FI104796B - Menetelmä ja laite putkien hitsaamiseksi pituussuunnassa yhteen lattateräksen kanssa - Google Patents

Description

104796

Menetelmä ja laite putkien hitsaamiseksi pituussuunnassa yhteen lattateräksen kanssa - Förfarande och anordning for att i längsriktning sammansvetsa rör med plattstäl 5 Esillä olevan keksinnön kohteena on laite ja menetelmä lattatcräksillä varustettujen putkien pitkittäishitsausta varten, jolloin näitä putkia käytetään kaasutiiviiden putki-seinien aikaansaamiseksi teollisuus-ja voimalaitosten kattilalaitteistoissa.

Teollisuus- ja voimalaitosten kattilalaitteistoja valmistettaessa on tehtävä tuhansia metrejä hitsausliitoksia kattilaseinäputkien ja niiden väliin asetettujen lattaterästen 10 välillä. Nämä ns. putkiseinät muodostavat suuren osan teollisuus- tai vastaavasti voimalaitosten kattiloista.

On tunnettua käyttää tällaisia putkiseiniä hitsattaessa ennen kaikkea jauhekaarihitsa-usmenetelmää (UP). UP-menetelmä tarjoaa sen edun, että valokaari on vakaa ja palaa roiskumatta jauhekerroksen alla, joka antaa samalla suojan vahingollisia ilmake-15 hä- ja pelkistysolosuhteita vastaan ja muodostaa kuonaa hitsausprosessin häiriötöntä metallurgista kulkua varten. Tälle menetelmälle on ominaista suuri sulatusteho ja vikojen vähäinen määrä. Se sisältää kuitenkin sen haitan, että hitsaus voidaan suorittaa normaalisti vain ns. ammeasennossa, so. vaakasuorassa tasossa.

Tämä merkitsee sitä, että kattilaputkiseinien hitsaus on aikaisemmin ollut pakko 20 suorittaa kahden läpimenon avulla, kun laatuvaatimukset edellyttävät jatkuvaa läpi-'·’ hitsausta putken ja lattateräksen välillä. Hitsauspää on tällöin kiinteä ja liitettäviä ‘ · : osia liikutetaan.

• · · • · · .···. Liitännät hitsataan siis ensimmäisessä läpimenossa ensin ylhäältäpäin molemmille .***·. puolille. Tämän jälkeen yhteenhitsatut osat käännetään ja hitsataan valmiiksi toises- ♦ ♦ · 25 sa läpimenossa molemmilta muilta puolilta. Tämä jäijestely vaatii kuitenkin sangen • · · ’** * suurta käsittely- ja hitsausaikaosuutta koko valmistusprosessista. Kun mahdollisuu det hitsausnopeuden lisäämiseen on tällä välin käytetty loppuun, voidaan kokonais- :: prosessin jouduttamiseksi käyttää vain jotain muuta hitsausmenetelmää.

• · · • · • · · _ * . Aikaisemmin tunnetaan myös UP-lakihitsausmenetelmä (DE-2 640 270, 30 DE-3 425 225, DE-3 430 349), jonka yhteydessä hitsauskylpyä on kierretty lähes '·· 180° "normaaliin" UP-hitsaukseen verrattuna, hitsausjauheen ja elektrodin ollessa : johdettuina hitsauskohtaan alhaalta ylöspäin. Hitsausjauhe on tällöin puristettava pa kotetulla tavalla hitsauskohtaan. Tämän UP-lakihitsausprosessin pääasiallisena vai- 2 104796 keutena on virheettömän hitsisauman varmistaminen, koska hitsauskylpy on pidettävä kelluvassa olotilassa, mikä johtaa hitsauskylvyn tunnusarvojen epävakauteen. Hitsisauman laatu ei siten tämän menetelmän yhteydessä ole useinkaan niin korkea, kuin sen tulisi olla kattilalaitteistoille asetettujen vaatimusten mukaisesti. Edellä mai-5 nitun sulatussyvyyden saavuttamiseksi tarvitaan tämän hitsaustavan yhteydessä nimittäin suhteellisen suuria hitsausparametrejä. Hitsauskylpy- ja jauheensyöttölaittei-den yhdistäminen putkiseinähitsausta varten tarkoitetuissa paikkaolosuhteissa ei ole mahdollista.

