PL242111B1

PL242111B1 - Method of welding pipes with perforated plates, in particular made of stainless steel

Info

Publication number: PL242111B1
Application number: PL435834A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Krupnik; Michał Paweł Urbańczyk
Original assignee: Protech Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia; Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Spawalnictwa
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2023-01-16
Also published as: PL435834A1

Abstract

Sposób łączenia rur z płytami sitowymi, zwłaszcza ze stali nierdzewnych, w którym po etapie przygotowania zestawia się współosiowo końce rur (1) w odpowiadających położeniem otworach płyt sitowych (2) oraz wstępnie łączy przez sczepienie, i tworzą wkład rurowy, a następnie kolejno obwodowo spawa w gazie osłonowym złącza rur (1) z płytami sitowymi (2) z utworzeniem spoin, polega na tym, że spawanie złącza każdej rury z powierzchnią płyty sitowej (2) prowadzi się w jednym przejściu metodą hybrydową HLAW laser-MAG z prędkością co najmniej 1 m/min, i stosuje się głowicę spawalniczą hybrydową z laserem o mocy P co najmniej 3500 W oraz długości fali co najmniej 1064 nm, a natężenie prądu łuku elektrycznego wynosi co najmniej 140 A przy prędkości podawania drutu co najmniej 5 m/min. Ponadto głowica spawalnicza hybrydowa, usytuowana prostopadle lub pod kątem β do powierzchni spawanej, jest nieobrotowa, natomiast rury (1) i płyty sitowe (2), jako wkład rurowy, wykonują podczas spawania jednostajny ruch obrotowy. Prowadzi się również uzupełniające spawanie początkowego złącza na długości nie większej niż 15% długości obwodu rury (1), sterowane przez układ sterująco-monitorujący.A method of connecting pipes with sieve plates, especially made of stainless steel, in which, after the preparation stage, the ends of the pipes (1) are arranged coaxially in the openings of the sieve plates (2) corresponding to the position, and initially connected by tacking, and form a pipe insert, and then successively circumferentially welded in the shielding gas of the pipe joint (1) with the sieve plates (2) to form welds, consists in welding the joint of each pipe with the surface of the sieve plate (2) in one pass using the HLAW laser-MAG hybrid method at a speed of at least 1 m/min, and a hybrid welding head with a laser power P of at least 3500 W and a wavelength of at least 1064 nm is used, and the electric arc current is at least 140 A at a wire feed speed of at least 5 m/min. In addition, the hybrid welding head, located perpendicularly or at an angle β to the welded surface, is non-rotating, while the pipes (1) and screen plates (2), as a tubular insert, perform a uniform rotary motion during welding. Additional welding of the initial joint is also carried out over a length of not more than 15% of the length of the circumference of the pipe (1), controlled by the control and monitoring system.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania rur z płytami sitowymi, zwłaszcza ze stali nierdzewnych, stanowiące wkład rurowy wymiennika kotła grzewczego.The subject of the invention is a method of welding pipes with sieve plates, especially made of stainless steel, constituting a pipe insert of a heating boiler exchanger.

Płyty sitowe, nazywane również dnami sitowymi lub ścianami sitowymi, są jednym z najważniejszych elementów konstrukcyjnych kotłów a także wymienników ciepła w energetyce, zbiorników ciśnieniowych do procesów chemicznych, i innych. Wymienniki ciepła zbudowane są zazwyczaj z wiązki metalowych rur o niewielkiej średnicy i małej grubości ścianki, zamocowanych końcami w metalowych płytach sitowych.Sieve plates, also called sieve bottoms or sieve walls, are one of the most important structural elements of boilers as well as heat exchangers in the power industry, pressure vessels for chemical processes, and others. Heat exchangers are usually made of a bundle of small-diameter, thin-walled metal tubes fixed end-to-end in metal mesh plates.

Do pozycjonowania i szczelnego łączenia rur w płytach sitowych stosuje się dwie metody tj. rozwalcowanie lub spawanie. Rozwalcowanie rur w dnach sitowych ma zastosowanie do łączenia rur o średnicach do 12 mm, natomiast w przypadku rur o większych średnicach stosowany jest proces spawania.Two methods are used for positioning and tight connection of tubes in sieve plates, i.e. rolling or welding. Tube sheet rolling is used to join tubes up to 12 mm in diameter, while welding is used for larger diameter tubes.

Urządzenia energetyki cieplnej, w tym kotły kondensacyjne narażone podczas pracy m.in. na zmiany temperatury, agresywne środowisko gorących gazów i żrących cieczy, zmienne obciążenia o dużej częstotliwości i długim czasie oddziaływania na dany element - powinny wykazywać odporność m.in. na kwasy, korozję, odkształcenia i zmęczenie. Z tego względu od elementów konstrukcyjnych wymienników ciepła kotłów kondensacyjnych wymagana jest długotrwała szczelność połączenia końców rur z płytami sitowym.Thermal power equipment, including condensing boilers exposed during operation, e.g. to temperature changes, aggressive environment of hot gases and corrosive liquids, high-frequency and long-term variable loads on a given element - they should be resistant to e.g. to acids, corrosion, deformation and fatigue. For this reason, structural elements of heat exchangers of condensing boilers require long-term tightness of the connection of pipe ends with sieve plates.

Opis patentu US5749414 ujawnia zespół wymiennika ciepła i sposób jego wytwarzania, który polega na połączeniu z dnem sitowym wielu równoległych do siebie cienkościennych rur aluminiowych. Rury wstawia się w otwory dna sitowego o jednolitych przekrojach, a następnie końce rur są spawane wiązką laserową kierowaną po obwodzie poszczególnych rur. Każda spawana laserowo spoina ma wewnętrzny kontur rozciągający się od położenia równego z powierzchnią ściany wewnętrznej rury do położenia równego z krawędzią dna sitowego, przy czym grubość spoiny jest większa od grubości ścianki rury.Patent US5749414 discloses a heat exchanger assembly and a method for its manufacture, which consists in connecting a plurality of parallel thin-walled aluminum tubes to a tube sheet. The tubes are inserted into tubesheet holes with uniform cross-sections, and then the ends of the tubes are welded with a laser beam guided around the circumference of the individual tubes. Each laser-welded weld has an internal contour extending from a position flush with the inner wall surface of the tube to a position flush with the edge of the tube sheet, the thickness of the weld being greater than the thickness of the tube wall.

Znany jest z opisu wynalazku CN111283328A1 sposób spawania rur i płyt sitowych wymiennika ciepła. Sposób prowadzony jest etapowo i obejmuje czyszczenie wykonanych ze stopu aluminium rur i płyt sitowych, podgrzewanie do temperatury 100°C do 150°C, a następnie ustala się położenie rur i płyt sitowych, po czym prowadzi spawanie laserowe w osłonie argonu.From the description of the invention CN111283328A1, a method of welding tubes and tube plates of a heat exchanger is known. The process is stepwise and includes cleaning the aluminum alloy tubes and tube plates, heating to 100°C to 150°C, then positioning the tubes and tube sheets followed by argon laser welding.

