CSŐVEZETÉKEK GÉPESÍTETT HEGESZTÉSE

Átírás

1 CSŐVEZETÉKEK GÉPESÍTETT HEGESZTÉSE Pósalaky Dóra Abstract The most important phase of constructing transporting pipelines is the rootpass welding. It is reasonable to concentrate on this element of the technology during the development process. It would be useful, to develope a new outer rootwelding processe, with gapless joint and without copper washers. Key words: Welding, pipeline welding, rootpass welding. Összefoglalás A csőtávvezetékek fektetésének legfontosabb mozzanata a gyökhegesztés. A ma létező eljárások korlátait tekintve szükségszerű fejlesztésekbe kezdeni. Célszerű lenne egy új hézagmentes illesztésű, rézalátét nélküli, külső gyökhegesztő módszer kidolgozása. Kulcsszavak: Hegesztés, csővezeték hegesztés, gyökhegesztés. 1. Bevezetés Az egyre növekvő energia felhasználás a szállítókapacitás növelése mellett megköveteli a csőtávvezeték létesítési projektek minél hamarabbi megvalósítását és pontos tervezhetőségét. A szállítókapacitás növelése a csővezetékek névleges átmérőjének és falvastagságának növelésével valamint az üzemi nyomás emelésével érhető el, ám a falvastagság növelése költség növekedést eredményez. Ám a falvastagságot se lehet akármeddig növelni a költségek rovására, hiába nő ezzel a szállító kapacitás. Erre a problémára megoldást nyújtanak a modern termomechanikusan kezelt acélok a növelt folyáshatárral és szakítószilárdsággal. A projektek tervezhetősége és határidőzése összetett feladat és nehezen biztosítható, hiszen nem csak az alkalmazott szakember gárdától, technológiától, hanem a környezeti viszonyoktól is függenek, és időjárási, valamint előre nem látható geológiai problémák rendszerint szoktak jelentkezni. A szénhidrogén-szállító vezetékek építésének legfontosabb művelete a hegesztés, melyet vonalhegesztő csoportok végeznek 75-90%-ban a helyszínen, azaz a vezeték fektetés nyomvonalán, talajszint felett. Az ő munkájuk határozza meg az adott projekt megvalósulásának ütemidejét, a vonalihegesztés legkényesebb feladata a gyökhegesztés. [1] Léteznek automatizált gyökhegesztő eljárások, de túlnyomó részben még mindig kézzel gyökölnek. Oldal 1

2 Szükséges egy új hézagmentes illesztésű, külső gyökhegesztési eljárásra, ami kiküszöbölné a gyökhegesztő automaták hátrányait, úgymint, a rézalátét alkalmazása és az átmérő tartomány korlátok. A következő ábra szemlélteti a csőtávvezetékek szokásos hegesztési folyamatát: 1. ábra. A csőtávvezetékek hegesztési alternatíváinak folyamatábrája 2. Hagyományos, részben gépesített gyökhegesztés Ebben az esetben az alkalmazott technológia jellemzően kézi ívhegesztés mind a gyök mind pedig a töltő és takaróvarratok esetében. Ilyen a hagyományos bevont elektródás kézi ívhegesztés (1.1), mely során alkalmazhatunk rutilos elektródát akár PG pozícióban is, de a képződő erősen savas salak hátrányos a varrat kén, foszfor és hidrogén tartalma szempontjából, bázikus bevonatú elektródát, amivel szintén hegeszthetünk PG pozícióban is, de ezzel az elektróda típussal köztudottan nehézkes a hegesztés, valamint alkalmazhatunk cellulóz bevonatú elektródát, amely a legmegfelelőbb gyökhegesztés szempontjából figyelembe véve az előző két típusétól jobb résáthidaló képességét, valamint, hogy PG pozícióban tovább növelhető a termelékenysége nagyobb mennyiségű védőgáz alkalmazásával. A modern kézi ívhegesztő eljárások (1.2), melyek megfelelnek a mai irányelveknek, nagyobb termelékenységgel rendelkeznek, köszönhetően a magasabb gépesítési szintnek, és a szoftver támogatásnak. [2] Az STT (Surface tension Transfer) eljárásváltozat kiválóan alkalmas gyökhegesztésre, lényege a felületi feszültségen alapuló anyagátmenet, jellemzően PG pozícióban hegesztenek vele. A hegesztés során lehetőség nyílik a hegfürdő hűlésének szabályozására a hőbevitelen keresztül, függetlenül a huzalelőtolási sebességtől. A kísérleti hegesztés során gépesített STT eljárással hegesztettük a gyököt illesztési hézag nélkül! A CMT (Cold Metal Transfer) eljárásváltozat alkalmazása mellett alacsony a hőbevitel és a csökkentett rövidzárlati áram mellett is nagyobb a beolvadás, stabilabb az anyagátmenet, másik jellegzetessége a hegesztés különböző szakaszainak megfelelően változó huzalelőtolási irány. Oldal 2

