PRIMJENA ELEKTROOTPORNOG ŠAVNOG ZAVARIVANJA KO IZRAE KOMPENZATORA APPLICATION OF SEAM RESISTANT WELING IN BELLOWS PROUCTION Josip Pavić Ivan Samardžić Klarić Štefanija Marko unđer Kompezatori d.o.o., 5000 Slavonski Brod (HR) Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, Sveučilište J.J.Strossmayera u Osijeku, Trg I.B.Mažuranić 1, 5000 Slavonski Brod (HR) Strojarski fakultet u Slavonskom Brodu, Sveučilište J.J.Strossmayera u Osijeku, Trg I.B.Mažuranić 1, 5000 Slavonski Brod (HR) Stjepana Radića16/, Novi Travnik (BiH) Ključne riječi: Key words: elektrootporno šavno zavarivanje, nerđajući materijali, kompenzatori resistant seam welding, stainless materials, bellows Sažetak: U radu se obrazlaže primjena elektrootpornog zavarivanja tankostijenih kompenzatora od nerđajućih materijala u proizvodnji kompenzatora. Temeljem praćenja postupka zavarivanja i izlazne kvalitete proizvoda u proteklom vremenu, autori iznose neka iskustva prikupljena tijekom primjene tehnologije elektrootpornog zavarivanja u proizvodnji tankostjenih kompenzatora od nerđajućih materijala. Pored toga se daju i parametri zavarivanja uspješno primijenjenih i potvrđenih tehnologija zavarivanja u praksi. Abstract: The paper explained application of resistant welding process in stainless thin wall bellows production. Based on welding process and output quality monitoring in the past time, authors of this paper present some of experience collected in resistant welding of thin wall stainless steels bellows production. Beside that, the welding parameters successfully applied and confirmed welding technologies in praxis are given in this paper.
1. UVO Kompenzator je dio cjevovoda koji služi za kompenzaciju dimenzijskih promjena u cjevovodu izazvanih najčešće promjenama temperature (okoliša i/ili protočnog radnog medija) i/ili tlaka. Kompenzatori se upotrebljavaju u petrokemijskim postrojenjima, ložnom i ventilacijskom sistemu, na brodovima, u avionskim sistemima za gorivo i klimatizaciju, na ispušnim cijevima, u tvornicama, elektranama, praonicama rublja, mljekarama, lokalnim toplanama, odnosno svugdje tamo gdje god su cijevi podvrgnute kretanju pod utjecajem temperature, tlaka ili fizičke sile. Osnovni dio svakog kompenzatora je harmonika koja se izrađuje hladnim valjanjem iz tankostjene jednoslojne ili višeslojne nerđajuće cijevi. Promjeri harmonika koji se izrađuju, u tvornici Đuro Đaković - Kompenzatori d.o.o., su od 0 mm do 5500 mm. ebljina nerđajućeg materijala za izradu harmonike kompenzatora kreće se od 0,1 mm pa do 1, mm (četveroslojni kompenzator). Ovako širok raspon promjera i debljina omogućuje primjenu različitih tehnologija zavarivanja harmonika. U ovom se radu obrazlaže primjena elektrootpornog šavnog ili kolutnog zavarivanja kod izvođenja kružnih zavarenih spojeva na jednoslojnom i višeslojnom kompenzatoru.. PRIMJENA ELEKTROOTPORNOG ŠAVNOG ZAVARIVANJA U IZRAI KOMPENZATORA Za većinu primjena tankostjenih kompenzatora uspješno se koristi se austenitni nerđajući čelici Cr Ni 1 (IN W.Nr. 1.51 i IN W.Nr. 1.571). Elektrootporno šavno ili kolutno zavarivanje se koristi za izvođenje kružnih zavarenih spojeva jednoslojne ili višeslojne harmonike na odgovarajući cijevni nastavak ili tzv. rukavac za usmjeravanje medija. Na slici 1 se daje prikaz aksijalnog kompenzatora u presjeku, gdje se može uočiti elektrootporno šavno zavareni spoj harmonike na unutrašnji cilindrični dio za usmjeravanje medija, te nakon toga elektrolučno zavareni spoj sa prirubnicom. Slika 1. Aksijalni jednostruki kompenzator [1].