Znany jest z opisu patentu DE3822807C1 sposób spawania cienkościennych rur wymiennika ciepła, którego płyta sitowa jest wyposażona w otwory odpowiadające wewnętrznej średnicy rur oraz kołnierze otaczające koncentrycznie te otwory. Czołowa część kołnierzy jest spawana do czoła wyśrodkowanych rur metodą spawania TIG za pomocą głowicy spawalniczej obracającej się we wnętrzu otworu. Złącze spawane otacza na zewnątrz pierścień ceramiczny, który jest używany do wyśrodkowania rur względem płyty sitowej i do utworzenia podparcia na zewnątrz złącza spawanego.From the description of the DE3822807C1 patent, a method of welding thin-walled heat exchanger tubes is known, the sieve plate of which is equipped with holes corresponding to the inner diameter of the tubes and flanges surrounding these holes concentrically. The face of the flanges is welded to the face of the centered tubes by TIG welding with a welding head rotating inside the bore. The weld joint is externally surrounded by a ceramic ring which is used to center the tubes relative to the tube plate and to provide support on the outside of the weld joint.

Z opisu wynalazku CN111037065A znane jest spawanie rury i płyty sitowej wymiennika ciepła, gdzie wewnętrzna średnica rury wynosi 9-15 mm, a grubość ścianki 1-2 mm. Spawanie prowadzi się tak, aby elektroda wolframowa uchwytu spawalniczego znajdowała się z boku płyty w położeniu w granicach 0-0,5 mm od powierzchni końcowej zgrzewanej płyty sitowej. Ponadto wykonane z superstopów na bazie niklu rury i otwory płyty sitowej są zamontowane współosiowo, a odstęp między parami powierzchni czołowych, które mają być zgrzewane, mieści się w granicach 0-0,1 mm. Spawanie łukowe w osłonie argonu prowadzi się odcinkami od ustalonego punktu początkowego.From the description of the invention CN111037065A, it is known to weld a tube and a tube plate of a heat exchanger, where the internal diameter of the tube is 9-15 mm and the wall thickness is 1-2 mm. Welding is carried out so that the tungsten electrode of the welding torch is located on the side of the plate in a position within 0-0.5 mm from the end surface of the welded screen plate. In addition, the nickel-based superalloy tubes and sieve plate openings are mounted coaxially, and the gap between the pairs of the faces to be welded is 0-0.1 mm. Arc welding in an argon shield is carried out in sections from a fixed starting point.

Znany jest również z opisu patentu US9039814B2 sposób spawania zespołu rur o małej średnicy do wspólnej płyty podstawy. Zespoły rur, wykonane ze stopu palladu, mają kształt kielichowy i są przyspawane laserowo kielichem do płyty w gniazdach otworu, przez który przechodzą.Also known from the US9039814B2 patent is a method of welding a set of small diameter pipes to a common base plate. The tube assemblies, made of a palladium alloy, are cup-shaped and are laser welded with a cup to the plate in the sockets of the hole through which they pass.

Sposób łączenia dna sitowego i rur w płaszczowo-rurowym wymienniku ciepła za pomocą rotacyjnego rozwiertaka, znany jest z opisu patentu EP 2072173B1, i polega na tym, że rozwiertak jest przesuwany rotacyjnie w jego osiowym kierunku do wnętrza otwartego końca otoczonej dnem sitowym rury i jest dociskany przeciwnie do przedniej powierzchni rury tak, że koniec rury i obszar dna sitowego otaczający rurę są uplastycznione i tworzą razem połączenie spawane.The method of connecting the tube sheet and tubes in a shell-and-tube heat exchanger by means of a rotary reamer is known from the description of patent EP 2072173B1, and consists in the fact that the tube sheet is rotated in its axial direction to the inside of the open end of the tube surrounded by the tube sheet and is pressed opposite the front surface of the tube so that the end of the tube and the tube sheet area surrounding the tube are plasticized and form a weld joint together.

Z opisu patentu EP3334994B1 znany jest sposób łączenia wiązki rur do podstawy sitowej wymiennika ciepła. Rury są połączone z podstawą sitową za pomocą spawania laserowego, w którym natężenie generowanej wiązki laserowej jest większe niż 1 MW / cm². Rury są wykonane z aluminium lub ze stopu aluminium i mają grubość ścianki co najwyżej 2,0 mm, a podstawa sitowa ma grubość odFrom the description of the patent EP3334994B1, a method of connecting a bundle of tubes to the tube base of a heat exchanger is known. The tubes are connected to the sieve base by laser welding, where the intensity of the generated laser beam is greater than 1 MW/cm ² . The tubes are made of aluminum or aluminum alloy and have a wall thickness of 2.0mm or less, and the sieve base has a thickness of

100 mm do 200 mm. Wiązka laserowa jest generowana przez laser światłowodowy, laser diodowy lub przez laser CO2 lub Nd: YAG.100mm to 200mm. The laser beam is generated by a fiber laser, diode laser or by a CO2 or Nd:YAG laser.

Rozwiązanie znane z opisu wynalazku EP3405738A1 odnosi się do sposobu łączenia wiązki rur wymiennika ciepła do płyty sitowej. Rury są połączone z płytą sitową przez spawanie laserowe, podczas którego generowana jest wiązka laserowa, która jest skupiona na miejscu spawanym w obszarze między rurą a płytą sitową, przy czym głowica lasera jest przemieszczana tak, aby wykonać pierwszy ruch nad obszarem łączącym i drugi ruch modyfikujący jeziorko.The solution known from the description of the invention EP3405738A1 relates to the method of connecting a bundle of heat exchanger tubes to a tube plate. The tubes are connected to the sieve plate by laser welding where a laser beam is generated which is focused on the weld spot in the area between the tube and the sieve plate, the laser head being moved to make a first move over the connecting area and a second modifying move little lake.

Sposób łączenia rur z płytami sitowymi, zwłaszcza ze stali nierdzewnych, według wynalazku, w którym po etapie przygotowania zestawia się współosiowo końce rur w odpowiadających położeniem otworach płyt sitowych oraz wstępnie łączy przez sczepienie jako wkład rurowy, a następnie kolejno obwodowo spawa w gazie osłonowym złącza rur z płytami sitowymi z utworzeniem spoin, charakteryzuje się tym, że spawanie złącza każdej rury z powierzchnią płyty sitowej prowadzi się w jednym przejściu metodą hybrydową HLAW laser-MAG z prędkością co najmniej 1 m/min, i stosuje się głowicę spawalniczą hybrydową z laserem o mocy P co najmniej 3500 W oraz długości fali co najmniej 1064 nm, a natężenie prądu łuku elektrycznego wynosi co najmniej 140 A przy prędkości podawania drutu co najmniej 5 m/min. Ponadto głowica spawalnicza hybrydowa, usytuowana prostopadle do powierzchni spawanej, jest nieobrotowa, natomiast rury i płyty sitowe, jako wkład rurowy, wykonują podczas spawania jednostajny ruch obrotowy. Od punktu, w którym zamyka się pełny obwód spawanej rury, prowadzi się hybrydowo lub tylko laserowo, sterowane przez układ sterująco-monitorujący, uzupełniające spawanie początkowego złącza na długości nie większej niż 15% długości jej obwodu.A method of connecting pipes with sieve plates, especially made of stainless steel, according to the invention, in which, after the preparation stage, the ends of the pipes are arranged coaxially in the openings of the sieve plates corresponding to the position, and initially joined by tacking as a pipe insert, and then the pipe joints are circumferentially welded in shielding gas with sieve plates to form welds, characterized in that the welding of the joint of each pipe to the surface of the sieve plate is carried out in one pass by the HLAW laser-MAG hybrid method at a speed of at least 1 m/min, and a hybrid welding head with a laser of P of at least 3500 W and a wavelength of at least 1064 nm, and the arc current is at least 140 A at a wire feed speed of at least 5 m/min. In addition, the hybrid welding head, located perpendicularly to the surface to be welded, is non-rotating, while the tubes and screen plates, as a tubular insert, perform a uniform rotary motion during welding. From the point where the full circumference of the welded pipe is closed, a hybrid or laser-only process is carried out, controlled by the control and monitoring system, to weld the initial joint over a length of not more than 15% of its circumference length.

