PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (3/2006), str. 109-114 109

B. Despotović, I. Samardžić, Š. Klarić, T. Marsenić

AUTOMATIZACIJA PROCESA ZAVARIVANJA CIJEVNIH PRIKLJUČAKA NA CIJEVNE KOMORE KOTLOVSKIH POSTROJENJA

PROCESS AUTOMATION OF PIPE CONNECTIONS WELDING ON PIPE STEAM BOILER CHAMBERS

Stručni rad / Professional paper

UDK / UDC: 621.791.7:621.18

Rad primljen / Paper received: April 2006.

Adresa autora / Author's address: Božo Despotović1, dipl.ing. Prof.dr.sc Ivan Samardžić2, EWE Mr.sc. Štefanija Klarić2, Tihomir Marsenić1, ing.stroj., EWE 1 Austrian energy TEP doo, M. Budaka 1, 35000 Slavonski Brod, Hrvatska 2 Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, Trg I.B.Mažuranić 18, 35000 Slavonski Brod, Hrvatska

Ključne reči: Zavarivanje, kotlovska postrojenja, cijevni priključci, cijevne komore, orbitalno TIG zavarivanje, automatsko EPP zavarivanje.

Keywords: Welding, steam boiler plants, pipe connections, steam boiler chambers, orbital GTAW welding, automatic SAW.

Izvod

U radu se obrazlaže uvođenje automatskih TIG i EPP postupaka zavarivanja u spajanju cijevnih priključaka na cijevne komore koje se koriste u kotlovskim postrojenjima. Obrazlažu se prednosti ostvarene primjenom automatskih postupaka u odnosu na raniju varijantu kombinacije TIG + REL postupaka zavarivanja. Pored tehničkog opisa procesa zavarivanja, prikazana su iskustva proizašla iz dosadašnje proizvodnje.

Izlagano na Međunarodnoj konferenciji "Zavarivanje 2006", Zlatibor, maj 2006

Abstract

In this paper implementation of automatic GTAW and SAW welding processes for joining of pipe connections to pipe chambers used in steam boiler plants. The given advantages accomplished by application of automatic welding processes in relation to earlier combination of GTAW + SMAW welding processes are presented. Beside technical description of welding processes, authors present some of experiences from steam boiler production are reported.

UVOD

Kotlovska postrojenja u eksploataciji rade na visokim temperaturama i tlakovima pa su zahtjevi za kvalitetu i pouzdanost zavarenih spojeva tlačnih dijelova vrlo visoki, uglavnom klase B skladno normi EN 25817. Uz sučeljene zavarene spojeve cijev - cijev i membranske zavarene spojeve cijev – traka, tipični su zavareni spojevi na kotlovskim postrojenjima spojevi cijevnih priključaka s cijevnim komorama ili sabirnicama. To su kutni spojevi dvaju cilindričnih tijela s posebno definiranim oblikom žlijeba. Nakon zavarivanja priključaka s komorom isti se spaja sučeonim zavarivanjem na membranski cijevni zid ručnim TIG postupkom. Kod kotlovskih postrojenja kod kojih su niži zahtjevi za kvalitetu u eksploataciji i rade pri nižim režimima (tlak, temperatura, …), primjenjuje se drugi način zavarivanja tj. membranski zidovi se direktno zavaruju na komore. Kod takvih spojeva otežana je kontrola kvalitete zavarenog spoja s unutrašnje strane, tako da je potrebno koristiti opremu za indirektnu vizualnu – endoskopsku kontrolu. Ovi spojevi izvode se

ručnim postupcima, korijen se zavaruje TIG postupkom, a popuna REL postupkom zavarivanja jer nije moguća primjena mehaniziranih postupaka. U cilju unapređenja produktivnosti, povećanja kvalitete zavarenih spojeva i smanjenja troškova pri izradi kotlovskih postrojenja, uvedena je automatizacija u proceduri zavarivanja spojeva priključaka s komorama.