3 Szintén kézi ívhegesztő eljárás a WiseRoot, ami kifejezetten gyökhegesztésre lett fejlesztve, a hegesztő áram és feszültség digitálisan ellenőrzött, így a feszültség görbe és a szabad huzalhossz egyaránt fix, nem változik a hegesztés során és az anyagátmenet két fázisban valósul meg, ezeknek köszönhetően igen stabil ív alakul ki és fröcskölésmentes hegesztés, utómunkák nélkül. Az RMD (Regulated Metal Deposition) lényege a folyamatosan ellenőrzött, speciális impulzus hullámformájú áramerősség és a csökkentett hőbevitel, így mérsékelt a fröcskölés, és elkerülhetőek az utómunkák. A szoftvervezérlés megkönnyíti a vele való hegesztést. Jó résáthidaló képessége és a szabadhuzalhossz változására való pozitív reagálása teszi kifejezetten alkalmassá gyökhegesztésre. A QSet előnye, hogy az áramforráson található QSet gomb megnyomása után már csak egy rövid próba hegesztésre van szükség, mely során a gép automatikusan beállítja az optimális rövidívű anyagátmenetet, amit a hegesztés során végig biztosít változó körülmények mellett is.. A töltő és takaró varratok hegesztése ez esetben történhet hagyományos kézi ívhegesztéssel, cellulóz bevonatú elektródás esővarrat módszerrel (1.3), vagy bázikus elektródával PG pozícióban (1.4). Rapid Arc-al, mely a hagyományos impulzusívű hegesztés korszerűbb változata, a jobb teljesítmény a kisebb hőbevitelen, a nagy hegesztési sebességen és az ívhosszúság szabályozásán keresztül valósul meg. 3. Gépesített gyökhegesztés A körvarratok illesztési hézag nélküli hegesztése termelékeny eljárás, magas a napi varratszám a nagy hegesztési sebességnek köszönhetően. A gyökhegesztést ilyenkor automatával végzik, ennek köszönhető a termelékenység, hiszen a napi varratszámot elsősorban a gyökök száma határozza meg. Belső gyökhegesztés (2.1) esetében a hegesztést egy úgynevezett belső illesztő végzi, amin több hegesztő fej hegeszt egy időben. Nyolc fej esetében egyszerre négy fej dolgozik és először az egyik irányban végzett 45 -os elfordulás révén elkészül a cső egyik felén a gyök, majd a gép visszaáll a kiindulási pozícióba és a másik irányba elfordulva 45 -ot a másik négy hegesztő fej elkészíti a gyököt a cső másik felén. Külső gyökhegesztés (2.2) rézalátéttel történik, ennek az eljárásnak az a hátránya, hogy sok országban tilos a rézalátét alkalmazása. Mindkét esetben a hegesztési pozíció PG. A töltő és takaró varratok hegesztése is automatikus ilyenkor. Ezt a műveletet hegesztő kocsik végzik szintén PG pozícióban (2.3), a kocsik feladata a hegesztési főmozgás megvalósítása, a huzal hozzávezetés és lengetés. A hegesztőkocsik a csőre rögzített sínen mozognak. A hegesztés tömörhuzallal védőgáz atmoszférában történik. A csővégeket a helyszínen esztergálják, speciális élkiképzést hoznak létre és ennek köszönhető a kisebb hegesztőanyag szükséglet. Oldal 3