Uzupełniające spawanie złącza prowadzi się przez czas wygaszania wiązki promieniowania laserowego lub przez czas podawania do procesu drutu.Supplementary welding of the joint is carried out during the time of laser radiation beam extinction or during the time of feeding the wire to the process.

Oś wiązki promieniowania laserowego jest nachylona do osi uchwytu metody MIG/MAG pod kątem α w zakresie 0 ^ 26°.The axis of the laser beam is inclined to the axis of the MIG/MAG method holder at the angle α in the range of 0 ^ 26°.

W głowicy lasera dyskowego ognisko jest położone na wysokości nie większej niż 2 mm nad powierzchnią spawanych elementów, a odległość „a” między końcem drutu elektrodowego „w” i osią wiązki promienia laserowego wynosi nie więcej niż 3 mm.In the disk laser head, the focus is located at a height of not more than 2 mm above the surface of the welded elements, and the distance "a" between the end of the electrode wire "w" and the axis of the laser beam is not more than 3 mm.

W drugim sposobie łączenia rur z płytami sitowymi, zwłaszcza ze stali nierdzewnych, według wynalazku, w którym po etapie przygotowania zestawia się współosiowo końce rur w odpowiadających położeniem otworach płyt sitowych oraz wstępnie łączy przez sczepienie jako wkład rurowy, a następnie kolejno obwodowo spawa w gazie osłonowym złącza rur z płytami sitowymi z utworzeniem spoin, charakteryzuje się tym, że spawanie złącza każdej rury z powierzchnią płyty sitowej prowadzi się w jednym przejściu metodą hybrydową HLAW laser-MAG z prędkością co najmniej 1 m/min, i stosuje się głowicę spawalniczą hybrydową z laserem o mocy P co najmniej 3500 W oraz długości fali co najmniej 1064 nm, a natężenie prądu łuku elektrycznego wynosi co najmniej 140 A przy prędkości podawania drutu co najmniej 5 m/min. Głowica spawalnicza hybrydowa jest nieobrotowa, a oś uchwytu głowicy spawalniczej hybrydowej usytuowana jest pod kątem β w zakresie 5° do 8°, korzystnie 7° do powierzchni rury, natomiast rury i płyty sitowe, jako wkład rurowy, wykonują podczas spawania jednostajny ruch obrotowy. Od punktu, w którym zamyka się pełny obwód spawanej rury, prowadzi się hybrydowo lub tylko laserowo sterowane przez układ sterująco-monitorujący uzupełniające spawanie początkowego złącza na długości nie większej niż 15% długości jej obwodu.In the second method of connecting pipes with sieve plates, in particular made of stainless steel, according to the invention, in which, after the preparation stage, the ends of the pipes are arranged coaxially in the openings of the sieve plates corresponding to the position, and initially connected by tacking as a pipe insert, and then circumferentially welded in shielding gas joints of tubes with sieve plates with the formation of welds, characterized in that the welding of the joint of each tube with the surface of the tube plate is carried out in one pass using the HLAW laser-MAG hybrid method at a speed of at least 1 m/min, and a hybrid laser welding head is used with a power P of at least 3500 W and a wavelength of at least 1064 nm, and an arc current of at least 140 A at a wire feed speed of at least 5 m/min. The hybrid welding head is non-rotating, and the axis of the hybrid welding head holder is located at an angle β in the range of 5° to 8°, preferably 7° to the pipe surface, while the pipes and sieve plates, as a pipe insert, perform a uniform rotational movement during welding. From the point where the full circumference of the welded pipe is closed, supplementary welding of the initial joint is carried out in hybrid or laser mode, controlled by the control and monitoring system, over a length of not more than 15% of its circumference length.

Rozwiązanie według wynalazku dotyczy problemu spawania elementów o zróżnicowanych cechach konstrukcyjnych wykonanych ze stali nierdzewnych, przeznaczonych do pracy w środowisku zmiennych ciśnień i temperatury oraz z wysokimi wymaganiami dotyczącymi szczelności i wytrzymałości złączy. W proponowanym sposobie spawania płyt sitowych ze stali nierdzewnych zapewnia się warunki procesowe, w których minimalizuje się możliwość powstania nieszczelności oraz uszkodzenia warstw pasywnych na powierzchniach spawanych.The solution according to the invention concerns the problem of welding elements with various structural features made of stainless steel, designed to work in an environment of variable pressure and temperature, and with high requirements for tightness and strength of joints. In the proposed method of welding stainless steel screen plates, process conditions are provided in which the possibility of leakage and damage to the passive layers on the welded surfaces is minimized.

Sposób spawania według wynalazku, zapewnia pełną obwodową szczelność złącza, prowadzony jest z prędkością powyżej 1 m/min co ma wpływ na zmniejszenie ilości ciepła wprowadzanego do obszaru złącza, mniejsze jego deformacje i odkształcenia. Dodatkowo korzystnie wpływa na zużycie materiałów do spawania tj. drutu elektrodowego, gazu osłonowego metody MAG co powoduje mniejszą emisję dymów spawalniczych, tworzonych przez pył i mieszaninę różnych gazów. Ponadto podczas etapu przygotowawczego zmniejsza się ilość operacji przez ograniczenie pracochłonnej obróbki mechanicznej.The welding method according to the invention ensures full circumferential tightness of the joint, it is carried out at a speed above 1 m/min, which reduces the amount of heat introduced into the joint area, reduces its deformations and deformations. In addition, it has a positive effect on the consumption of welding materials, i.e. electrode wire, MAG shielding gas, which results in lower emission of welding fumes, created by dust and a mixture of various gases. In addition, during the preparatory stage, the number of operations is reduced by reducing labor-intensive mechanical processing.

Sposób spawania według wynalazku zilustrowano przykładowym wykonaniem na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny złącza spawanego z układem elementów głowicy spawalniczej hybrydowej, fig. 2 i fig. 3 przedstawiają schematycznie ustawienie wiązki lasera i końca drutu elektrodowego w procesie spawania, fig. 4 i fig. 5 przedstawiają schematycznie ustawienie elementów spawanych, fig. 6 przedstawia płytę sitową urządzenia grzewczego, fig. 7 przedstawia przekrój poprzeczny złącza spawanego z układem elementów głowicy spawalniczej hybrydowej w wariancie realizacji, fig. 8 i fig. 9 przedstawiają schematycznie ustawienie elementów spawanych do układu z fig. 7, Fot. przedstawia układ głowicy robota spawalniczego, a Fot. 2 przedstawia zdjęcie makrograficzne przekroju poprzecznego złącza ze spoiną.The welding method according to the invention is illustrated by an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows a cross-section of the welded joint with the arrangement of elements of the hybrid welding head, Fig. 2 and Fig. 3 schematically show the arrangement of the laser beam and the end of the electrode wire in the welding process, Fig. 4 and fig. 5 show schematically the arrangement of the welded elements, fig. 6 shows the sieve plate of the heating device, fig. of the system in Fig. 7, Fig. shows the layout of the welding robot head, and Fig. 2 shows a macrograph of a cross-section of a joint with a weld.