PROCEDURA AUTOMATSKOG ZAVARIVANJA CIJEVNIH PRIKLJUČAKA NA CIJEVNE KOMORE KOTLOVSKIH POSTROJENJA

Pri zavarivanju cijevnih priključaka s cijevnim komorama koriste se orbitalni TIG postupak i automatski EPP postupak zavarivanja. Oba su postupka vezana u proizvodnu liniju za zavarivanje (slika 1). U tabeli 1 daju se tehnički podaci vezano uz mogućnosti zavarivanja i ograničenja automatske linije za zavarivanje [1]. Orbitalno TIG zavarivanje izvodi se sa unutrašnje strane (korijeni zavar) pomoću odgovarajućeg gorionika koji ulazi u cijevni priključak i izvodi provarivanje korijena zavara bez dodatnog materijala. Nakon toga izvodi se automatsko EPP

PRAKSA PRACTICE

110 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (3/2006), str. 109-114

zavarivanje s vanjske strane. Oblik pripreme žlijeba za automatsko zavarivanje cijevnih priključaka na cijevne komore je bez zazora (slika 2), za razliku od spoja za ručni postupak zavarivanja. Kako bi se postigla odgovarajuća kvaliteta pripreme žlijeba za zavarivanje, cijevni se priključci prije zavarivanja obrađuju na CNC tokarilicama, dok se komore obrađuju na specijaliziranim uređajima za obradu provrta. Tako pripremljeni dijelovi su nakon čišćenja spremni za početak procedure zavarivanja.

Operater za zavarivanje postavlja komoru u za to predviđeno ležište, provjerava vodoravnost komore i paralelnost provrta na komori s glavom za zavarivanje,

te učvršćuje komoru kako bi se smanjile deformacije pri zavarivanju. Na tako učvršćenu komoru postavljaju se priključci koji točno sjedaju u pripremljeni žlijeb.

Glava za orbitalno TIG zavarivanje se postavlja na cijevni priključak i centrira se pomoću trna, kako bi se održala konstantna udaljenost između volframove elektrode i korijena žlijeba za zavarivanje. Zavarivanje se izvodi s unutrašnje strane cijevnog priključka u zidnom položaju (PC), tako da plamenik rotira zadanom brzinom oko svoje osi (brzina zavarivanja), pa se na taj način izvodi zavarivanje korijena zavarenog spoja u jednom prolazu.

Uređaj za EPP automatsko zavarivanje Uređaj za orbitalno TIG zavarivanje

Slika 1: Linija za automatsko zavarivanje cijevnih priključaka s cijevnim komorama, TIG + EPP

Tabela 1: Tehničke karakteristike instalirane linije za automatsko zavarivanje TIG+EPP

STROJ OPIS PODATAKA

TIG iznutra EPP iznutra

L – duljina komore Lmax = 11 000 mm

D – promjer komore Dmin = 125 mm

Dmax = 355 mm * * ovisi o postolju

l – duljina priključka loptimalno = 60 mm ; lmax = 120 mm

d – promjer priključka unutarnji promjer

dumin = 25 mm dumax = 60 mm

vanjski promjer dvmin = 31,8 mm dvmax = 300 mm

z – razmak između priključaka - min. 18 mm

t – debljina stjenke cijevi tmin = 3,2 mm

PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (3/2006), str. 109-114 111

priključak

komora

Dt1

t2

d

a)

SAW(EPP)

SAW(EPP)

b)

Slika 2: Oblik pripreme žlijeba za automatsko zavarivanje cijevnih priključaka na cijevnu komoru (a) i redoslijed polaganja zavara (b)

a)

b)

Slika 3: Detalji automatskog zavarivanja cijevnih priključaka na cijevnu komoru: a) orbitalni TIG postupak zavarivanja, b) automatski EPP postupak zavarivanja

