201401_PSpaw_1489.pdf 23Przegląd sPawalnictwa 1/2014 technologia wykonania konstrukcji osłony odzawałowej obudowy kopalnianej - przygotowanie do spawania a technology of making a construction   of anti-breaking down mining support - preparation to a welding process  Stre zczenie Omówiono zagadnienia dotyczące produkcji obudowy górniczej, w tym oznaczanie i identyfikację materiałów, przygotowanie detali do spawania, składanie i sczepia- nie oraz kontrolę sczepiania. Przedstawiono wymaga- nia dotyczące jakości powierzchni po cięciu termicznym oraz zasady wykonywania spoin sczepnych czołowych i pachwinowych. Omówiono sczepianie za pomocą pły- tek dobiegowych i wybiegowych oraz za pomocą klamer sczepnych (od strony lica i od strony grani spoiny). Poda- no wymagania dotyczące szerokości szczelin w złączach po sczepianiu. Przedstawiono także zasady prowadzenia kontroli detali po sczepianiu. Słowa kl czowe spawanie, osłona odzawałowa a tract Issues referring to the production of a mining support such as: determining and identifying materials, preparing details to welding, assembling, positioning and controlling were described. All the requirements which refer to the quality of a surface after a thermal cutting and the rules to make positional welds both butt joints and fillet welds were shown. Positioning by run-on and run-off plates and bracing clamps (from the face and the back of weld) was given. Requirements relating to the width of gaps in the joints after positioning were provided. Moreover, the rules of controlling the details after positioning were given. ey word : welding, anti-braking down mining support t p Przedstawiono wytyczne prowadzenia procesu wy- twórczego konstrukcji spawanej obudowy górniczej ze szczególnym uwzględnieniem procesów spawalni- czych takich jak: – cięcie termiczne detali, – ukosowanie za pomocą cięcia termicznego, – prowadzenia procesów sczepiania, montażu i spa- wania konstrukcji, – prowadzenia badań nieniszczących spoin. Zakres zagadnienia obejmuje opis procesu wytwór- czego – od magazynowania materiałów spawalniczych, oznaczania i identyfikacji materiałów podstawowych, przez prawidłowe przygotowanie detali do spawania, składanie i sczepianie poszczególnych elementów wg kart technologicznych montażu, podgrzewanie przed spawaniem, spawanie wg Instrukcji Technologicznych Spawania (WPS) i planów spawania, prowadzenie ba- dań nieniszczących oraz w przypadku wykrytych nie- zgodności wykonywanie napraw. W publikacji omówiono wymagania dotyczące produkcji konstrukcji spawanych, w tym oznaczanie i identyfikację materiałów, przygotowanie detali do spa- wania, składanie i sczepianie oraz kontrolę sczepiania [1÷19]. Jacek Słania Henryk Marcinkiewicz Mariusz Kiełbik r a inż acek Słania pro PCz – Politechnika Częstochowska, mgr inż enryk arcinkiewicz, mgr inż ari z ieł ik – FMG Pioma S.A. Grupa Famur. Autor korespondencyjny/Corresponding author: jacek.slania@is.gliwice.pl 24 Przegląd sPawalnictwa 1/2014 ymagania dotyczące prod kc i kon tr kc i pawanyc znaczenie i identy kac a materiał w Podczas wykonywania konstrukcji spawanych nale- ży ustalić odpowiednią identyfikowalność i system po- twierdzania tożsamości wszystkich materiałów konstruk- cyjnych używanych w trakcie produkcji. System ten ma zapewnić, że tylko skontrolowane materiały właściwego gatunku mogą być przeznaczone do produkcji oraz umoż- liwić w czasie produkcji śledzenie i identyfikowalność materiałów użytych do produkcji, zgodnie z rysunkami i listami materiałowymi (np. wszystkie detale oznakowane markerem na powierzchni), oraz archiwizację dokumen- tacji. Przygotowanie detali do pawania Pierwszą fazą produkcji jest przygotowanie