W celu połączenia rur 1 z płytami sitowymi 2 z blach ze stali nierdzewnych o grubości t1 od 3 do 6 mm, w zależności od ich ustawienia, niezbędne jest wykonanie złączy doczołowych lub pachwinowych. Rury 1, końcami mocowane do płyt sitowych 2, są rozmieszczone w postaci wiązek wewnątrz płaszcza (niepokazanego na rysunku), i stanowią element konstrukcyjny kotła grzewczego 3. Ze względu na wymóg kompatybilności wymiarowej z innymi elementami kotła grzewczego 3 a także uwarunkowania technologiczne, podczas spawania złączy doczołowych niezbędne jest uzyskanie dokładnego ustawienia krawędzi spawanych elementów względem siebie. Rozmiar płyty sitowej oraz liczba i rozmieszczenie otworów dla rur uzależniona jest od konstrukcji kotła grzewczego, ponieważ pośredniczy w przenoszeniu energii cieplnej z jednego medium do drugiego.In order to connect the tubes 1 with the sieve plates 2 made of stainless steel sheets with a thickness t1 of 3 to 6 mm, depending on their position, it is necessary to make butt or fillet joints. The pipes 1, with their ends attached to the sieve plates 2, are arranged in the form of bundles inside the jacket (not shown in the drawing), and are a structural element of the heating boiler 3. Due to the requirement of dimensional compatibility with other elements of the heating boiler 3, as well as technological conditions, during welding butt joints, it is necessary to obtain precise positioning of the edges of the welded elements in relation to each other. The size of the sieve plate and the number and arrangement of the holes for the pipes depends on the design of the heating boiler, because it mediates the transfer of heat energy from one medium to another.

Otwory 4 w płytach sitowych 2 wykonuje się przez cięcie plazmowe lub laserowe w układzie ortogonalnym, przy czym możliwy jest również układ heksagonalny. Otwory 4 rozmieszczone są w odległościach zależnych od konstrukcji wymiennika, gdzie w przykładowym wykonaniu w układzie pionowym odległość d1 między dwoma rurami jest równa 7,5 mm a w układzie poziomym odległość d2 = 14,40 mm, (Fig. 6).The openings 4 in the sieve plates 2 are made by plasma or laser cutting in an orthogonal arrangement, a hexagonal arrangement is also possible. Holes 4 are spaced at distances depending on the structure of the exchanger, where in the exemplary embodiment, in the vertical system, the distance d1 between the two pipes is equal to 7.5 mm, and in the horizontal system, the distance d2 = 14.40 mm, (Fig. 6).

Po wykonaniu otworów 4 usuwa się z łączonych powierzchni wszelkie tlenki, oleje, smary oraz inne obce ciała za pomocą środków chemicznych lub pary. Następnie bez ukosowania krawędzi otworów 4 w płytach sitowych 2 oraz rurach 1 sczepia się np. metodą TIG odpowiednio krawędzie lub powierzchnie boczne rur 1 z krawędzią otworów 4 w płytach sitowych 2. Odstęp między płytą sitową a rurą ustala się w zakresie g = 0,01 ^ 0,5 mm. Uwzględnia się przy tym, że dopuszczalna wysokość h wysunięcia rury 1 w odniesieniu do dna sitowego 2 nie powinna być większa niż 3 mm (Fig. 8).After making the holes 4, any oxides, oils, greases and other foreign bodies are removed from the joined surfaces by means of chemicals or steam. Then, without bevelling the edges of the holes 4 in the sieve plates 2 and the tubes 1, e.g. using the TIG method, the edges or side surfaces of the tubes 1 are joined with the edges of the holes 4 in the tube plates 2 respectively. ^ 0.5mm. It is taken into account that the permissible projection height h of the pipe 1 in relation to the tube sheet 2 should not be greater than 3 mm (Fig. 8).

W czasie spawania złączy rury 1 i płyty sitowej 2, które uprzednio zostały sczepione w całość jako wkład rurowy, umocowane są na stole spawalniczym lub w obrotniku, a jednostajny ruch obrotowy wykonuje wkład rurowy jako element spawany. Natomiast oś uchwytu 6 głowicy spawalniczej hybrydowej jest ustawiona prostopadle do powierzchni spawanej lub w wariancie wykonania sposobu - nachylona jest pod kątem β w zakresie 5° do 8° do powierzchni rury 1, a pozostałe parametry i ustawienia są zgodne z zadanymi warunkami opisanymi dalej.During the welding of the joints of the pipe 1 and the sieve plate 2, which were previously joined together as a tubular insert, they are fixed on the welding table or in the positioner, and the uniform rotational movement is performed by the tubular insert as a welded element. On the other hand, the axis of the holder 6 of the hybrid welding head is perpendicular to the surface to be welded, or in the method variant - it is inclined at an angle β in the range of 5° to 8° to the surface of the pipe 1, and the other parameters and settings are in accordance with the set conditions described below.

Spawanie prowadzi się metodą hybrydową HLAW laser-MAG, a zrobotyzowany proces z układem sterująco-monitorującym umożliwia w trakcie spawania kontrolę zadanych ustawień i parametrów oraz występowanie niezgodności spawalniczych. W procesie zastosowano odpowiednio ustawione wzajemne położenie wiązki laserowej i drutu elektrodowego metody MAG względem osi złącza. Zgodnie z ustaleniami w głowicy lasera 5 ognisko jest położone na wysokości nie większej niż 2 mm nad powierzchnią spawanych elementów. Odległość „a” między końcem drutu elektrodowego w i wiązką promienia laserowego wynosi nie więcej niż 3 mm. W procesie spawania wiązka laserowa może poprzedzać łuk elektryczny w odniesieniu do kierunku spawania lub na odwrót (LA/AL).Welding is carried out using the HLAW laser-MAG hybrid method, and the robotic process with a control and monitoring system enables control of the set settings and parameters during welding and the occurrence of welding discrepancies. In the process, a properly set mutual position of the laser beam and the MAG method electrode wire relative to the axis of the joint was used. According to the arrangements in the laser head 5, the focus is located at a height of not more than 2 mm above the surface of the welded elements. The distance "a" between the end of the electrode wire w and the laser beam is not more than 3 mm. In the welding process, the laser beam can precede the electric arc in relation to the welding direction or vice versa (LA/AL).

W celu uzyskania w jednym przejściu spoiny, a także dla stabilności procesu i jakości uzyskiwanych złączy, oprócz parametrów technologicznych istotnym czynnikiem jest dobór kątów ustawienia głowicy hybrydowej względem łączonych rur 1 i płyty sitowej 2. Podczas spawania oś uchwytu 6 palnika metody MIG/MAG ustawia się prostopadle do powierzchni spawanych elementów, a oś wiązki promieniowania laserowego jest nachylona do osi uchwytu 6 metody MIG/MAG w zakresie kątów α = 0 + 26° (Fig. 1, 2 i 3). W wariancie wykonania sposobu spawania oś uchwytu 6 palnika metody MIG/MAG jest nachylona korzystnie pod kątem β = 7° do powierzchni spawanych rur 1, jak na Fig. 7.In order to obtain a weld in one pass, as well as for the stability of the process and the quality of the joints obtained, in addition to the technological parameters, an important factor is the selection of the angles of the hybrid head in relation to the joined pipes 1 and tube plate 2. During welding, the axis of the holder 6 of the MIG/MAG torch is set perpendicular to the surface of the welded elements, and the axis of the laser beam is inclined to the axis of the MIG/MAG holder 6 in the range of angles α = 0 + 26° (Fig. 1, 2 and 3). In a variant of the welding method, the axis of the MIG/MAG torch holder 6 is preferably inclined at an angle β = 7° to the surface of the pipes 1 to be welded, as in Fig. 7.