.1. Opis elektrootpornog šavnog uređaja za zavarivanje Uređaj za elektrootporno šavno zavarivanje koji se uspješno koristi u izradi kompenzatora je prikazan u radu na slici, a ima sljedeće karakteristike: [1] - Snaga stroja pri intermitenciji od 50 %... 15 KVA - Max. snaga stroja... 197,6 KVA max. - Max. Jakost struje...,5 KA max. - Podr. regulacije jakosti struje... 900 500 A - Broj okretaja pogonske elektrode... Min. 0,5 ok/min Max. 0, ok/min - Minimalni promjer izratka... 0 mm - Maksimalni promjer izratka... 900 mm «na dole» 500 mm «na gore» - Područje debljine lima... x 0,6 mm x 1, mm - Područje tlaka... 6 bara - Sila između elektroda... Fel = 00 7500 N - Impuls grijanja... 0 99 per. - Impuls hlađenja... 0 99 per. (1 period = 1/50 s =0,0 s) a) b) Slika. etalj elektrootpornog šavnog zavarivanja dvije višeslojne harmonike sa cilindričnim međukomadom (a), te postavljeni parametri zavarivanja prikazani na komandnom displeju (b). Na kvalitetu zavarenih spojeva kod elektrootpornog šavnog zavarivanja značajan utjecaj ima oblik i kvaliteta elektroda. Sve elektrode koje se koriste u pogonu su izrađene iz berilijeve bronce (CuCoBe) ili cirkonijeve bronce (CuCoZr). Ovi materijali su postojani na visokim temperaturama i otporni na trošenje što je neophodno, budući da se u procesu elektrootpornog zavarivanja javljaju ova spomenuta faktora. S obzirom na tehnološke zahtjeve u proizvodnji se koristi nekoliko tipova elektroda. imenzije i oblik elektroda su prikazane na slici, a pripadajuće dimenzije elektroda su navedeni u tablici 1.
TIP A TIP B ELEKTROE ZA RUKU TIP C L φ L M L M 1,5 11 9 9 φ P N M TIP E TIP E F φ 0 M0 φ 6 φ Slika. Tipovi elektroda uz uređaj za elektrootporno šavno zavarivanje prikazan na sl.. [1] Tablica 1. imenzije različitih tipova elektroda prikazanih na slici. [1] Tip elektrode Ø L M N P E F A 1 0 5 0 Ø 90 A 10 5 0 Ø A 19 5 0 Ø 1 A 177 5 0 Ø A 5 179 5 0 Ø 150 A 6 1 5 0 Ø 150 A 7 1 5 0 Ø 1 A 0 5 0 Ø 15 A 9 15 0 Ø 10 A 10 5 0 Ø 190 B 1 5 0 Ø 160 B 5 0 Ø 05 B 17 0 Ø 15 B 00 5 Ø 169 C 1 17 0 10 Ø 50 7 C 19 1 - Ø 50 7 C 17 1 - Ø 50 7 C 7 0 1 Ø 50 7 C 5 17 0 110 Ø 50 7 1 197 0 Ø 0 116 7 16 Ø 0 95 1 Ø 0 10 Ø 0 5 50 17 Ø 0 6 15 Ø 0 7 1 Ø 0 1 Ø 0 9 7 15 Ø 0 10 6 1 Ø 0 11 15 Ø 0 1 6 1 Ø 0 1 7 5 10 Ø 0 1 65 15 Ø 0 E 1 0 6 0 E 50 0 E 60 0 10 L 15
Tip elektrode A se koristi za zavarivanje srednjih rukavica i U kompenzatora dok se tip elektrode B koristi za zavarivanje «manžetni». [1].. Postupak zavarivanja Prije pristupanja zavarivanja određene serije proizvoda potrebno je pripremiti stroj za zavarivanje, a to u prvom koraku znači odabrati i postaviti odgovarajuću ruku i tip elektrode. Ruku je potrebno odabrati prema nacrtu kompenzatora birajući najjaču ruku koja se može promijeniti za zahtjevni kompenzator. Promjer elektrode odabire se prema promjeru kompenzatora, približno se rukovodeći sljedećom tablicom: Tablica. Izbor preporučljivog promjera gornje i donje elektrode s obzirom na promjer harmonike kompenzatora koji se zavaruje na elektrootpornom šavnom uređaju za zavarivanje. [1] Promjer harmonike Preporučljivi promjeri gornje elektrode 