Spojování trubek pomocí svařování na tupo: různé typy zkosení a způsoby jejich tvarování

Spojování trubek pomocí svařování na tupo: různé typy zkosení a způsoby jejich tvarování

Při svařování dílů o velké tloušťce (desky a trubky) je vyžadován svar, který přesahuje celkovou tloušťku dílu, aby byla zajištěna mechanická integrita sestavy.

Aby se toho dosáhlo, před svařováním prvků, které mají být vzájemně spojeny, se na jejich čelních plochách nejprve zpracuje zkosení.

Svařování trubek natupo je specifické tím, že svářeč nemusí mít plný přístup k vnitřnímu povrchu spoje. V tomto ohledu musí být všechny operace pro přípravu na svařování prováděny z vnější strany povrchu trubky. Z tohoto důvodu musí být okraje odpovídajícím způsobem zpracovány.

Všechny standardy svařování (ASME, AWS, ISO, EN atd.) obecně obsahují pokyny pro zpracování, které je nutné dodržovat v závislosti na geometrii úkosu. Tento článek obsahuje popis přípravných operací, se kterými se v průmyslu nejčastěji setkáváme, v závislosti na tloušťce stěny zpracovávané trubky.

Vytvoření zkosení na konci trubky

1. KOJENÍ

Zkosení je operace vytvoření rovného povrchu pod určitým úhlem na konci trubky. Průchod vytvořený operací zkosení poskytuje svářeči přístup k celé tloušťce stěny trubky a umožňuje mu provést rovnoměrný svar, který zajišťuje mechanickou integritu sestavy. Kořenový průchod je vytvořen na základně zkosení a tvoří základ pro vyplnění úhlu drážky hran tvořených dvěma zkoseními pro následné svarové průchody.

2. KONCOVÝ OŘEZ

End Face Machining je termín používaný k popisu operace vytváření úzkého úkosu, který se skládá z vytvoření rovného povrchu na konci trubky. Správné otočení konce usnadňuje lineární pokládání trubek před svařováním a přispívá k vytvoření mezery konstantní velikosti mezi svařovanými okraji. Tyto dva parametry jsou zvláště důležité pro udržení správné svarové louže a pro zajištění toho, aby kořenový průchod zcela pronikl svarem.

3. VNITŘNÍ NUDA

Výrobní tolerance trubek mohou mít za následek různé tloušťky po obvodu trubky. To zase může mít za následek různé tloušťky otupení hran během operace srážení hran. To je zpravidla základem pro doporučení operací vnitřního vyvrtávání při svařování.
Tato operace spočívá v lehkém opracování vnitřního povrchu trubky za účelem zajištění konstantní šířky úzkého zkosení nebo otupení hrany po celém obvodu trubky. Přítomnost úzkého zkosení stejné šířky usnadňuje provádění kořenového průchodu. To je zvláště důležité u automatizovaných svařovacích procesů, protože použité zařízení nemůže vyhodnotit a kompenzovat případné odchylky v úzkém zkosení, které se při ručním svařování nevyskytují.

Různé typy zkosení

1. ROZSAH TLOUŠŤKY ZPRACOVANÉ STĚNY T ≤ 3 MM (118”)

Pokud svařování na tupo vyžaduje trubku se stěnami o tloušťce menší než 3 mm (.118″), zkosení konce trubky obecně není nutné. Technologie obloukového svařování (111,13x,141) umožňuje proniknout celou hloubkou trubky jediným průchodem.

Při použití automatických svařovacích technik (orbitální svařování nebo vysokohustotní energetický proces) musí být konec trubky vyvložkován tak, aby okraje čela svaru byly dokonale kolmé. V závislosti na daném úkolu nebo použitém procesu bude průchod mezi prvky mezi g=1/2t ag=0 (zejména u procesů, které využívají zdroje energie s vyšší hustotou).

2. ROZSAH ZPRACOVANÉ TLOUŠŤKY STĚNY 3 ≤ T ≤ 20MM (787”)

Pokud má svářeč přístup pouze k jedné straně svaru, který má být opracován, předběžná příprava dílů s otevřenými hranami bez zkosení obecně nezajistí úplné proniknutí svarového kovu, když tloušťka stěny zpracovávaných dílů přesáhne 3 mm (787″ ). Proto musí být vytvořen úkos, aby svářeč mohl provést kořenový průchod podél spodní části svaru, který pak bude zcela vyplněn v jednom nebo dvou dalších průchodech.

Typicky je kořenový průchod vyroben s použitím svařovacího procesu 141 pro dosažení maximální možné penetrace (kořenový průchod se používá jako základ pro následné svarové průchody). Z ekonomických důvodů jsou následující průchody, nazývané také „výplňové“ průchody, prováděny s použitím svařovacích procesů 13x nebo 111 (MAW), které jsou z hlediska produktivity (množství připojeného kovu, rychlost posuvu atd.) výhodnější než proces 141 (svařování wolframovým obloukem s přídavným drátem nebo bez něj (TIG).