W procesie stosuje się wysokoenergetyczną rozogniskowaną do średnicy ognisk wiązkę laserową o mocy P co najmniej 3500 W i długości fali co najmniej 1064 nm, korzystnie ustawioną pod kątem α = 26° do osi uchwytu 1 metody MIG/MAG. Natomiast natężenie prądu łuku elektrycznego wynosi co najmniej 140 A przy prędkości podawania drutu co najmniej 5 m/min.The process uses a high-energy laser beam, defocused to the diameter of the foci, with a power P of at least 3500 W and a wavelength of at least 1064 nm, preferably set at an angle α = 26° to the axis of the MIG/MAG holder 1. The arc current is at least 140 A at a wire feed speed of at least 5 m/min.

Spawanie prowadzi się w gazie osłonowym i stosuje się mieszaninę argonu i dwutlenku węgla.Welding is carried out in a shielding gas and a mixture of argon and carbon dioxide is used.

Do obszaru złącza wprowadza się w sposób ciągły energię cieplną wytworzoną przez łuk elektryczny i laser, po linii obrotu łukowej wyznaczanej przez obrót elementu spawanego. Parametry wiązki laserowej i łuku elektrycznego ustalono tak, aby uzyskać w jednym przejściu z prędkością spawania powyżej 1 m/min obwodową spoinę doczołową w złączu narożnym lub spoinę czołową w złączu teowym.Thermal energy generated by the electric arc and the laser is continuously introduced into the joint area along the arc rotation line determined by the rotation of the welded element. The parameters of the laser beam and the electric arc were set so as to obtain a circumferential butt weld in a corner joint or a butt weld in a T-joint in one pass with a welding speed above 1 m/min.

Rozwiązanie, jak wyżej opisane, pozwala na uzyskanie złącza z pełnym przetopem z równomiernym prawidłowo uformowanym licem spoiny i prawidłowo uformowaną granią dla blach ze stali nierdzewnych o grubości 3 do 6 mm. Ponadto pełny przetop zapewnia odpowiednią szczelność układu, eliminuje miejsca powstawania korozji od strony grani.The solution, as described above, allows to obtain a joint with full penetration with an even, properly formed weld face and a correctly formed root for stainless steel sheets with a thickness of 3 to 6 mm. In addition, full penetration ensures adequate tightness of the system, eliminates corrosion from the root side.

Proces spawania hybrydowego płyty sitowej 2 i rur 1 odbywa się po obwodzie, wzdłuż osi szczeliny powstałej między rurą a otworem 4 w płycie sitowej 2 w którym jest osadzona rura.The process of hybrid welding of the sieve plate 2 and pipes 1 takes place around the periphery, along the axis of the gap formed between the pipe and the hole 4 in the sieve plate 2 in which the pipe is embedded.

Jest znane, że rozpoczęcie procesu w przypadku spawania hybrydowego wymaga ustabilizowania obydwu źródeł ciepła. Spawanie na tym etapie powoduje, że na początku procesu występuje brak pełnego przetopu, i istnieje potrzeba stosowania podkładek dobiegowych. W przypadku spawania hybrydowego rur, gdzie spawanie jest prowadzone obwodowo, stosowanie podkładek dobiegowych i wybiegowych nie jest możliwe. Prowadzone w takich warunkach procesowych spawanie hybrydowe płyty sitowej i rur, po zakończonym procesie spawania mogłoby powodować pozostawienie na końcu spoiny otwartego krateru z otworem zmniejszającym jej przekrój poprzeczny. Z tego względu problem nieszczelności złącza wskutek niepełnego przetopu podczas procesu spawania płyt sitowych rozwiązano przez spawanie początkowej części obwodu rury jako kontynuacji procesu, czyli z najazdem na początek spoiny.It is known that the start of the process in the case of hybrid welding requires the stabilization of both heat sources. Welding at this stage results in a lack of full penetration at the beginning of the process, and there is a need to use spacers. In the case of hybrid welding of pipes, where the welding is carried out circumferentially, the use of run-up and run-out pads is not possible. Hybrid welding of the tube plate and pipes carried out in such process conditions, after the welding process was completed, could leave an open crater at the end of the weld with a hole reducing its cross-section. For this reason, the problem of joint leakage due to incomplete penetration during the welding of the tube plates was solved by welding the initial part of the pipe circumference as a continuation of the process, i.e. with the approach to the beginning of the weld.

Jak już napisano zrobotyzowany proces spawania hybrydowego umożliwia kontrolę parametrów w trakcie spawania, gdzie weryfikuje się kształt lica spoiny oraz występowanie niezgodności spawalniczych. W celu usunięcia skutków niepełnego przetopu prowadzi się sterowane przez układ sterującomonitorujący uzupełniające spawanie złącza od punktu, w którym zamyka się pełny obwód spawanej rury, na długości nie większej niż 15% długości obwodu. Spawanie może być prowadzone jako hybrydowe lub tylko laserowe.As already mentioned, the robotic hybrid welding process enables control of parameters during welding, where the shape of the weld face and the presence of welding imperfections are verified. In order to remove the effects of incomplete penetration, supplementary welding of the joint is carried out, controlled by the control and monitoring system, from the point where the full circumference of the welded pipe is closed, over a length not exceeding 15% of the circumference length. Welding can be carried out as hybrid or laser only.

W przypadku spawania laserowego uzupełniające spawanie złącza prowadzi się przez czas wygaszania działania wiązki promieniowania laserowego nadzorowany przez układ sterująco-monitorujący. Przykładowy parametr czasu t [ms], informuje, że czas wygaszania działania wiązki promieniowania lasera z mocy np. 3500 W do 0 W odbywa się w tym czasie t [ms]. Wydłużenie czasu działania lasera pozwala na wolniejsze wypełnienie krateru spoiny oraz wyeliminowanie niezgodności spawalniczej np. typu 2025, co zalicza złącze do poziomu jakości B, zgodnie z normą dotyczącą kwalifikowania technologii spawania.In the case of laser welding, supplementary welding of the joint is carried out for the time of extinguishing the laser beam, supervised by the control and monitoring system. An exemplary parameter of time t [ms] informs that the time of extinguishing the laser beam from the power of e.g. 3500 W to 0 W takes place in this time t [ms]. Extending the laser operation time allows for slower filling of the weld crater and elimination of welding imperfections, e.g. type 2025, which classifies the joint to the B quality level, in accordance with the welding technology qualification standard.

Natomiast uzupełniające spawanie łukowe złącza prowadzi się przez czas podawania do procesu drutu, nadzorowany przez układ sterująco-monitorujący, a parametry wypełnienia krateru pokazano w Tabl. 2.On the other hand, supplementary arc welding of the joint is carried out for the time of feeding the wire to the process, supervised by the control and monitoring system, and the crater filling parameters are shown in Tab. 2.

Powyższe działania pozwalają na uzyskanie złącza z pełnym przetopem na całym obwodzie rury i otworu.The above actions allow to obtain a joint with full penetration around the entire perimeter of the pipe and the hole.

Próby półprzemysłowe procesu spawania złączy rur z płytą sitową prowadzono na zrobotyzowanym stanowisku do spawania hybrydowego z laserem dyskowym i głowicą spawalniczą, zamocowanymi na ramieniu robota przemysłowego.Semi-industrial tests of the process of welding pipe joints with a sieve plate were carried out on a robotic hybrid welding station with a disk laser and a welding head, mounted on an industrial robot arm.