Useiden vuosien ajan on myös tunnettu metalli-suojakaasuhitsausmenetelmä (MSG) 10 useita käyttösovellutuksia varten. Tätä menetelmää on viime vuosina voitu huomattavasti parantaa elektroniikan ja uusien suojakaasujen käytön avulla. Nykyisin voidaan pisarasiirtymää ohjata synergeettisesti impulssivalokaarten avulla, mikä on johtanut hitsauskylvyn sangen hyvään hallittavuuteen ja muovailtavuuteen. Putki-seinien MSG-hitsaus vaikuttaa siten myös mahdolliselta ratkaisulta. Tämä menetel-15 mä ei ole kuitenkaan tähän mennessä lyönyt itseään läpi putkiseinien hitsauksessa, koska UP-menetelmä on kevyemmin käsiteltävissä tätä tarkoitusta varten eikä UP-menetelmää käytettäessä tarvita myöskään lisäsuojaustoimenpiteitä esimerkiksi MSG-menetelmän yhteydessä esiintyviä räikeän kirkkaita valokaaria vastaan.

Hitsauspolttimien ohjausta varten erilaisten hitausmenetelmien yhteydessä tunne-20 taan heilurilaitteiden käyttö, joiden avulla sulahaudetta voidaan laajentaa ja siten tasoittaa epäsäännölliset saumaetäisyydet ja saavuttaa hitsisauman korkea laatu. Tällöin on haitallista, että markkinoilta saatavissa olevat heilurilaitteet toimivat sangen ‘ ‘ hitaasti.

; Esillä olevan keksinnön avulla pyritään välttämään nämä haitat. Keksinnön tarkoi- • · · . · · ·. 25 tuksena on kehittää menetelmää ja laitetta lattateräksillä varustettujen putkien pitkit- :**·. täishitsausta varten siten, että voidaan saavuttaa huomattava ajansäästö nykyisin • · · ’ käytössä olevaan tekniikan tasoon verrattuna ja ylemmän sekä myös alemman sau- • · · * man korkealaatuinen automaattinen hitsaus, jollom turvaudutaan jatkuvasti tunnettuun UP-hitsausmenetelmään.

• · · ♦ ♦ • » ··· 30 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä selviää patenttivaati- «4« muksista 1-6.

··.,.· Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisesti päävaatimuksen 1 johdanto-osan . . mukaisella tavalla siten, että samanaikaisesti yläsivulla tunnetulla tavalla tapahtuvan . UP-hitsauksen kanssa suoritetaan yhdistetyllä tavalla MSG-heilurihitsaus, jonka 3 104796 yhteydessä poltinta siirretään sivusuunnassa heilurilaitteen avulla, heilahdusnopeu-den ollessa koordinoituna hitsattavien osien siirtonopeuden kanssa hitsauspolttimen ohjaamista varten.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, mitä selviää patenttivaatimuk-5 sista7-ll.

Tämä tulos saavutetaan keksinnön mukaisesti tämän menetelmän toteuttamista varten tarkoitetun laitteen avulla, jonka yhteydessä käytetään konejalustalla olevaa automaattista UP-hitsauslaitetta varustettuna vähintään yhdellä kiinteällä hitsauspol-tinparilla, välineillä hitsauslangan täydentävää syöttämistä ja ohjaamista varten, vä-10 lineillä hitsausjauheen syöttämiseksi ja poistamiseksi yläsivulla tapahtuvan sauma-hitsauksen yhteydessä sekä kuljetuslaitteella hitsattavien osien paikoilleen puristamiseksi ja siirtämiseksi hitsaustoimenpiteen aikana, siten että konej alustassa olevien hitsattavien osien alapuolelle on asetettu vähintään yksi poltinparilla varustettu yhdistetty MSG-pulssiheilurilaite alasivulla olevien saumojen samanaikaista hitsausta 15 varten, MSG-polttimien ollessa asetettuina määrätyn pituussuuntaisen etäisyyden päähän UP-polttimista, jolloin heilurilaitetta voidaan siirtää vaivattomasti sivusuunnassa, sen ollessa varustettuna säädettävällä kaltevuuskulmalla.