Nejběžnější úhly pro hrany V-drážky jsou 60° a 75° ((2×30° a 2x 37.5°) v závislosti na navrhované normě. Úzké zkosení obvykle vyžaduje šířku v rozsahu 0.5 – 1.5 mm (.020 a . 059) Mezera mezi svařovanými prvky, která musí být zpracována svařováním (g) – v rozmezí od 0.5 do 1.5 mm (.020 a .059).

Nejčastěji se však pro tento rozsah tlouštěk stěny potrubí požaduje příprava pro zakřivené úkosy (viz podrobnosti níže). To platí zejména při použití procesů orbitálního svařování. To je také typické při svařování slitin, jako je duplexní ocel nebo Inconel.

3. ROZSAH ZPRACOVANÉ TLOUŠŤKY STĚNY 20 MM (.787”) ≤ T

Zvyšuje-li se tloušťka stěny svařovaných dílů, úměrně se zvyšuje množství svarového kovu, které musí být usazeno v housence. Aby se předešlo zdlouhavým a nákladným svařovacím operacím, jak z hlediska nákladů na práci, tak i nákladů na suroviny, příprava svarů silnějších než 20 mm (787″) se provádí pomocí zkosení, které snižuje celkové množství odstraněného zkosení.

1. Dvojitá V-drážka (nebo složitá V-drážka):

První způsob, jak zmenšit velikost úkosu, je změnit úhel úkosu. Počáteční úhel 30° nebo 37.5° (až 45°) je kombinován s druhým úhlem, obvykle v rozsahu od 5° do 15°. První úhel 30° nebo 37.5° musí být dodržen, aby se zabránilo přílišnému zkosení hrany a zabránilo svářeči provést kořenový průchod.

Stejně jako preparace ve tvaru V se zkosením dvou hran vyžaduje tento typ preparace vytvoření úzkého zkosení o šířce 0.5 mm až 1.5 mm (.020 – .059) a velikosti otvoru dílu (g) ​​v rozsah mezi 0.5 a 1 mm (.020 a 039″). Horký průchod pro úzké zkosení se obvykle provádí pomocí procesu svařování 141 a operace plnění pomocí procesů 13x nebo 111.

Například ve srovnání s jednoúhlovým úkosem 30° (šedá oblast plus červená oblast), úkos ve tvaru V s dvouhranným úkosem 30°/5° (šedá oblast) ušetří asi 20 % svarového kovu na 20 mm ( 787″) tlustá část.

Potenciální úspory z hlediska objemu okraje se zvyšují úměrně s tloušťkou stěny trubky, která má být svařována. Úspory tedy překročí 35 % u trubky s tloušťkou stěny 30 mm (1.181″).

2. Preparát ve tvaru J se zakřiveným úkosem jedné hrany a dvou hran.

Druhé řešení umožňuje dramaticky snížit objem zkosení a následně i množství svařovaného kovu při přípravě zakřivené hrany. Jednoúhlové zkosení J typicky sestává z úhlu mezi 5° a 20°, poloměru hrany a prodloužení úzkého zkosení (e). Poslední prvek usnadňuje průchod kořene, protože poskytuje svářeči lepší přístup k úzkému zkosení.

U trubek s velmi silnými stěnami lze provádět složité řezání se zakřiveným zkosením okraje. První úhel je obvykle tvořen 20° a druhý 5°.

Jednoduchá nebo složitá drážka se zakřiveným úkosem je obvykle svařena buď s velmi malým nebo žádným otvorem (g) mezi díly.

Z geometrického hlediska musí být zkosení provedeno bezchybně, aby se předešlo prasklinám a dalším možným problémům. Kromě splnění přesnosti obrábění požadované pro takové přípravné práce musí být použitý stroj schopen vysokorychlostního obrábění silnostěnných trubek, aby byly splněny požadavky na produktivitu zákazníků.

3. Příprava na zpracování úzké zóny

Variantou tohoto typu zkosení je příprava pro zpracování úzké zóny. Stále více se používá v ropném průmyslu kvůli požadovanému zvýšení tloušťky stěny potrubí a potřebě udržet vysokou úroveň produktivity. Technika jeho realizace jako celku spočívá ve vytvoření jednoduchého nebo složitého úhlově zakřiveného J-zkosení s minimálním možným otvorem. Výsledkem je výrazné snížení použitého svarového kovu a zvýšení produktivity snížením času stráveného svařováním. U tloušťky stěny větší než 50 mm (1.968″) se může faktor produktivity zvýšit více než pětkrát ve srovnání s tradičním úkosovým svarem.

Použití této techniky má však obrovské množství omezení. Dva z nich přímo ovlivňují proces přípravy svařování:

Za prvé, geometrie zkosení a otvor mezi díly musí být řízen s extrémní přesností. Důvodem je to, že otvor mezi díly neumožňuje svářeči přístup k základně zkosení. V důsledku toho musí být celý svar, včetně první vrstvy, proveden pomocí automatizovaného procesu. Automatizované procesy nemohou odpovídat za chyby v nastavení nebo nerovnoměrnosti v šířce úzkého úkosu, na rozdíl od svářeče, který umí upravit polohu hořáku tak, aby kompenzoval případné nedokonalosti geometrie v drážce.