Przykład 1Example 1

Płytę sitową wkładu rurowego wymiennika dla kotła grzewczego kondensacyjnego wykonano z blachy stalowej o grubości t1 = 5 mm z gatunku X6CrNiMoTi17-12-2 (H17N13M2T/ 316Ti/1.4571) wg normy PN-EN 10088, w której wykonano 6 otworów w układzie ortogonalnym (kwadratowym), o średnicy Φ 61 mm (Fig. 6).The sieve plate of the exchanger tube insert for the condensing heating boiler is made of steel sheet with a thickness of t1 = 5 mm, grade X6CrNiMoTi17-12-2 (H17N13M2T/ 316Ti/1.4571) according to the PN-EN 10088 standard, in which 6 orthogonal openings (square) ), with a diameter of Φ 61 mm (Fig. 6).

Stal X6CrNiMoTi17-12-2 to nierdzewna austenityczna stal chromowo-niklowo molibdenowa stabilizowana tytanem. Następnie w miejsca otworów umieszczono rury o średnicy 60,3 mm i grubościX6CrNiMoTi17-12-2 steel is a stainless austenitic chromium-nickel-molybdenum steel stabilized with titanium. Then, pipes with a diameter of 60.3 mm and a thickness of 60.3 mm were placed in the holes

PL 242111 Β1 ścianki 2 mm, wykonane z tego samego gatunku stali tak, aby górna krawędź rury była równa z powierzchnią blachy, tworząc złącze doczołowe. Odstęp między płytą sitową a rurą wynosi g = 0,35 mm.PL 242111 B1 2 mm walls, made of the same steel grade so that the upper edge of the pipe is flush with the sheet metal surface, creating a butt joint. The gap between the sieve plate and the tube is g = 0.35 mm.

Spawanie hybrydowe zostało realizowane z wykorzystaniem lasera dyskowego o długości fali 1064 nm i mocy 12 kW. Proces spawania prowadzono z wykorzystaniem światłowodu o średnicy 0 = 400 pm i optyką głowicy hybrydowej, gdzie długość ogniskowej soczewki kolimatora f_c= 200 mm, a długość ogniskowej soczewki skupiającej f_og = 400 mm, co pozwala uzyskać wiązkę lasera o średnicy ogniska 0,8 mm.Hybrid welding was carried out using a disk laser with a wavelength of 1064 nm and a power of 12 kW. The welding process was carried out using an optical fiber with a diameter of 0 = 400 pm and hybrid head optics, where the focal length of the collimator lens f _c = 200 mm, and the focal length of the focusing lens f _og = 400 mm, which allows to obtain a laser beam with a focal diameter of 0.8 mm.

Proces spawania hybrydowego polegał na uzyskaniu złącza z pełnym przetopem na całym obwodzie (rura-płyta). Głowica spawalnicza hybrydowa została umieszczona nad elementem spawanym a ruch obrotowy wykonuje element spawany zamocowany na stole spawalniczym.The hybrid welding process consisted in obtaining a joint with full penetration around the circumference (pipe-plate). The hybrid welding head has been placed over the welded element and the rotational movement is performed by the welded element mounted on the welding table.

Tabl.1 Parametry procesu napawania hybrydowegoTab.1 Parameters of the hybrid surfacing process

Nr próbki sample no P [W] P [W] Vs[m/min] vs[m/min] Vd [m/min] Vd [m/min] I [A] I [A] U (V] U(V] Kor. U[V] Cor. U[V] f [mm] f [mm] g [mm] g [mm] Q [kJ/cm] Q [kJ/cm] Płyta sitowal Silicon plate 3500 3500 1,5 1.5 5 5 140 140 20 20 3 3 0 0 0,35 0.35 2,5 2.5

moc wiązki lasera - P [W]; prędkość spawania - l/s [m/min]; prędkość podawania drutu - Vd [m/min]; natężenie prądu spawania - / [A]; napięcie luku - U [V]; korekta napięcia luku (nastawa źródła łukowego) - Kor. V[V]; położenie ogniska względem powierzchni spawanych rur - f[mm], odstęp między łączonymi elementami - g [mm], ilość wprowadzonego ciepła - Q[kJ/mm];laser beam power - P [W]; welding speed - l/s [m/min]; wire feed speed - Vd [m/min]; welding current - / [A]; arc voltage - U [V]; arc voltage correction (arc source setting) - Correct. V[V]; location of the focus relative to the surface of the welded pipes - f[mm], the distance between the joined elements - g [mm], the amount of heat input - Q[kJ/mm];

Rury w płycie sitowej zestawiono z odstępem g = 0,35 mm i sczepiono metodą TIG. Następnie spawano hybrydowo złącze płyty sitowej i rury z prędkością 1,5 m/min, przy czym położenie ogniska wiązki laserowej ustawiono na powierzchni płyty (f = 0) w miejscu styku spawanych elementów.The tubes in the sieve plate were arranged with a g = 0.35 mm spacing and TIG tacked. Then, the joint of the sieve plate and tubes was hybrid welded at a speed of 1.5 m/min, with the focus of the laser beam set on the surface of the plate (f = 0) at the point of contact of the welded elements.

Zastosowano następujące ustawienia: położenie ogniska względem powierzchni spawanych rur f = 0, kąt pochylenia i padania wiązki laserowej do powierzchni spawanych elementów wynosił 26°, uchwyt palnika metody MAG był ustawiony prostopadle do powierzchni spawanych elementów (Fig. 1).The following settings were used: the focus position relative to the surface of the welded pipes f = 0, the angle of inclination and incidence of the laser beam to the surface of the welded elements was 26°, the MAG torch holder was set perpendicularly to the surface of the welded elements (Fig. 1).

Odległość między laserem a końcówką drutu elektrodowego wynosiła a = 2 mm.The distance between the laser and the tip of the electrode wire was a = 2 mm.

Jako gaz osłonowy w metodzie MAG zastosowano mieszankę M12 (lnoxline C2, PN-EN ISO 14175- M12-ArC-2,5). Strumień objętości gazu osłonowego wynosił 16 l/min. Jako spoiwo stosowano drut spawalniczy gatunku LINCOLN MIG 316LSi (PN-EN ISO 14343-A: G 19 9 LSi).M12 mixture (lnoxline C2, PN-EN ISO 14175- M12-ArC-2.5) was used as the shielding gas in the MAG method. The volume flow of the shielding gas was 16 L/min. A welding wire of the LINCOLN MIG 316LSi grade (PN-EN ISO 14343-A: G 19 9 LSi) was used as a binder.

Natomiast uzupełniające spawanie łukowe złącza prowadzi się przez czas podawania do procesu drutu, ustalony przez układ sterująco-monitorujący, a parametry wypełnienia krateru pokazano w Tabl. 2.On the other hand, supplementary arc welding of the joint is carried out for the time of feeding the wire to the process, set by the control and monitoring system, and the crater filling parameters are shown in Tab. 2.

Tabl. 2table 2

Nr próbki sample no „Crater Time P [s] Crater Time P [s] v_d[m/min] _vd [m/min] Kor. U [V] Cor. U [V] “End Post Flow Time', t|mm] “End Post Flow Time', t|mm] Płyta sitowa 1,2, 3 Sieve plate 1,2,3 0,1 0.1 5 5 0 0 0,5 0.5

czas wypełnienia krateru - P [s]; prędkość podawania drutu - Vd [m/min]; korekta napięcia luku (nastawa źródła łukowego) - Kor. U [V]; czas wypływu gazu osłonowego w metodzie MAG po spawaniu - t[s].crater filling time - P [s]; wire feed speed - Vd [m/min]; arc voltage correction (arc source setting) - Correct. U [V]; shielding gas flow time in the MAG method after welding - t[s].