150-50 Preporučljivi promjeri donje elektrode Promjer harmonike minus 5 mm 150 0 0 5 115 10 0 00 10 0 10 00 00 60 00 15 10 00 60 750 190 05 150 50 750 100 10 195 165 50 100 10-195 10-0 Ukoliko na crtežu nije drugačije propisano potrebno je načelno držati se podataka danih u tablici, gdje se širina elektrode odabire prema debljini materijala koji je u neposrednom kontaktu sa elektrodom u toku procesa zavarivanja. Tablica. Izbor širine elektrode i minimalnog prijeklopa kod elektrootpornog šavnog zavarivanja. [1] ebljina materijala Širina elektrode Minimalni prijeklop 0,1 0,6,0 0,7 6, 0,9 1,5 7,0 1,5 9,0 Prilikom zavarivanja limova različite debljine, elektroda se izabire prema debljini lima sa kojima će elektroda biti u kontaktu, a da bi se postigla odgovarajuća toplinska ravnoteža (slika ). l t t1 l 1 Slika. Shematski prikaz elektrootpornog šavnog zavarivanja limova različite debljine.
Prilikom zavarivanja više limova potrebno je povećati minimalni prijeklop za 0 %. Sljedeći korak u provedbi postupka zavarivanja predviđa izbor i podešavanje parametara zavarivanja na stroju. Parametri zavarivanja su: PRITISAK (sila) ZAVARIVANJA: - mora biti dovoljno velik da bi osigurao homogenost točaka prilikom zavarivanja, tj. da bi se izbjeglo stvaranje pukotina i pozornost u zavaru. Gornja granica pritisaka je određena progibom donje ruke i dubinom utiskivanja elektrode u površinu materijala koji se zavaruje. IMPULSI ZAVARIVANJA I HLAĐENJA - vrijeme zavarivanja treba biti izabrano kako bi se izbjegle eventualne greške u zavarenom spoju. Poželjno je da je vrijeme zavarivanja što kraće, ali svakako ne ispod određene vrijednosti. Ako je vrijeme zavarivanja prekratko, postoji mogućnost pojave greške naljepljivanja u zavarenom spoju. Predugo vrijeme zavarivanja može izazvati pretjerano omekšavanje, taljenje istiskivanje materijala na mjestu spoja. Isto tako može imati za posljedicu pozornost i pukotine. U slučaju da je vrijeme zavarivanja prekratko za debljine limova koji se zavaruju potrebno je raditi sa većom strujom, što opet za posljedicu ima izgaranje površine zavara, prskanje i veliko utiskivanje elektrode u površinu zavara. BRZINA ZAVARIVANJA I JAKOST STRUJE ZAVARIVANJA - brzinu i jakost struje zavarivanja trebaju podešeni tako da se dobije zavar u kojem se točke preklapaju između 10 0 %. Navedeni parametri zavarivanja odabiru se iz tablice i 5 ovisno o debljini vanjskih limova i broju slojeva materijala koji se zavaruje. Kada se na stroju podesila brzinu, pritisak i trajanje impulsa zavarivanja, potrebno je podesiti jakost struje zavarivanja. Prvo podešavanje vrši se temeljem dosadašnjih vlastitih iskustvenih podataka stečenih u pogonu, a koja su raspoloživa kod operatera uređaja za zavarivanje. Sa ovako podešenim parametrima zavarivanja potrebno je izraditi probni uzorak. Tijekom zavarivanja obavezno mora prisustvovati kontrolor koji će dati ocjeni uzoraka i podešenih parametara, te voditi evidenciju o izvršenim ispitivanjima. Ako uzorak ne zadovoljava, potrebno je korigirati jakost struje zavarivanja da se dobiju zadovoljavajući zavareni spojevi na