Druh materiálů, které mají být svařovány, je druhým faktorem, který je třeba vzít v úvahu. Každý typ materiálu má jiné vlastnosti smrštění (přirozený úbytek). V důsledku toho musí být geometrie zkosení (úhel otevření) předem prostudována pro každý konkrétní typ materiálu. Čím vyšší je míra smrštění materiálu po svařování, tím větší musí být úhel otevření, aby se zabránilo vzniku trhlin při tuhnutí. Odchylka úhlu o desetiny může mít přímý vliv na vznik nebo nepřítomnost trhlin, zejména v případě svařování slitin na bázi niklu.

Tato omezení vyžadují zdlouhavé a nákladné přípravné práce. Proto musí být doprovázeny přísně kontrolovaným procesem srážení hran. Popis procesu svařování (DMOS), vytvořený na základě předběžného výzkumu, vyžaduje přesnost až jeden milimetr (039″) pro úzké zkosení, až jeden stupeň pro úhel a dokonalé vyrovnání svařovaných dílů, aby se zabránilo jakémukoli možné závady. Proto musí zařízení používané pro srážení hran zaručovat spolehlivé, opakovatelné preparační operace, které splňují všechny výše uvedené podmínky.

Mechanické srážení hran konců trubek

Existuje mnoho způsobů, jak zpracovat zkosení konců trubek. Převážná většina se zpracovává ručním broušením nebo tepelným řezáním a strojním zpracováním za studena. Avšak právě posledně jmenovaný proces je jako jediný schopen zajistit vytvoření zkosení s ideální geometrií, prokazující stabilní produktivitu při zachování vlastností zpracovávaného materiálu.
Tvarování úkosu na konci trubek pomocí obrábění za studena lze dosáhnout dvěma různými způsoby.

STROJE S AXIÁLNÍM POSUVEM (AXIÁLNÍ POHYB).

Axiální podávací stroje jsou vybaveny deskou, která se pohybuje v souladu s osou trubky. Řezné nástroje jsou instalovány v požadované poloze na desce pro vytvoření požadované geometrie zkosení. Pokud je potřeba vytvořit složité zkosení, používají se nástroje, které mají tvar shodný s požadovaným zkosením nebo kombinace více nástrojů s jednoduchou geometrií. Nejúčinnější stroje na trhu umožňují používat čtyři nástroje najednou. To vám umožní vytvořit zkosení, úzké zkosení a zahloubení v jednom procesním kroku.

Na zobrazeném obrázku nástroje 1 a 2 vytvářejí složité zkosení (oba nástroje lze použít jako jeden kombinovaný nástroj). Nástroj č. 3 směřuje k úzkému zkosení nebo základně, zatímco nástroj č. 4 provádí válcové zahloubení na vnitřním průměru trubky.
Řezné nástroje se pohybují rovnoběžně s osou trubky. Z tohoto důvodu jsou stroje s axiálním pohybem navrženy speciálně pro operace srážení hran, nemohou řezat obráběnou trubku na dva samostatné kusy.
Příklad použití: vytvoření zkosení na konci trubky, předem nařezané na prvky požadované délky.

STROJE S RADIÁLNÍM SYSTÉMEM POHYBU.

Stroje s radiálním pohybovým systémem, nazývaným také orbitální, jsou upevněny hlavně na vnějším průměru zpracovávané trubky. Nástrojová deska se otáčí, zatímco trubka, která má být zpracována, zůstává pevná. Řezný nástroj se pohybuje kolmo k ose trubky prostřednictvím mechanického převodového systému.
Na rozdíl od strojů s axiálním posuvem provádějí stroje s radiálním posuvem operace úkosování rozdělením trubky na dva samostatné kusy. Proto lze nejnovější modely použít i pro operace řezání trubek nebo úpravy délky.

Použití nástrojů pro tvorbu zkosení (č. 2, jednoduchý nebo složitý tvar kompozitu) v kombinaci s frézami (č. 1) umožňuje současně v jedné technologické operaci rozdělit trubku řezáním na dvě části a připravit ji pro svařování (tvorba zkosení). Nejproduktivnější stroje jsou schopny uříznout a zkosit trubku o tloušťce několika desítek milimetrů během několika minut.
Příklad použití: Rozřezání trubky na kusy požadované délky. Na takto řezaných dílech se při řezání vytvoří zkosení.

Stáhněte si tento článek

Přečtěte si článek online

• Přístavba
  • Všeobecné prodejní podmínky

  

  Kontakt

  PROTEM GmbH

  Am Hambiegel, 27
  76706 Dettenheim | NĚMECKO
  E-mail: [email protected]

  Telefon: +49 (0) 7247 9393 – 0
  :

  E-MAILOVÝ NEWSLETTER

  Zadejte prosím svou e-mailovou adresu a obdržíte důležité informace