4 4. Gyökhegesztési kísérlet A kísérlet számára az L 485 MB anyagminőségű alapcsőből eltérő falvastagsággal, azonos átmérőben kétféle próbadarabot készítettünk elő. Az egyik próbatest, a vékonyabb, 10mm-es falvastagságú, olasz, Saipem, rádiuszos leélezéssel készült, míg a másik próbatestet, a 16mm-es falvastagságút, szögletes rézseléssel készítették elő. Az illesztés mindkét esetben hézagmentes és fix volt, mint az automatizált gyökhegesztéseknél. A gyökök a Lincoln Electric által kifejlesztett STT eljárással készültek. A töltő és takaró varratok Rapid Arc technológiával készültek, ez a kísérlet szempontjából ez nem jelent újdonságot. Az alkalmazott elektróda a Lincoln cég által forgalmazott Supra MIG 1,2 tömör huzal volt, a védőgáz pedig C1 gáz a gyökhegesztés esetében, M21 pedig a töltősorok felrakása során. A kísérlet során tapasztalt átlagos hegesztési sebesség: Gyökvarrat STT 1. Töltővarrat RapidArc 2. Töltővarrat Rapid Arc Takaróvarrat RapidArc 1. diagram. Átlagos hegesztési sebesség [mm/min] különböző varrat típusokra vonatkoztatva A próbahegesztés értékelésére végzett anyagvizsgálatok, -úgymint szemrevételezéses vizsgálat, ultrahangos vizsgálat és radiográfiai, izotópos vizsgálat- által feltárt eltérések mind javítható kategóriába estek, így nem csak az eljárás sebessége, de a vele végzett gyökhegesztés minősége is bizakodásra ad okot. A különböző eljárás változatok sebességének szemléltetésére használt diagram kibővítve a kísérlet eredményével: Bázikus elektróda 1000 Cellulóz elektróda Cellulóz elektróda PG pozícióban STT eljárás Kísérleti STT eljárás Rézalátétes külsőgyökhegesztés 0 4 fejes belső gyökhegesztés 2. diagram: Gyökhegesztő eljárások átlagos hegesztési sebessége [mm/min] 5. Összefoglalás A kísérlet eredményei igazolták a próbahegesztéssel szemben támasztott elvárásokat, hiszen az illesztési hézag nélkül megvalósított automatizált STT eljárással készített gyökhegesztés sebessége meghaladta a kézi gyökhegesztések, valamint a hagyományos STT eljárás hegesztési sebességét. Bár a jóval drágább négy fejes belső gyökhegesztés sebességét nem közelíti meg, úgy tűnik némi fejlesztés után képes lenne kiváltani a rézalátéten történő gyökhegesztő eljárást. Ám le kell szögeznem, hogy a kísérlet bíztató eredményei laboratóriumi körülmények között születtek! Oldal 4

5 6. Köszönetnyiolvánítás A cikkben ismertetett kutató munka a TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Irodalom [1] Scsaurszki T.: Csőtávvezetékek gépesített és félig-gépesített hegesztése különös tekintettel az irányított rövidzárlatos gyökhegesztésre, 25. J. H. K., Bp., 2010, oldal [2] Keszthelyi Ferenc: Csőtávvezetékek hegesztése, Műszaki könyvkiadó, Bp., 1982, oldal Pósalaky Dóra Tagszervezet neve: Miskolci Egyetem, Gépészmérnöki és Informatikai Kar, Mechanikai Technológiai Tanszék Cím: 3515, Miskolc-Egyetemváros Telefon / Fax: metpdora@uni-miskolc.hu Oldal 5