Orbitalno zavarivanje korijena zavara izvodi se impulsnim strujama. Nakon zavarivanja korijena zavara, isti se kontrolira vizualnom metodom. Ako je ostvarena potpuna penetracija korijena spoja zavarivanjem iznutra, s vanjske strane se jasno vide rastaljene zone metala komore i cijevnog priključka na mjestu spoja. U slučaju da isto nije u potpunosti ostvareno, izvodi se ponovno zavarivanje samo nepretaljenog mjesta, ili se ta mjesta ručno popravljaju TIG postupkom. Unutrašnja strana korijena kontrolira se vizualno pomoću zrcala ili endoskopom. Vizualnu kontrolu korijena zavara izvodi sam operater za vrijeme i nakon zavarivanja. Nakon uspješnog zavarivanja korijena zavara, pristupa se automatskom EPP zavarivanju sa vanjske strane cijevnog priključka. Zavarivanje automatskim EPP postupkom izvodi se u PB položaju, a oblik spoja je kutni. Kontaktna provodnica vođena pomoću trna koji

ulazi u priključak izvodi rotaciju po kružnoj putanji prateći oblik priključka. Kako bi se smanjile deformacije cijevne komore, zavarivanje pojedinačnih cijevnih priključaka izvodi se slijedom od sredine komore prema krajevima, prolaz po prolaz, tako da se određeni prolaz zavari na svim spojevima priključak-komora. Isti je slijed i za ostale slojeve sve do završnog. Nakon zavarivanja zavareni spojevi se vizualno pregledavaju od strane operatera zavarivanja, te se ispravni predaju kontroli. Detalji automatskog zavarivanja prikazani su na slici 3.

PRIMJENJENA TEHNOLOGIJA AUTOMATSKOG ZAVARIVANJA U PRAKSI

Kao primjer uspješno primijenjene tehnologije automatskog zavarivanja cijevnih priključaka na cijevnu komoru, obrazlaže se zavarivanje cijevnog priključka

PRAKSA PRACTICE

112 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (3/2006), str. 109-114

vanjskog promjera d = 51 mm i debljine stjenke t2=4 mm, na cijevnu komoru od istog materijala. Vanjski promjer cijevne komore bio je D=273 mm, a debljina stjenke t1=16 mm.

Osnovni materijal je niskolegirani čelik (stare oznake 15Mo3, DIN 17175), grupa 1. 2 (CR ISO 15608), koji se najčešće koristi za izradu cijevnih komora i cijevnih priključaka. Izgled pripreme žlijeba za zavarivanje prikazan je na slici 2.

Parametri zavarivanja

U tabeli 2 navedeni su parametri zavarivanja za orbitalno TIG zavarivanje korijena zavara, impulsnim strujama i automatsko EPP zavarivanje za popunu žlijeba.

Parametri orbitalnog TIG zavarivanja, koji se podešavaju na uređaju, prikazani su na slici 4. Orbitalno TIG zavarivanje izvedeno je bez dodatnog materijala, dok je automatsko EPP zavarivanje izvedeno žicom EN 12070 – G MoSi uz zaštitni prašak DIN-EN 760 – SA CS1 77AC.

Na slici 5 prikazan je makro presjek zavarenog spoja sa vidljivim slijedom polaganja pojedinih prolaza, dok su na slici 6 dati podaci o tvrdoći HV10 u zavarenom spoju. Na slikama 5 i 7 se može uočiti zadovoljavajuća kvaliteta zavarenog spoja.

Izgled mikrostrukture pojedinih karakterističnih mjesta u zavarenom spoju prikazan je na slici 7.

Tabela 2: Parametri zavarivanje cijevnih priključaka 51x4 mm na cijevnu komoru 273x16 mm

Parametri orbitalnog TIG zavarivanja (korijeni zavar)

Parametri automatskog EPP zavarivanja (popuna žlijeba)

tgas1=2,6 s tdown=60% I=160-190 A t up =16 % tgas2=4 s U= 26-28 V tpreheat= 2 s I2=80 A v= 25-30 (15-25 cm/min.)

t1=520 ms I1=140 A t2=520 ms vwelding= 6 cm/min.