Keksinnön tarjoamana etuna on muun muassa se, että kattilaputkiseinät voidaan hitsata yhtenä ainoana työvaiheena, so. sekä ylhäältä että myös samanaikaisesti alhaal-20 ta päin (lakiasento). Tällä tavoin saavutetaan huomattava ajansäästö, koska valmistusprosessi lyhenee noin 50-60 %. Hitsausprosessi sujuu jatkuvasti automaattisesti ·/·*· ja on siten taloudellinen.

• * . On edullista, kun putkiseinien vahvuudesta riippuva syöttönopeus valitaan siten, että mitään lisäjäähdytystä ei tarvita.

• · • · • · · : 25 Lisäksi on tarkoituksenmukaista, että käytetty syöttönopeus on suuruudeltaan 1,1- 1,5 m/min, sopivimmin 1,3 m/min. Tällöin ei tarvita mitään lisäjäähdytystä, lattate-räs ei hilseile ja menetelmä on ajankäytön kannalta katsottuna sangen tehokas.

* · · *···* On erityisen tarkoituksenmukaista, kun MSG-pulssiheilurihitsauksen yhteydessä :: suoritetaan vähintään yksi heiluriliike 2 mm:n eteenpäinliikettä kohti. Tämän erittäin 30 nopean heilahduksen avulla hitsauskylpy tulee riittävästi laajennetuksi, jolloin put-.*··. ken valmistukseen liittyvät epätarkkuudet voidaan kompensoida ja anturiohjatun poltinlaitteen käytöstä luopua.

• · * • « * 4 104796

On myös edullista valita hitsausparametrit siten, että lattateräksen läpihitsaamaton paksuus on enintään 0,3-kertainen lattateräksen varsinaiseen paksuuteen verrattuna, että ylä- ja alasivulla olevien saumojen paksuus on kulloinkin vähintään 1,25-kertai-nen lattateräksen paksuuteen verrattuna ja sulattamattoman putkimateriaalin paksuus 5 on ainakin 2 mm.

Lopuksi voidaan käyttää edullisesti laitetta, jonka yhteydessä UP- ja MSG-poltti-mien välinen pitkittäinen etäisyys on noin 320 mm. Tällöin ei tapahdu mitään haitallista vaikutusta näiden molempien hitsausmenetelmien välillä.

MSG-polttimen ja pystyviivojen välinen kaltevuuskulma a on edullisesti 27-30°.

10 Lisäksi on tarkoituksenmukaista käyttää kustannussyistä vain yhtä yhteistä heiluri-laitetta molempia MSG-polttimia varten, jolloin tietenkin myös jokaiseen MSG-lait-teeseen voidaan kuitenkin asettaa oma heilurilaite.

Keksinnön mukainen sovellutusesimerkki on esitetty oheisissa piirustuksissa, joissa:

Kuvio 1 esittää poikkileikkausta kahteen putkeen valmiiksi hitsatusta lattateräsliit-15 tärinästä.

Kuvio 2 esittää poikkileikkausta keksinnön mukaisen laitteen olennaisista osista UP-polttimen tasossa, edessä olevan MSG-polttimen ollessa myös esitettynä paremman kokonaiskuvan saamiseksi tästä laitteesta.

Kuvio 3 esittää osittaista pitkittäisleikkausta keksinnön mukaisesta laitteesta ja hit-,; 20 sattavista metalliosista kahden päällekkäin olevan hitsisauman tasossa.