kojima se provode odgovarajuće aktivnosti kontrole, nakon čega kontrolor daje odobrenje da se pristupi zavarivanju serije proizvoda. Prilikom zavarivanja tanjih limova (0,1 0,5 mm) vrlo često se javlja prskanje i odgor površine zavara. Ovu pojavu može se spriječiti «glačanjem» dodirnih površina i elektroda za zavarivanje i postepenim smanjenjem jakosti struje zavarivanja do veličine na kojoj se ne javlja prskanje. Ukoliko treba zavariti više limove ukupna debljina ne smije prelaziti četverostruku debljinu najtanjeg lima. Maksimalni omjer debljina između najtanjeg i najdebljeg lima u «sendviču» je 1 :. ijelovi koji se zavaruju moraju biti očišćeni od masnoća i ostalih nečistoća, a tijekom zavarivanja elektrode moraju biti okomite na površinu koja se zavaruje. Na slici 5 daju se primjeri uspješno zavarenih spojeva elektrolučnim šavnim zavarivanjem do lima od nerđajućih materijala debljine 0, mm.. AKTIVNOSTI NA KVALITETI Proizvodnja tankostjenih kompenzatora od nerđajućih materijala zahtjeva dosljedno pridržavanje propisane i prethodno verificirane tehnologije zavarivanja. S obzirom na debljinu osnovnog materijala koji se zavaruje i zahtjeve za kvalitetu zavarenih spojeva i cjelokupnog zavarenog proizvoda (u pogledu mehaničkih svojstava ali i tolerancija dimenzija zavarenog spoja), ovaj tip proizvodnje s pravom se svrstava u specifičnu proizvodnju koja zahtjeva odgovarajuću opremu za zavarivanje (izvore struje za zavarivanje, automate i naprave za zavarivanje i ispitivanje). Upravljanje kvalitetom zavara postiže se pridržavanjem propisane tehnologije i završnom kontrolom kvalitete koja potvrđuje doslovnost primjene propisane tehnologije zavarivanja. Posebnu pažnju treba posvetiti izradi probnih uzoraka, jer je to jedna od značajnih aktivnosti u pogledu osiguranja kvalitete cjelokupne serije zavarenih spojeva izvedenih na identičan način.
Base material: ASME SA 0 (TP 1) 0, 0, I = 1550 A v = 70 mm/min Weld on time: Weld off time: Sila na Elektrodama: F = 5000 N Size of upper electrode: Ø 5x5 mm Size of lower electrode: Ø 5x mm I = 1000 A v = 0 mm/min Weld on time: 9 Weld off time: 9 Sila na Elektrodama: F = 7500 N Base material: ASME SB (Incoloy 65) Base material: ASME SA 0 (TP 16 L) 0,0 I = 16100 A v = 50 mm/min Weld on time: Weld off time: Sila na Elektrodama: F = 5000 N Size of upper electrode: Ø 5x5 mm Size of lower electrode: Ø 5x mm Slika 5. etalji uspješno zavarenih spojeva elektrootprnim šavnim postupkom zavarivanja. [1] Tablica. Parametri zavarivanja za «sendvič» i višeslojne elektrootporne šavne zavare. [1] Sila na Ukupna debljina Ciklusi Brzina Širina elektrode, mm elek. materijala, mm Grijanje Hlađenje mm/min /N/ onja Gornja do 0,5 0,5 1, 1, 1, 1,,,,1,1,1,1 5, 5, i više 5 6 11 15 1 5 6 11 15 1 610 50 0 00 0 150 100 00 500 5 00 6 00 6 00 100 9 000 11 000,0,0,0 9,5 9,5,,0,0 6, 6,
