewniają bezpieczeństwo osób postronnych pracujących na hali oraz operatora obsługującego stanowisko. Po naruszeniu strefy bezpieczeństwa procesy zostają zatrzymane.

Sposób wykonania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika procesowego w przykładzie realizacji jest realizowany na stanowisku opisanym w przykładzie wykonania powyżej. W pierwszej kolejności płaskownik w kręgu mocuje się na uchwycie 20 a zbiornik 9 układa się na podporze rolkowej czynnej 22 oraz podporze rolkowej biernej 23. Podczas układania zbiornika 9 ramię 2 z palnikami 3 spawalniczymi oraz zespołem formowania wężownicy 8 znajduje się w górnym skrajnym położeniu. Zadaje się parametry procesu uwzględniające między innymi średnicę zbiornika 9 oraz zakładany skok wężownicy 8. Płaskownik rozwija się z kręgu i podaje do walcarki 13, następnie za pomocą rolek walcujących 14 walcarki 13 kształtuje się ceownik równoramienny i podaje się ten ceownik na zewnętrzną powierzchnię płaszcza zbiornika 9. Każda z par rolek walcujących 14 odpowiada za stopniowe formowanie założonej geometrii ceownika. Podczas podawania ceownik przesuwa się po miedzianym elemencie masowym dozownika 27. Ramię 2 opuszcza się w dół do chwili kontaktu rozwijanego ceownika ze zbiornikiem 9. Ceownik dociska się do powierzchni płaszcza zbiornika 9 oraz spawa się jednocześnie obydwie krawędzie ceownika do powierzchni tego płaszcza za pomocą palników 3 metodą spawania nietopliwą elektrodą wolframmową w osłonie gazów obojętnych - TIG. Stosuje się gaz formujący w postaci mieszanki argonu oraz gaz ochrony grani spoiny wewnątrz profilu wężownicy 8 stanowiący mieszankę azotu zawierającą 10% wodoru. Gaz ochronny dozuje się dozownikiem 27 a poprzez przesuwanie ceownika po elemencie masowym dozownika 27 zapewnia się przewodzenie prądu elektrycznego do miejsca spawania. Gaz ochronny do osłony grani spoiny jest dozowany dokładnie w miejsce spawania oraz w okolicę utworzonej spoiny w celu ochrony przed utlenianiem. Podczas spawania zbiornik 9 wprowadza się w ruch obrotowy za pomocą podpory rolkowej czynnej 22 oraz jednocześnie zmienia się położenie palników 3 względem zbiornika 9 przesuwając słupowysięgnik 1 po

PL 241 864 B1 pierwszym torowisku 17. Prędkość obrotowa zbiornika 9 oraz prędkość liniowa wózka ze słupowysięgnikiem 1, prędkość kształtowania ceownika oraz prędkość podawania ceownika na płaszcz zbiornika 9, reguluje się w zależności od średnicy zbiornika 9 i skoku wężownicy 8 oraz dostosowuje do siebie, a ponadto wartości te zmienia się w trakcie całego procesu w zależności od jego przebiegu.

W trakcie spawania za pomocą podajnika 4 podaje się drut do jeziorka spawalniczego. Siłę docisku rolki dociskowej 12 reguluje się za pomocą regulatora ciśnienia powietrza, im średnica zbiornika 9 jest mniejsza tym większą siłę się zadaje. Kąt skręcenia słupowysięgnika 1 dostosowuje się do zadanych parametrów takich jak średnica zbiornika 9 oraz skok wężownicy 8.

Podczas spawania rejestruje się obraz miejsca spawania, podawania drutu do jeziorka spawalniczego oraz tworzenia się jeziorka ciekłego metalu i utworzenia spoiny, za pomocą kamer systemu wizyjnego. Obraz z kamer jest wyświetlany w czasie rzeczywistym na monitorze komputera sterującego, a podczas spawania każdy z palników 3 może być pozycjonowany niezależnie przez operatora. Na bieżąco w czasie rzeczywistym, z wykorzystaniem szafy sterowniczej, analizuje się parametry procesu oraz koryguje się prędkość walcowania, prędkość obrotową zbiornika 9, prędkości ruchu wózka jezdnego 16 ze słupowysięgnikiem 1, koryguje ustawienie palników 3 aby zapewnić stałą odległość elektrody nietopliwej od miejsca spawania. W razie wykrycia niezgodności i parametrów wykraczających poza zakres, praca jest zatrzymywana i wyświetla się alarm.

Dla ceownika o grubości 2,0 mm oraz płaszcza zbiornika o grubości od 2 do 4 mm spawanie prowadzi się przy natężeniu prądu 100-140 Am napięciu łuku 8 do 12 V, z prędkością 0,2 m/min oraz prędkością podawania drutu 6 do 8 m/min, przy ilości ciepła 1,44 do 3,02 kJ/mm.

Sposób wykonania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika w drugim przykładzie realizacji prowadzony jest na stanowisku opisanym w przykładzie wykonania powyżej. Wężownica 8 jest wykonywana na zbiorniku 9, którego średnica wynosi od 780 do 1200 mm. Zbiornik 9 mocuje się na tarczy mocującej 26 pozycjonera 25 i wprowadza się go w ruch obrotowy podczas spawania za pomocą tego pozycjonera 25. W pozostałym zakresie sposób realizowany jest jak w przykładzie pierwszym.