•

Kuvioissa on esitetty ainoastaan keksinnön ymmärtämistä varten tarkoitetut olennai-*./..· set elementit. Tämän laitteen yhteydessä ei ole esitetty esimerkiksi virransyöttöä, : polttimen kiinnitystä eikä ohjauslaitetta.

• · · • · · • · · ' Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin kuvioiden 1-3 mukaisiin 25 sovellutusesimerkkeihin viitaten.

• · · • · • · • · ·

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla on määrä muodostaa mahdollisimman vä- • · · ' . häisin kustannuksin kuviossa 1 esitetty hitsausliitos. Kaasutiiviiden kattilaputkisei- ’.. nien valmistamista varten on putket hitsattava yhteen yhdessä niiden välissä olevien ' ·/' lattaterästen 2 kanssa. Tällöin on sekä lattateräksen 2 yläsivulle että myös alasivulle : : 30 kummallekin puolelle muodostettu kaksi hitsaussaumaa N, siis yhteensä neljä hitsa- • · · 5 104796 ussaumaa N, jolloin tunnuksilla N1 ja N2 on merkitty ylempiä hitsaussaumoja ja tunnuksilla N3 ja N4 alempia hitsaussaumoja.

Kuviot 2 ja 3 esittävät yksinkertaistetussa muodossa hitsausliitosten valmistamista. Yläsaumojen N1 ja N2 valmistamiseksi käytetään tavallista UP-hitsausautomaattia.

5 Konejalustalle 3 on asetettu kaksi kiinteää UP-hitsauspoltinta 4 varustettuina välineillä 5 täydennyssyöttöä ja hitsauslangan 6 ohjaamiseksi sekä välineillä hitsausjau-heen 9 poistamista 8 varten saumojen N1 ja N2 hitsaamiseksi yläsivulle sekä kuljetuslaitteella 10 hitsattavien osien 1, 2 puristamiseksi ja hitsattavien osien 1, 2 siirtämiseksi hitsaustoimenpiteen aikana. Hitsattavien osien 1, 2 alapuolelle on koneja-10 lustaan 3 asetettu yhdistetty MSG-pulssiheilurilaite yhdessä kahden polttimen 11, täydennyssyöttövälineiden 12, joita käytetään MSG-hitsauslangan 13 ohjaamiseen, ja välineiden 14 kanssa, joita käytetään suojakaasun johtamiseen saumojen N3 ja N4 samanaikaista hitsausta varten alasivulle. MSG-poltin 11 on tällöin asetettuna määrätyn pituussuuntaisen etäisyyden L päähän UP-polttimista 4, jolloin niitä voidaan 15 siirtää helposti sivusuunnassa heilurilaitteen 15 avulla, niiden sisältäessä säädettävän kaltevuuskulman a polttimien 11 ja pystylinjojen välillä. UP-polttimien 4 ja MSG-polttimien 11 välinen pituussuuntainen etäisyys on suuruudeltaan noin 320 mm, kaltevuuskulman a ollessa 27°. Kumpaankin MSG-polttimeen 11 on asetettu yhteinen heilurilaite 15, joka siirtää poltinta 11 sivuttaisen heiluriliikkeen väli-20 tyksellä. Tietysti voidaan eräässä toisessa sovellutusesimerkissä asettaa jokaiseen polttimeen 11 myös heilurilaite 15. Lisäksi on myös mahdollista erään muun sovellutusesimerkin yhteydessä asettaa peräkkäin useita pareittain jäljestettyjä UP-polttimia (4) ja MSG-polttimia (11).