Złącze, cechuje, równomierny nadlew, gładkie lico, bez rozprysków z pełnym przetopem na całej długości złącza i prawidłowo uformowaną granią. Badania metalograficzne makroskopowe nie wykazały wewnętrznych niezgodności spawalniczych w złączu.The joint is characterized by an even sprue, a smooth face, without splashes, with full penetration along the entire length of the joint and a properly formed root. Macroscopic metallographic examinations showed no internal welding imperfections in the joint.

PL 242111 Β1PL 242111 B1

Przykład 2Example 2

Płytę sitową wkładu rurowego wymiennika dla kotła grzewczego kondensacyjnego wykonano z blachy stalowej o grubości 5 mm z gatunku X15CrNiSi20-12 (H20N12S2/309 /1,4828) wg normy PN-EN 10088, w której wycięto 6 otworów w układzie kwadratowym średnicy Φ 61 mm.The sieve plate of the exchanger tube insert for the condensing heating boiler is made of 5 mm thick steel sheet of the X15CrNiSi20-12 grade (H20N12S2/309 / 1.4828) according to the PN-EN 10088 standard, in which 6 square holes with a diameter of 61 mm have been cut out .

Stal X15CrNiSi20-12 to stal nierdzewna żaroodporna stosowana w budowie kotłów i elementów konstrukcyjnych pracujących w wysokich temperaturach.X15CrNiSi20-12 steel is a heat-resistant stainless steel used in the construction of boilers and structural elements operating at high temperatures.

Następnie w otworach umieszczono rury o średnicy Φ 60,3 mm i grubości ścianki t2 = 2 mm, wykonane z tego samego gatunku stali. Rura została wysunięta w stosunku do powierzchni płyty sitowej o 3 mm, i tworzą złącze teowe. Odstęp między płytą sitową a rurą wynosi g = 0,35 mm.Then, pipes with a diameter of Φ 60.3 mm and a wall thickness of t2 = 2 mm, made of the same steel grade, were placed in the holes. The pipe has been extended in relation to the surface of the sieve plate by 3 mm, and they form a T-joint. The gap between the sieve plate and the tube is g = 0.35 mm.

Spawanie hybrydowe realizowano z wykorzystaniem lasera dyskowego o długości fali 1064 nm i mocy 12 kW. Proces spawania prowadzono z wykorzystaniem światłowodu o średnicy 0 = 400 pm i optyką głowicy hybrydowej, gdzie długość ogniskowej soczewki kolimatora f_c = 200 mm, a długość ogniskowej soczewki skupiającej f_og = 400 mm, co pozwala uzyskać wiązkę lasera o średnicy ogniska 0,8 mm.Hybrid welding was carried out using a disk laser with a wavelength of 1064 nm and a power of 12 kW. The welding process was carried out using an optical fiber with a diameter of 0 = 400 pm and hybrid head optics, where the focal length of the collimator lens f _c = 200 mm, and the focal length of the focusing lens f _og = 400 mm, which allows to obtain a laser beam with a focal diameter of 0.8 mm.

Proces spawania hybrydowego realizowano na dwa sposoby :The hybrid welding process was carried out in two ways:

- z niepełnym przetopem - wykonanym zgodnie z parametrami podanymi w Tab. 3, poz. 1, dla płyty sitowej nr 2, zgodnie z którymi uzyskano do celów porównawczych złącze z niepełnym przetopem, czyli złącze ze spoiną pachwinową.- with incomplete penetration - made in accordance with the parameters given in Tab. 3, item 1, for sieve plate No. 2, according to which a joint with incomplete penetration, i.e. a fillet weld joint, was obtained for comparison purposes.

- z pełnym przetopem - wykonanym zgodnie z parametrami podanymi w Tab. 3, poz. 2, dla płyty sitowej nr 3, zgodnie z którymi uzyskano złącze z pełnym przetopem, czyli złącze ze spoiną czołową w złączu teowym, gdzie Tab. 3 przedstawia odpowiednio parametry procesu spawania hybrydowego dla złącza z niepełnym i pełnym przetopem.- with full penetration - made in accordance with the parameters given in Tab. 3, item 2, for sieve plate No. 3, according to which a full penetration joint was obtained, i.e. a joint with a butt weld in a T-joint, where Tab. 3 presents the parameters of the hybrid welding process for a half- and full-thrust joint, respectively.

Tab. 3Tab. 3

Nr próbki sample no P [W] P [W] Vs[m/m in] Vs[m/m in] v_d[m/mi n] _vd [m/min] I [A] I [A] U M AT m Kor. U[V] Cor. U[V] f [mm] f [mm] a [mm] a [mm] g [mm] g [mm] h [mm] h [mm] Q [kJ/cm] Q [kJ/cm] poz.1 item 1 Płyta sitowa 2 Sieve plate 2 3500 3500 1.5 1.5 5 5 140 140 20 20 3 3 0 0 2 2 0,35 0.35 3 3 2,6 2.6 poz.2 item 2 Płyta sitowa 3 Sieve plate 3 3500 3500 1.2 1.2 5 5 170 170 20 20 3 3 0 0 2 2 0,35 0.35 3 3 2,9 2.9

moc wiązki lasera - P [WJ; prędkość spawania - Vs [m/min]; prędkość podawania drutu - Vd [m/min]; natężenie prądu spawania -1 [A]; napięcie łuku - U [VJ; korekta napięcia luku (nastawa źródła łukowego) - Kor. V [V]; położenie ogniska względem powierzchni spawanych rur - f [mm], odległość między laserem a końcówką drutu elektrodowego — a [mm],odstęp między łączonymi elementami — g [mm],podniesienie rury w stosunku do dna sita h [mm], ilość wprowadzonego ciepła - Q[kJ/mm];laser beam power - P [WJ; welding speed - Vs [m/min]; wire feed speed - Vd [m/min]; welding current -1 [A]; arc voltage - U [VJ; arc voltage correction (arc source setting) - Correct. V [V]; location of the focus in relation to the surface of the welded pipes - f [mm], distance between the laser and the tip of the electrode wire - a [mm], distance between the joined elements - g [mm], pipe lift in relation to the bottom of the sieve h [mm], amount of heat introduced - Q[kJ/mm];

Głowica hybrydowa została umieszczona nad elementem spawanym, następnie cały układ został pochylony o kąt β = 7°, a głowica hybrydowa unieruchomiona. Ruch obrotowy wykonuje wkład rurowy, (element spawany), zamocowany na stole spawalniczym.The hybrid head was placed over the welded element, then the entire system was tilted by the angle β = 7°, and the hybrid head was immobilized. The rotational movement is performed by the tubular insert (welded element), mounted on the welding table.

Rury zestawiono w otworach płyty sitowej i sczepiono ze sobą metodą TIG, przy czym odstępy między łączonymi elementami są zgodne z podanymi w Tab. 3. Odległość wysunięcia rury w odniesieniu do powierzchni płyty sitowej wynosiła h = 3 mm, a odległość między laserem a końcówką drutu elektrodowego wynosiła a = 2 mm.The tubes were put together in the openings of the sieve plate and welded together using the TIG method, with the spacing between the joined elements as given in Tab. 3. The pipe protrusion distance in relation to the sieve plate surface was h = 3 mm, and the distance between the laser and the wire tip of the electrode was a = 2 mm.

