Opublikowano: 20.VIII.1970 60774 KI. 49 h, 31/00 MKP B 23 k, 31/00 UKD Twórca wynalazku: mgr inz. Alojzy Zawitniewicz Wlasciciel patentu: Instytut Spawalnictwa, Gliwice (Polska) Sposób spawania scian membranowych dla kotlów i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania scian membranowych dla kotlów, przy uzyciu rur o dowolnej dlugosci, laczonych w sciany ekrano¬ we o zadanej szerokosci oraz urzadzenie do sto¬ sowania tego sposobu.Wedlug dotychczasowych sposobów wykonywa¬ nie scian membranowych polega na wkladaniu miedzy dwie sasiednie rury plaskownika (pletwy) i przyspawaniu go z obu stron spoina ciagla do rur sasiadujacych, przy czym spawanie odbywa sie lukiem krytym, lub w oslonie gazów ochron¬ nych. W zaleznosci od obowiazujacych przepisów kotlowych danego kraju sa stosowane bardziej lub mniej precyzyjne rozwiazania.Inny sposób polega na zalewaniu za jednym przejsciem odstepu miedzy rurami i utworzeniu miedzy nimi szczelnej scianki o zadanej grubosci i szerokosci.Znane jest rozwiazanie polegajace na zalewaniu, na ruchomej podkladce miedzianej, odstepu mie¬ dzy rurami lukiem krytym z jednoczesnym auto¬ matycznym doprowadzaniem do jeziorka spawal¬ niczego drugiego drutu bezpradowego, przy czym rury sa mechanicznie przesuwane nad ta pod¬ kladka.Rozwiazanie to zostalo uzupelnione w ten spo¬ sób, ze miedzy pret i podkladke miedziana wsta¬ wia sie druty i zasypuje pozostala przestrzen top¬ nikiem.Powyzsze rozwiazania posiadaja jednak pewne 2 cechy ujemne. Rozwiazania z przyspawanymi plas¬ kownikami sie nie do zastapienia przy produkcji pojedynczych rur opletwowanych oraz przy sze¬ rokosci odstepu miedzy rurami powyzej 20 mm. 5 Przy odstepach wezszych, które sa coraz czesciej stosowane w miare zwiekszania parametrów wy¬ dajnosciowych kotlów staja sie coraz klopotliwsze w wykonaniu, poniewaz trzeba ulozyc na przy¬ klad na krawedziach plaskownika o szerokosci io 13 mm cztery spoiny, tak ze caly plaskownik jest nimi przetopiony.Obracanie pospawanych pasów rur do ulozenia spoin z drugiej strony jest niewygodne. Uklada¬ nie spoin niesymetrycznie wzgledem osi powodu- 15 je trudnosci odksztalcen termicznych.Szczeliny miedzy rurami a plaskownikiem po¬ woduja duza porowatosc spoin i wymagaja specjal¬ nej produkcji plaskowników przeciaganych w bar¬ dzo wysokich tolerancjach, co jednak nie usuwa 20 calkowicie szczelin z powodu krzywizn rur. Po¬ wyzsze trudnosci spowodowaly koniecznosc budo¬ wy poteznych agregatów spawalniczych pracuja¬ cych na granicy plastycznosci materialu rur i plas¬ kowników. Stosowanie plaskownika ma jeszcze te 25 niedogodnosc, ze kazda rura musi byc dwukrotnie spawana i operacja ta wymaga dwa razy dluzsze¬ go stanowiska od dlugosci rury dla produkcji waskich pasów oraz drugiego stanowiska z docis¬ kami do laczenia tych pasów na szerokosc. Poje- so dyncze stanowiska wymagaja budowy specjalnego 6077460774 13 rusztu na kazdy wymiar i rozstaw rur co z powo¬ du wysokiego kosztu ogranicza zaklad w dosto¬ sowaniu sie do potrzeb rynku.Stosowanie sposobu spawania ician membrano¬ wych z zalewaniem jednostronnym, ruchomych podczas spawania rur na kole ma ograniczona sze¬ rokosc produkowanych pasów, wymaga miejsca dwa razy dluzszego od dlugosci rur, daje gruba dendrytyczna strukture scianki i wymaga stoso¬ wania obróbki termicznej po spawaniu.Nie wystepuje jednak stabilnosc przebiegu spa¬ wania przy ruchomych rurach i ruchomym mie¬ dzianym kole stanowiacym podkladke oraz po¬ trzeba doprowadzenia do jednego punktu drutu pradowego i bezpradowego. Poza tym nie bierze sie pod uwage glebokosci wtopu, który w tym przypadku bedzie trudny do utrzymania w zada¬ nych granicach. Sposób zalewania przy uzyciu drutu i topnika jest bardzo uciazliwy w stosowa¬ niu, gdyz wskutek skurczów poprzecznych spoiny powstaja pekniecia spowodowane zakleszczaniem sie podkladki. Kazda spoina musi byc wykonana oddzielnie, poniewaz sumujace sie skurcze po¬ przeczne nie pozwalaja na utrzymanie stalego roz¬ stawu podkladek miedzianych.Wyszczególnione wady usuwa sposób spawania rur i urzadzenie do stosowania tego sposobu we¬ dlug wynalazku.