Claims (15)

1. Stanowisko spawalnicze do wykonania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika, zawierające słupowysięgnik, na ramieniu, którego zamocowany jest zespół spawalniczy zawierający dwa palniki spawalnicze, znamienne tym, że zawiera walcarkę (13) rolkową do kształtowania ceowników, zamocowaną do słupowysięgnika (1) a także siłownik (10), o regulowanej sile docisku, zamocowany na końcu ramienia (2) słupowysięgnika (1) pomiędzy palnikami (3), przy czym na końcówce tłoczyska roboczego (11) tego siłownika (10) jest zamocowana rolka dociskowa (12).

2. Stanowiska według zastrz. 1, znamienne tym, że jego walcarka (13) rolkowa zawiera pięć par rolek walcujących (14), a każda rolka walcująca jest napędzana z motoreduktora (15).

3. Stanowisko według jednego z zastrz. od 1 do 2, znamienne tym, że jego słupowysięgnik (1) jest zamocowany obrotowo na wózku jezdnym (16) osadzonym na pierwszym torowisku (17).

4. Stanowisko według zastrz. 3, znamienne tym, że obrotowe zamocowanie słupowysięgnika (1) na wózku jezdnym (16) jest za pośrednictwem łożyska wieńcowego (18) podłączonego za pośrednictwem przekładni zębatej do serwonapędu (19).

5. Stanowisko według jednego z zastrz. od 1 do 4, znamienne tym, że każdy z jego palników (3) jest wyposażony w podajnik (4) drutu.

6. Stanowisko według jednego z zastrz. od 1 do 5, znamienne tym, że zawiera drugie torowisko (21), na którym osadzone są podpora rolkowa czynna (22) oraz podpora rolkowa bierna (23).

7. Stanowisko według jednego z zastrz. od 1 do 6, znamienne tym, że ma spawalniczy przechylno-obrotowy pozycjoner (25).

8. Stanowisko według jednego z zastrz. od 1 do 7, znamienne tym, że na jego ramieniu (2), przed siłownikiem (10) z rolką dociskową (12) od strony walcarki (13), jest zamocowany dozownik (27) gazu do ochrony grani wewnątrz profilu wężownicy, zawierający element masowy.

9. Stanowisko według jednego z zastrz. od 1 do 8, znamienne tym, że zawiera uchwyt (20) na płaskownik w kręgu, przy czym ten uchwyt (20) jest zamocowany po stronie walcarki (13) przeciwnej w stosunku do siłownika (10).

PL 241 864 B1

10. Sposób wykonywania wężownicy na zewnętrznej powierzchni płaszcza zbiornika z wykorzystaniem stanowiska określonego o zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że w pierwszej kolejności płaskownik podaje się do walcarki (13) rolkowej, po czym rolkami walcującymi (14) tej walcarki (13) z płaskownika kształtuje się ceownik, a następnie ceownik podaje się na zewnętrzną powierzchnię płaszcza zbiornika (9) i dociska się do tej powierzchni rolką dociskową (12) a za pomocą palników (3) obustronnie spawa się krawędzie ceownika do tej powierzchni, przy czym podczas spawania zbiornik (9) wprowadza się w ruch obrotowy oraz zmienia się położenie palników (3) wraz z wózkiem jezdnym (16) ze słupowysięgnikiem (1) i walcarką (13) ruchem prostoliniowym zsynchronizowanym z ruchem obrotowym zbiornika (9).

11. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że spawanie prowadzi się metodą spawania nietopliwą elektrodą wolframmową w osłonie gazów obojętnych, przy czym stosuje się gaz formujący w postaci mieszanki argonu oraz gaz ochronny grani spoiny wewnątrz profilu wężownicy (8) stanowiący mieszankę azotu, zaś dozując gaz ochronny przesuwa się ceownik po elemencie masowym dozownika (27), przy czym gaz ochronny grani spoiny dozuje się w miejsce spawania oraz w miejsce utworzonej spoiny.

12. Sposób według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że podczas spawania podaje się drut do jeziorka spawalniczego.

13. Sposób według jednego z zastrz. od 10 do 12, znamienny tym, że prędkość obrotową zbiornika (9), oraz prędkość liniową wózka (16) ze słupowysięgnikiem (1), kąt skręcenia słupowysięgnika (1), prędkość kształtowania ceownika oraz prędkość podawania ceownika na płaszcz zbiornika (9), moc palników (3), docisk ceownika do powierzchni zewnętrznej płaszcza zbiornika (9) reguluje się w zależności od średnicy zbiornika (9) oraz zadanego skoku wężownicy (8) i dostosowuje do siebie, a ponadto wartości te zmienia się w trakcie całego procesu w zależności od jego przebiegu.

14. Sposób według jednego z zastrz. od 10 do 13, znamienny tym, że ruch obrotowy zbiornika (9) o średnicy od 1200 do 3200 mm realizuje się za pomocą podpory rolkowej czynnej (22).

15. Sposób według jednego z zastrz. od 10 do 13, znamienny tym, że ruch obrotowy zbiornika (9) o średnicy od 780 do 1200 mm realizuje się za pomocą pozycjonera (25) spawalniczego.