Q= 5 l / min. – zaštitni plin argon

Slika 4: Parametri orbitalnog TIG zavarivanja koji se podešavaju na

komandnoj ploči izvora struje za zavarivanje

tgas1 – vrijeme protoka zaštitnog plina prije zavarivanja, t up – vrijeme porasta jakosti struje do maksimalne zadane vrijednosti struje zavarivanja I1, tpreheat – vrijeme potrebno da se ostvari protaljivanje osnovnog materijala, glava P20 ne rotira, I1 – impulsna struja, t1 – vrijeme trajanja impulsne struje I1, I2 – osnovna struja, t2 – vrijeme trajanja osnovne struje I2, tdown – vrijeme opadanja struje zavarivanja na vrijednost struje pri kojoj se prekida el. luk, tgas2 – vrijeme protoka zaštitnog plina nakon zavarivanja, vwelding– brzina zavarivanja, Q- količina protoka zaštitnog plina.

PRAKSA PRACTICE

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (3/2006), str. 109-114 113

Slika 5: Izgled presjeka zavarenog spoja cijevnog priključka i cijevne komore izveden

kombinacijom orbitalnog TIG i automatskog EPP postupka zavarivanja

Linija mjerenja Osnovni materijal ZUT Metal šava ZUT Osnovni materijal

1-15 158 156 156 168 172 175 212 214 214 176 169 165 154 152 152 16-24 164 168 167 208 210 211 169 167 160 1-15 157 158 158 165 169 173 214 216 212 178 165 162 152 152 153

16-24 165 167 169 205 207 209 165 162 159 Slika 6: Podaci o tvrdoći HV10 u zavarenom spoju izvedenom na cijevnom priključku i cijevnoj komori od čelika 15Mo3

izvedenog automatskim TIG i EPP postupcima zavarivanja

ZAKLJUČAK

Automatizacijom postupka zavarivanja cijevnih priključaka na cijevne komore ostvareni su značajni efekti u proizvodnji, od kojih se navode najznačajniji:

- primjenom orbitalnog TIG postupka zavarivanja za provarivanje korijena zavara četiri puta je kraće vrijeme zavarivanja u odnosu na ručno TIG zavarivanje (korijeni zavar izveden je kvalitetno - bez nadvišenja i grešaka vezivanja),

- primjenom automatskog EPP postupka zavarivanja za popunu žlijeba 1,5 puta kraće je vrijeme zavarivanja, nego REL postupkom (kod EPP postupka lice zavara ima pravilniju geometriju i blaži prijelaz sa zavara na osnovni materijal),

- poboljšana je kvaliteta zavarenih spojeva (manji je broj popravaka, nema dodatnih radova brušenja korijena zavara i lica zavara kao kod spojeva izvedenih ručnim TIG i REL postupkom),

- manje deformacije cijevne komore i cijevnih priključaka uslijed zavarivanja,

- zavarivanje izvode operateri čija obuka traje puno kraće, a ne zavarivači za ručno zavarivanje i dr.

Iako obrazloženi pristup zavarivanju cijevnih priključaka na cijevne komore ima i određena ograničenja: zahtjeva precizniju i skuplju pripremu žlijeba za zavarivanje u odnosu na ručno zavarivanje, postoji

PRAKSA PRACTICE

114 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (3/2006), str. 109-114

ograničenje u pogledu dimenzijama priključaka i komora kao i razmaka između priključaka, mogućnost zavarivanja samo u PB i PC položaju. Ovaj postupak je

bez sumnje tehnologičan i opravdano je njegovo uvođenje u proizvodni pogon.

Skica mjesta analize mikrostrukture

1 - Osnovni materijal d × t2 = 51 × 4

2 - ZUT d × t2 = 51 × 4

3 - Struktura zavara

4 - ZUT D × t1 = 273 × 16

5 - Osnovni materijal D × t1 = 273 × 16

Slika 7: Mikrostruktura u pojedinim zonama zavarenog spoja (osnovni materijal, zona utjecaja topline, zona taljenja), 200x

LITERATURA [1] Tehnološke podloge, AE TEP d.o.o., Tehnika zavarivanja. [2] ADS- interni standard za proizvode, AE TEP d.o.o. [3] Katalozi dodatnog materijala tvrtki Böhler i Oerlikon [4] Uređaji za zavarivanje; tehnološke karakteristike proizvođača opreme, arhiva AE TEP d.o.o., Tehnika zavarivanja.