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze równolegle do siebie ulozone na lozu rury z od¬ stepem do 20 mm szerokosci, sa laczone ze soba scianka o zadanej grubosci, przewaznie 4 do 10 mm, przy czym scianka jest tworzona jedno¬ razowo odlanym spoiwem, które wtapia sie w ma¬ terial rury nie wiecej niz 2 mm w scianki.Przed topieniem spoiwa wolna przestrzen mie¬ dzy rurami jest zasypywana trzema warstwami, z których warstwa dolna jest w postaci metalu granulowanego, sieczki z drutu lub proszku, która moze byc zastapiona pretem metalowym, warstwa srodkowa jest warstwa formujaca topnik do spa¬ wania lukiem krytym, warstwa górna w postaci sieczki z drutu stalowego spawalniczego lub gra¬ nulatu, ewentualnie proszku o tym samym skla¬ dzie chemicznym. Scianka miedzy rurami powsta¬ je wskutek spawania automatycznego lukiem kry¬ tym nasypanej warstwy górnej, przy zastosowaniu jednej lub dwóch elektrod w automacie. Warstwa dolna sluzy do ustalenia poziomu grani spoiny w stosunku do górnej linii tworzacej rur, oraz chlo¬ dzi zuzel topnika formujacego warstwy srodko¬ wej.Podczas spawania material warstwy dolnej nie zuzywa sie i moze byc powtórnie uzyty. Warstwa srodkowa stanowi izolacje elektryczna i termicz¬ na dla warstwy dolnej, od spoiwa, formuje jej gran i stapia sie na zuzel prawie calkowicie. War¬ stwa górna stapia sie calkowicie w luku i razem z metalem z topiacej sie elektrody luku krytego tworzy scianke laczaca obie rury.Procesy zasypywania i spawania lukiem krytym przebiegaja w sposób ciagly w mozliwie bliskich od siebie odleglosciach, przy czym przed zasypem, mozliwie blisko, rury sa przyciskane do loza i usta¬ lo 15 20 25 80 40 45 50 55 lane na odpowiedni rCtfr,ta\ za pomoca rolek z na¬ ciskiem pneumatycznym.Rolki dociskowe, zasypnik trójwarstwowy i glo¬ wica automatu spawalniczego sa zblokowane i umieszczone przesuwnie na portalu jezdzacym z regulowana szybkoscia spawania nad lozem, na którym sa ulozone rury.Urzadzenie wedlug wynalazku uwidocznione jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok od czola urzadzenia, fig. 2, przekrój poprzeczny portalu i elementu dociskowo-spawalniczego, fig. 3 widok z tylu glowicy spawalniczej, a fig. 4 widok z boku glowicy spawalniczej.Urzadzenie sklada sie z plyty loza 1 z ulozony¬ mi na niej rurami 5 przewidzianymi do spawania, z jezdzacego wzdluz loza portalu 6 posiadajacego belke pozioma 13, wzdluz której sa przesuwane elementy dociskowo-spawalnicze 15, 16 i 17. Portal 6 jest napedzany przekladnia 10 uruchamiajaca walki pionowe 11 zakonczone kólkami zebatymi 12 zazebionymi z przytwierdzonymi do loza zebatka¬ mi 2.Portal 6 posiada dwie nogi 14 zaopatrzone po dwa kola toczne 7, które w czasie spawania rur 5 tocza sie po górnych szynach 3, zas w czasie po¬ wracania portalu na pozycje wyjsciowa tocza sie po szynach dolnych 4.Portal 6 i element 23 (fig. 2) dociskowo-spawal- niczy posiada pneumatyczny cylinder 34 podno¬ szacy i opuszczajacy dociskowa rolke 36 utrzymu¬ jaca podczas spawania rury 5 w zadanym odste¬ pie i docisniete do plyty loza 1.Urzadzenie (fig. 3 i 4) zaopatrzone jest ponadto w glowice spawalnicza 18 wraz z elektrodowa pro¬ wadnica 19, dozownik topnika 29 i zasypowe zbior¬ niki 24, 27 i 28. Loze 1 wraz z plytka posiada