Tablica 5. Parametri zavarivanja za elektrootporne šavne zavare austenitnih materijala iste ili različite debljine. [1] ebljina Sila na Širina Širina Ciklusi, per. Brzina materijala, mm elektrodi elektrode, mm zavara onji Gornji Grij. Hlađ. /mm/min /N/ onja Gornja mm 1 5 6 7 9 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1, 1, 1, 1, 1, 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0, 0, 0, 0, 0, 0,6 0,6 0,6 0,6 0, 0, 0, 0,6 0,6 0, 0, 0, 0,17 0,17 0,1 1,6 0, 1, 0,6 0,6 0, 0,6 0,6 0, 0,6 0, 0,6 0, 0,6 0, 0,6 0,6 0, 0,6 0, 0,6 0,0 0, 0,6 0, 0,6 0,0 0,6 0, 0,6 0,0 0, 0,6 0, 0,6 0, 0, 0,17 0,1 0,17 0,1 0,1 5. 5 00 00 00 00 60 6 00 5 00 500 100 700 100 700 00 00 700 00 500,0,0,0,0,0,,,,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,,, (,) (,) (,) (,) (,) (,) (,) (,) (,) (,) (,)
Probni uzorci se izrađuju prije izrade svake serije ili na početku smjene, ako radi na jednoj seriji duže od jedne smjene. Osim toka, uzroci se mogu raditi i onda kada kontrola ili operater smatraju da kvaliteta zavara ne zadovoljava. Izradu i kontrolu uzoraka obavljaju operater i kontrolor. U cilju osiguranja kvalitete, prije svakog početka zavarivanja potrebno je utvrditi : da su dijelovi zadovoljavajuće čisti, bez masti, oksida i ostalih nečistoća, da su parametri zavarivanja podešeni na stroju u skladu sa propisanim parametrima (tehnologijom zavarivanja), da su elektrode u ispravnom stanju, da je rashladna voda čista i da ima odgovarajući protok. Materijal za izradu uzoraka mora biti iste kvalitete, stanja površine i debljina, kao i dijelovi koji se nakon toga zavaruju. Nakon izrade uzoraka, kontrolor vodi parametre zavarivanja u knjigu o elektrootpornom šavnom zavarivanju. Vizualnim pregledom uzoraka potrebno je utvrditi sljedeće : a) da je minimalni prijeklop limova u skladu sa zahtijevanim prijeklopom na crtežu, b) da površine zavara nisu pretjerano pregorene (crne), te da nema grešaka naljepljivanja i otkidanja površine materijala, c) da trag elektrode nema oštre prelazne (udubljenje) i da stanjenje materijala ne prelazi 10 % od ukupne debljine limova koje zavarujemo, d) da su impulsi zavarivanja pravilni i ravnomjerno raspoređeni uzduž zavara. U slučaju da ispitni uzorak zadovoljava gore navedene kriterije, vrši se izrada makro izbrusaka i proba odvajanja. Nakon dobivenih zadovoljavajućih rezultata na ispitnim (probnim) uzrocima pristupa se zavarivanju serije. Prve komade iz serije potrebno je vizualno pregledati prema prethodno navedenim kriterijima. Zavarivanje mogu izvoditi samo verificirani (atestirani) zavarivači, a primjenjivati se mogu isključivo atestirani postupci zavarivanja. Osim toga strojevi za zavarivanje moraju imati uredne svjedodžbe o podobnosti za zavarivanje u skladu sa zakonom propisanim standardima.. ZAKLJUČAK Elektrootporno šavno zavarivanje se pokazalo kao tehnologičan postupak zavarivanja kružnih zavarenih spojeva kod jednoslojnih i višeslojnih komponenti kompenzatora. Kvaliteta zavarenih spojeva je zadovoljila sve zahtjeve koji su postavljeni na zavarene proizvode kompenzatore u eksploataciji, prije svega u pogledu funkcionalnosti na radnim temperaturama, pri radnim tlakovima i u uvjetima različitih medija. Literatura: 1. xxx Tehnička i tehnološka dokumentacija tvornice Kompenzatori ĐĐ, d.o.o.. Kordić, Zdenko: Elektrootporno zavarivanje, HTZ Zagreb, 197. YU-ISBN 6-069-01-5.