' Keksinnön mukaista menetelmää selostetaan yksityiskohtaisemmin seuraavassa St 9 ·.·.· 25 35.8/1 -teräksestä tehtyjen, läpimitaltaan 60,3 mm ja seinäpaksuudeltaan 4,5 mm • · · olevien putkien pitkittäisellä sivulla tapahtuvan hitsauksen yhteydessä, näiden put-: kien ollessa varustettuina St 37-2 -lattateräksellä, jonka leveys on 19,7 mm ja pak- suus S 6,0 mm, käyttämällä edellä selostettua laitetta kattilaputkiseinän valmistami-seen.

• · · · *···* 30 Yhteenliitettävät osat 1, 2 siirretään kuljetuslaitteen 10 avulla hitsauspolttimiin 4 ja puristetaan toisiaan vasten. Yläsaumat N1 ja N2 hitsataan tunnetun UP-hitsausme-.; · \ netelmän avulla käyttämällä tyyppiä EMS 3Mo olevaa UP-lankaa 6, jonka läpimitta .· ··. on 2,5 mm, ja kaupallisesti saatavaa UP-jauhetta. Samanaikaisesti hitsataan alasau- mat N3 ja N4 yhdistetyn MSG-pulssiheilurihitsauksen avulla. MSG-hitsauslankana *'·' 35 13 käytetään Carbofil 100 -lankaa, jonka läpimitta on 1,6 mm. Suojakaasuna käyte- :.v: tään seosta, joka käsittää 82 % argonia ja 18 % hiilidioksidia. Putkiseinän hitsaus- 6 104796 nopeus, so. syöttönopeus, on 1,3 m/min. Tällöin saavutetaan se tulos, että lämmön-syöttö on riittävän suuri eikä mitään lisäjäähdytystä tarvita. Heilurinopeus koordinoidaan syöttönopeuden kanssa. Heiluriliike tapahtuu 2 mm:n syötön yhteydessä. Tällaisen äärimmäisen nopean heilahduksen avulla sulahaude laajennetaan riittäväl-5 lä tavalla, jolloin putkivalmistuksen yhteydessä esiintyvät epätarkkuudet tasoitetaan ja anturin avulla ohjatusta polttolaitteesta voidaan luopua.

Hitsausparametrit valitaan siten, että lattateräksen 2 läpihitsaamaton paksuus D on enintään 0,3-kertainen lattateräksen 2 paksuuteen S verrattuna, että saumapaksuuk-sien summa ylä-ja alasivulla C1+C2 tai vastaavasti C3+C4 on aina vähintään 1,25-10 kertainen lattateräksen 2 paksuuden S suhteen ja että sulattamattoman putkimateri-aalin A paksuus on vähintään 2 mm. Esillä olevan sovellutusesimerkin yhteydessä ovat käytössä seuraavat MSG-pulssipolttimen hitsausparametrit: poltin 11, joka on hieman pienemmän etäisyyden päässä UP-polttimesta 4 ja toimii 23 V jännitteellä sekä 198 A virranvoimakkuudella, langan syöttönopeuden ollessa 5 m/min, toisen 15 polttimen 11 toimiessa 21,5 V jännitteellä ja 297 A virranvoimakkuudella, langan syöttönopeuden ollessa 4,5 m/min.

Kattilaputkiseiniä hitsattaessa yhteen yhden ainoan läpimenon yhteydessä, so. samanaikaista automaattisesta hitsausta käytettäessä ylhäältä ja alhaalta päin, voidaan valmistusprosessin kestoaikaa lyhentää noin 50-60 %. Tähän asti käytettyyn teknii-20 kan tasoon verrattuna tällöin saavutetaan huomattava kustannuksien säästö.

Hitsaussaumoilla on sangen korkea laatu ja ne täyttävät kattilarakenteille asetetut : ; : korkeat vaatimukset.