sze¬ rokosc zblizona do szerokosci spawanych na nim pasów oraz dlugosc równa dlugosciom spawanych rur 5 z wybiegami dla spawalniczego portalu 6.Do obu boków podluznych loza 1 sa przytwierdzo¬ ne listwy 2 z nacietymi zebami sluzace do napedu portalu 6.Poza tym loze 1 posiada na swoich bokach po¬ dluznych górne szyny 3 do toczenia sie kól por¬ talu 6 podczas spawania i dolne szyny 4 do to¬ czenia sie kól portalu 6 podczas biegu powrotnego.Na obu koncach loze 1 posiada oprzyrzadowanie ustalajace konce rur 5 podczas spawania. Spawal¬ niczy portal 6 jezdzacy na czterech kolach 7 po górnych szynach 3 lub dolnych szynach 4, jest na¬ pedzany silnikiem 8 z ciagla regulacja o przelo¬ zeniu minimum 1:20 oraz przekladnia 10 lub dwoma silnikami: ruchu spawalniczego i powrot¬ nego ze sprzeglami magnetycznymi i przekladnia.Portal posiada napedowy wal 9 napedzajacy pio¬ nowe walki napedowe 11 zakonczone drugostron¬ nie zebatymi kolami 12 zazebiajacymi sie z listwa¬ mi 2 na lozu 1. W dolnym zakresie regulacji ciag¬ lej napedu przebiega proces spawania zas w gór¬ nym powrót portalu na stanowisko wyjsciowe.Kazdy element 16 i 17 posiada spawalnicza glo¬ wice 18 na prad zmienny, która pracuje na jed¬ nej lub dwu elektrodach lub na tasmie. Koncówki 19 glowic sa prcwadzone znana metoda ciagnienia koszyka zasypowego nad wolna przestrzenia mie-60774 6 dzy laczonymi rurami lub posiadaja profilowe kól¬ ko prowadzace 20 toczace sie po obu rurach spa¬ wanych. Glowice 18 za pomoca krótkiego dyszla 21 sa przymocowane przegubem 22 do korpusu 23 elementu 16 i 17. Do korpusu 23 elementów 16 i 17 sa przytwierdzone: zasypowy zbiornik* 24 top¬ nika z dwoma przewodami, przewód 25 dla pod¬ sypki topnikowej i przewód 26 dla zasypu topni¬ kiem elektrody spawajacej, zbiornik 27 zasypowy warstwy podkladowej i zasypowy zbiornik 28 sieczki.Dozownik 29 jest luzno przymocowany do ele¬ mentu 16 i 17 i toczy sie na swoich czterech rol¬ kach 30 po górnej linii tworzacej rur spawanych miedzy koncówka 19 i belka 13 portalu 6. Dozow¬ nik 29 sklada sie ze zbiorniczka rozdzielonego sciankami 31 i 32 na trzy przedzialy, z których pierwszy przedzial 33 do dozowania podkladu jest dluzszy od pozostalych dwóch, sluzacych do do¬ zowania podsypki topnikowej %sieczki. Kazdy prze¬ dzial jest zakonczony zwezonym wylotem wycie¬ tym na poziom, do którego nalezy sypac. Dozow¬ nik 29 jest wymienny zaleznie od parametrów spawania.Cylinder pneumatyczny 34 jest dwustronnego dzialania. W polozeniu dolnym tloka dociska rol¬ ke 36 do rur 5 i podnosi portal 6 az do oparcia tocznymi kolami 7 na górnych szynach 3. W po¬ lozeniu górnym tloka pneumatyczny cylinder 34 podnosi rolke 36 na wysokosc umozliwiajaca luz¬ ny przejazd portalu na szynach dolnych 4 loza 1.Pulpity sterownicze automatów spawalniczych z przystawka, do manipulacji jazda portalu 6, sa umocowane takze na elementach 16 i 17.Spawanie na wyzej opisanym urzadzeniu odby¬ wa sie w nastepujacy sposób: portal 6 ustawia sie w polozeniu wyjsciowym. Zaklada sie urzadzenie ustalajace konce dwóch rur dla kazdego automatu spawalniczego.Urzadzeniem ustawczym przesuwa sie spawal- niczo-dociskowe elementy 16 i 17 nad te rury i opiera sie spawalnicza glowice 18 prowadzaca koncówka 19 na rury przewidziane do spawania.Nastepnie opuszcza sie dociskowe rolki 36, pod¬ jezdza sie portalem 6 az dozownik 29 stanie na miejscu spawania.Otwiera sie zasypniki podkladu, wlacza sie na pulpicie ruch spawalniczy portalu 6 i kolejno otwiera sie zbiorniki zasypowe 24, 27 i 28 podsyp¬ ki topnika i sieczki. Po dojsciu portalu 6 do ozna¬ czonego na lozu 1 miejsca, kolejno zamyka sie zbiorniki zasypowe 24, 27 i 28, podsypki topnika i sieczki. Po dojsciu