Podczas procesu spawania położenie ogniska wiązki laserowej ustawiono na powierzchni blachy (f = 0) w miejscy styku spawanych elementów. Koniec drutu elektrodowego ustawiono w miejscu styku płyty sitowej z rurą.During the welding process, the focus of the laser beam was set on the sheet surface (f = 0) at the point of contact of the welded elements. The end of the electrode wire was placed at the contact between the sieve plate and the pipe.

Dla lasera zastosowano następujące ustawienia: położenie ogniska względem powierzchni spawanych rur f = 0, kąt a pochylenia osi wiązki laserowej do powierzchni spawanych elementów wynosił a = 26°.The following settings were used for the laser: the position of the focus relative to the surface of the welded pipes f = 0, the inclination angle a of the laser beam axis to the surface of the welded elements was a = 26°.

Wstępnie uchwyt palnika metody MAG ustawiono prostopadle do powierzchni spawanych elementów, a następnie pochylenie całego układu tj., wiązki lasera i głowicy hybrydowej ustalono dla wartości kąta β = 7°, (Fig. 10).Initially, the MAG torch holder was set perpendicular to the surface of the welded elements, and then the inclination of the entire system, i.e. the laser beam and the hybrid head, was set for the value of the angle β = 7°, (Fig. 10).

PL 242111 Β1PL 242111 B1

Natomiast uzupełniające spawanie łukowe złącza prowadzi się przez czas podawania do procesu drutu, ustalony przez układ sterująco-monitorujący, a parametry wypełnienia krateru pokazano w Tab. 2.On the other hand, supplementary arc welding of the joint is carried out for the time of feeding the wire to the process, set by the control and monitoring system, and the crater filling parameters are shown in Tab. 2.

Tab. 2Tab. 2

Nr próbki sample no „Crater Time P [s] Crater Time P [s] Vd [m/min] Vd [m/min] Kor. U [V] Cor. U [V] “End Post Flow Time', t|mm] “End Post Flow Time', t|mm] Płyta sitowa 1.2, 3 Sieve plate 1.2, 3 0,1 0.1 5 5 0 0 0,5 0.5

czas wypełnienia krateru - P [s]; prędkość podawania drutu - Vd [m/min]; korekta napięcia luku (nastawa źródła łukowego) - Kor. U [VJ; czas wypływu gazu osłonowego w metodzie MAG po spawaniu - l[s].crater filling time - P [s]; wire feed speed - Vd [m/min]; arc voltage correction (arc source setting) - Correct. U [VJ; shielding gas flow time in the MAG method after welding - l[s].

Złącze z niepełnym przetopem tj. spoina pachwinowa, charakteryzuje się prawidłowo uformowanym licem, bez rozprysków i głębokością wtopienia na poziomie 70%.A joint with incomplete penetration, i.e. a fillet weld, is characterized by a properly formed face, without spatters and a penetration depth of 70%.

W przypadku złącza z pełnym przetopem tj. spoina czołowa w złączu teowym, uzyskano złącze, które cechuje równomierny nadlew, gładkie lico bez rozprysków i z pełnym przetopem na całej długości złącza oraz prawidłowo uformowaną granią.In the case of a joint with full penetration, i.e. a butt weld in a T-joint, a joint was obtained that is characterized by an even riser, a smooth face without spatters and with full penetration along the entire length of the joint and a properly formed root.

Uzyskanie pełnego przetopu zapewnia odpowiednią szczelność układu, eliminuje miejsca powstawania korozji od strony grani. Badania metalograficzne makroskopowe nie wykazały wewnętrznych niezgodności spawalniczych w złączu.Obtaining full penetration ensures adequate tightness of the system, eliminates corrosion formation from the side of the root. Macroscopic metallographic examinations showed no internal welding imperfections in the joint.

Natomiast w przypadku złącza z niepełnym przetopem istnieje prawdopodobieństwo powstawania korozji od strony grani.However, in the case of a joint with incomplete penetration, there is a probability of corrosion from the root side.

Claims

Patent claims

1. A method of connecting pipes with sieve plates, especially made of stainless steel, in which, after the preparation stage, the ends of the pipes are arranged coaxially in the openings of the sieve plates corresponding to the position, and initially joined by tacking, and form a pipe insert, and then circumferentially welded in shielding gas of the joint tubes with sieve plates to form welds, characterized in that

- welding the joint of each pipe (1.) with the surface of the tube plate (2) is carried out in one pass using the hybrid HLAW laser-MAG method at a speed of at least 1 m/min, and a hybrid welding head with a laser with a power of P of at least 3500 is used W and a wavelength of at least 1064 nm, and the electric arc current is at least 140 A with a wire feed speed of at least 5 m/min, moreover, the hybrid welding head, located perpendicular to the welded surface, is non-rotating, while the pipes (1_) and sieve plates (2), as a tubular insert, perform a uniform rotary motion during welding, and from the point where the full circumference of the welded pipe (1.) is closed, hybrid or laser-only, controlled by a control and monitoring system, welding the initial joint over a length of not more than 15% of its circumference length.

2. The method of claim The method of claim 1, characterized in that the supplementary welding of the joint is carried out for the time of blanking the laser beam.

3. The method of claim The method of claim 1, characterized in that the complementary hybrid welding of the joint is carried out for the time of feeding the wire into the process.

4. The method of claim 1 or 2 or 3, characterized in that the axis of the laser beam is inclined to the axis of the MIG/MAG holder (6) at an angle a in the range of 0 + 26°.

5. The method of claim 1 or 2 or 3 or 4, characterized in that in the laser head (5) the focus is located at a height not greater than 2 mm above the surface of the welded elements, and the distance "a" between the end of the electrode wire w and the axis of the laser beam is not more than 3mm.

6. A method of connecting pipes with sieve plates, especially made of stainless steel, in which, after the preparation stage, the ends of the pipes are coaxially arranged in the openings of the sieve plates corresponding to the position, and initially connected by tacking as a pipe insert, and then successively circumferentially welded in shielding gas the pipe joints with sieve plates with the formation of welds, characterized in that

- welding the joint of each pipe (1) with the surface of the tube plate (2) is carried out in one pass using the hybrid HLAW laser-MAG method at a speed of at least 1 m/min, and a hybrid welding head with a laser with a power P of at least 3500 W is used and a wavelength of at least 1064 nm, and the arc current is at least 140 A at a wire feed speed of at least 5 m/min,

- the hybrid welding head is non-rotating, and the axis of the holder (6) of the hybrid welding head is located at an angle β in the range of 5° to 8°, preferably 7° to the pipe surface, while the pipes (1) and sieve plates (1) as an insert tubular, perform uniform rotary motion during welding,

- where from the point where the full circumference of the welded pipe (1) is closed, supplementary welding of the initial joint is carried out in a hybrid or only laser controlled by the control and monitoring system over a length of not more than 15% of its circumference length.

7. The method of claim 6, characterized in that the complementary welding of the joint is carried out for the time of the radiation beam blanking.

8. The method of claim 6, characterized in that the complementary hybrid welding of the joint is carried out for the time of feeding the wire into the process.

9. The method of claim 6 or 7 or 8, characterized in that the axis of the laser beam is inclined to the axis of the MIG/MAG holder (6) at the angle α in the range of 0 + 26°.

10. The method of claim 6 or 7 or 8 or 9, characterized in that in the laser head (5) the focus is located at a height not greater than 2 mm above the surface of the welded elements, and the distance "a" between the end of the electrode wire w and the axis of the laser beam is not more than 3mm.