• · · • · · ··· • · · • · • · ··· • · • · · • · · • · · · ··· • · » • · · • · · • ♦ • 1 ··· • · · • · • · · * ·« • * 1 1 ·

Claims (11)

1. Menetelmä lattateräksillä (2) varastettujen putkien (1) pitkittäistä hitsaamista varten, jolloin hitsaus tapahtuu lattateräksien ylä- ja alasivulla, hitsauspolttimen (4) ollessa kiinteästi asetettuna, yhteenliitettävien osien (1, 2) tullessa puristetuiksi yh- 5 teen toistensa kanssa ennen hitsausta ja siirretyiksi tavallisen kuljetuslaitteen (10) välityksellä pituussuunnassa hitsaustoimenpiteen aikana, jolloin hitsaus suoritetaan yläsivulla tunnetulla tavalla UP-hitsausmenetelmän avulla, tunnettu siitä, että samanaikaisesti yläsivulla tapahtuvan UP-hitsauksen kanssa alasivulla suoritetaan yhdistetty MSG-pulssiheilurihitsaus, jonka yhteydessä poltinta siirretään heilurilaitteen 10 (15) avulla sivusuunnassa, hitsauspolttimen (11) ohjaamista varten tarkoitetun heilu- rinopeuden tullessa koordinoiduksi hitsattavien osien (1, 2) syöttönopeuden kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöttönopeuden suuruus valitaan putkiseinän paksuudesta riippuvalla tavalla siten, että mitään lisäjäähdytystä ei tarvita.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytössä on suuruudeltaan 1,1-1,5 m/min oleva syöttönopeus.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytössä on suuruudeltaan 1,3 m/min oleva syöttönopeus.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että MSG-pulssiheilurihitsauksen yhteydessä suoritetaan heiluriliike 2 mm syötön . yhteydessä.

• ; : 6. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsausparametrit valitaan siten, että lattateräksen (2) läpihitsaamaton paksuus (D) on enintään 0,3-kertainen lattateräksen (2) paksuuteen (S) verrattuna, että sau-: 25 mapaksuuksien summa ylä-ja alasivulla C1+C2 tai vastaavasti C3+C4 on aina vä- hintään 1,25-kertainen lattateräksen (2) paksuuden (S) suhteen ja että sulattamatta-man putkimateriaalin (A) paksuus on vähintään 2 mm. • · · :···* 7. Laite lattateräksillä (2) varastettujen putkien (1) pitkittäiseksi hitsaamiseksi minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-6 mukaisen menetelmän toteuttamista varten, 30 jolloin käytetään olennaisesti konejalustalla (3) olevaa automaattista UP-hitsauslai-.···. tetta varastettuna vähintään yhdellä kiinteällä hitsauspoltmparilla (4), välineillä (5) • hitsauslangan (6) syöttämistä ja ohjaamista varten, välineillä hitsausjauheen (9) ’·'··' syöttämiseksi ja poistamiseksi yläsivulla tapahtuvan saumojen (Nl, N2) hitsauksen yhteydessä sekä kuljetuslaitteella (10) hitsattavien osien (1, 2) puristamiseksi ja 8 104796 siirtämiseksi hitsaustoimenpiteen aikana, tunnettu siitä, että konejalustassa (3) olevien hitsattavien osien (1,2) alapuolelle on asetettu vähintään yksi poltinparilla (11) varustettu yhdistetty MSG-pulssiheilurilaite alasivulla olevien saumojen (N3, N4) samanaikaista hitsausta varten, jolloin MSG-polttimet (11) on asetettu määrätyn pi-5 tuussuuntaisen etäisyyden (L) päähän UP-polttimista (4), ne voidaan saattaa kevyeen sivusuuntaiseen liikkeeseen heilurilaitteella (15) ja niillä on pystylinjojen välinen säädettävä kaltevuuskulma (a).

7 104796

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että pituussuuntainen etäisyys (L) UP-polttimien (4) ja MSG-polttimien (11) välillä on noin 320 mm.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että MSG-polttimen (11) kaltevuuskulma (a) on noin 27-30°.

10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että molempiin MSG-polttimiin (11) on asetettu yhteinen heilurilaite (15).

11. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että jo-15 kaiseen MSG-polttimeen (11) on asetettu heilurilaite (15).