elektrody do oznaczonego konca spoiny wylacza sie na pulpicie spawanie i zasyp topnika. Portal 6 po przejsciu do -poloze¬ nia koncowego zatrzymywany jest wylacznikiem krancowym, po czym nalezy przelaczyc pneuma¬ tyczne cylindry 34, podnoszac dociskowe rolki 16 i opuszczajac portal 6 na dolne szyny 4. Celem powrotu portalu 6 na stanowisko wyjsciowe wla¬ cza sie na pulpicie bieg powrotny szybki. Naped po dojsciu portalu 6 do pozycji wyjsciowej zosta¬ je zatrzymany wylacznikiem krancowym. Nastep¬ nie za pomoca urzadzen ustawczych operator usta¬ wia glowice spawalnicza 18 nad nastepna wolna 10 15 25 BC 85 40 45 S0 55 •5 przestrzenia miedzy dwoma rurami przewidziany¬ mi do spawania, po czym operacje spawania prze¬ biegaja jak powyzej.Na powyzej opisanym stanowisku mozna laczyc rury w pasy scian ekranowych wedlug trzech wa¬ riantów: Wariant pierwszy: po ulozeniu wszystkich rur przewidzianych do laczenia w pas scian ekrano¬ wych i ustaleniu ich konców na odpowiedni roz¬ staw, automaty spawaja dwójki rur przesuwajac jednoczesnie: prawy automat do prawego brzegu pasa, a lewy automat ze srodka pasa. Automaty spawaja kolejno dwójki rur przesuwajac sie w lewo. W tej samej kolejnosci dwójki zostaja po¬ laczone w czwórki, ósemki i tak dalej.Wariant drugi: polega na tym, ze uklada sie cztery lub osiem rur zaleznie od ich srednicy na srodkowej czesci loza. Mocuje sie ich konce na za¬ dany rozstaw i spawa sie jednym automatem ru¬ ry w dwójki, a potem w czwórki. Do obu brze¬ gów czwórki rur dostawia sie po jednej rurze ustalajac ich konce na zadany rozstaw, po czym przyspawa sie jednoczesnie dwoma automatami te ruryA do czwórki. Dostawia sie i przyspawa na¬ stepnie dwie rury itd., az do otrzymania zadanej szerokosci pasa.Wariant trzeci: polega na tym, ze spawa sie dwoma automatami spawalniczymi dwójki rur, które uklada sie przy bocznych krawedziach loza, przy czym kazda zespawana dwójke rur przesuwa sie na srodkowa czesc loza. Po nagromadzeniu sie odpowiedniej ilosci dwójek ulozonych na plycie przystepuje sie obydwoma automatami do laczenia dwójek w czwórki, potem w ósemki, itd. az do polaczenia wszystkich dwójek rur w jeden pas o zadanej szerokosci.Zaletami opisanego sposobu wedlug wynalazku w porównaniu z metodami stosujacymi plaskow¬ niki jest to, ze spawanie scian wymaga tylko jed¬ nego stanowiska spawalniczego o prostej konstruk¬ cji, dlugosc stanowiska nieznacznie tylko przekra¬ cza dlugosc rur spawanych w porównaniu z po¬ dwójna dlugoscia stanowiska opletwujacego, suw¬ nica jest potrzebna tylko przy zdjeciu pasa po- spawanego, poza tym rury sa przetaczane poje¬ dynczo z pojemników obok stanowiska, a do zmia¬ ny rozstawu rur, ich srednicy i grubosci scianki, wymienia sie na stanowisku tylko rolke docisko¬ wa i dozownik, gdyz nie trzeba dla kazdego roz¬ stawu produkowac kalibrowanych plaskowników o dostosowanej szerokosci. Zamiast czterech lub pieciu spoin do laczenia dwóch rur wykonuje sie tylko jedna i nie wystepuje koniecznosc obracania scian aby polozyc spoiny drugostronne. Z powodu oslaniajacej dzialalnosci sieczki wtop w rury jest bardzo maly i warunek wedlug polskich norm co do wtopu, jest zawsze spelniony, czego nigdy nie mozna zagwarantowac i sprawdzic przy stosowa¬ niu plaskowników.Wskutek zasypywania sieczka calej wolnej prze¬ strzeni miedzy rurami, drobne nierównosci rur sa nieistotne, natomiast przy plaskownikach powodu¬ ja pory. Wady spoiny odlanej sa widoczne na po¬ wierzchni i latwo usuwalne spawaniem recznym.Dobór skladu chemicznego i wytrzymalosci spoinyKI. 49h, 31/00 60774 MKP B 23k, 31/00KI. 49h, 31/00 60774 MKP B 23k, 31/00 V/, \ \^^77Z^^77Z^^Z^^^77M FigZ. rsg.3 R£l4 W. D. Kart. C/457/70, A4, 270 PL