poszcze- gólnych detali. Z uwagi na to, iż konstrukcja osłony to konstrukcja spawana z blach, podstawowym procesem wykonania detali jest cięcie termiczne z blach kształtów zewnętrznych i otworów poszczególnych detali na auto- matach do cięcia. na rysunkach 1 i 2 pokazano tężniki główne i żebra kon- strukcji osłony po operacji cięcia termicznego. Widoczne są wyraźnie wypływki stopionego metalu, zendra oraz żuż- le po cięciu gazowym. następnym etapem procesu technologicznego jest przygotowanie krawędzi do wykonania spoin czołowych – ukosowanie (fazowanie) brzegów detali zgodnie z ry- sunkami konstrukcyjnymi. Operacje ukosowania wyko- nuje się przez cięcie termiczne (najczęściej cięcie ga- zem ziemnym), bądź obróbkę mechaniczną w zależności Ry 1 Tężniki główne po operacji cięcia termicznego ig 1 The main braces after a thermal cutting Ry 2 Żebra po operacji cięcia termicznego ig 2 Ribs after a thermal cutting process Ry 3 Tężniki główne po operacji ukosowania termicznego ig 3 The main braces after a thermal beveling process od złożoności kształtu detalu lub jego wielkości. na ry- sunkach 3 i 4 pokazano wykonane cięciem termicznym fazowania pod spoiny czołowe na tężnikach głównych i nakładkach. W obrębie sfazowania widoczne są wypływki stopionego metalu, zendra oraz żużle po cięciu termicz- nym. Ry 4 nakładki tężników po operacji ukosowania termicznego ig 4 Butt straps of braces after a thermal beveling process Brzegi elementów do wykonania spoin należy ukosować za pomocą cięcia termicznego lub obróbki mechanicznej zgodnie z kształtem podanym w dokumentacji konstrukcyj- nej. Powierzchnie blach i kształtowników przeznaczone do cięcia gazowego powinny być suche, czyste i bez zendry. Przed rozpoczęciem cięcia termicznego blachy powinny mieć co najmniej temperaturę otoczenia panującą na hali, w której będzie prowadzony proces. Powierzchnie po cięciu należy oszlifować do „białego metalu” w celu usunięcia tlenków powstałych przy cięciu i żużla. Wszystkie wióry i opiłki powstałe po obróbce mecha- nicznej muszą być usunięte z konstrukcji. Powierzchnia po cięciu i ukosowaniu brzegów pod spoinę powinna być wol- na od rdzy, wżerów, nadpaleń oraz wierzchołków (ząbków). Ząbki, których wysokość przekracza 0,5 mm, należy szli- fować. Wżery o głębokości ≤1,5 mm należy usunąć przez szlifowanie, natomiast wżery, których głębokość przekra- cza 1,5 mm, napawać. W przypadku operacji napawania należy po oszlifowaniu przeprowadzić badanie napawane- go miejsca metodą magnetyczno-proszkową na obecność przyklejeń i pęknięć. Po operacji cięcia (kształtu i faz) detale poddawane są szlifowaniu wykańczającemu w celu usunięcia zendry, wy- pływek stopionego metalu i żużli po cięciu zarówno na po- wierzchniach płaskich, jak i ukosowanych. na rysunkach 5 i 6 pokazano oszlifowane wykańczająco tężniki główne osłony. Fazy pod spoiny szlifowane są zwy- kle do „białego metalu” w celu uniknięcia ewentualnych nie- zgodności spawalniczych w późniejszych fazach produkcji. 25Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Ry 5 Tężniki po operacji szlifowania ig 5 Braces after a grinding process Ry 6 Tężniki po operacji szlifowania ig 6 Braces after a grinding process Grubość blachy g, mm Grubość spoiny sczepnej as, mm Długość spoiny sczepnej l, mm < 15 3 20÷30 15÷30 4 30÷40 > 30 5 40÷60 ta lica I Wielkość i długość spoin sczepnych w zależności od gru- bości materiału ta le I The size and length of positional welds depending on the thickness of a material Cięcie termiczne gabarytów detali oraz ukosowa- nie do wykonania spoin powinno odbywać się zgodnie z technologicznymi kartami rozkroju. Kąty ukosowania dla spoin czołowych powinny wynosić: – przy spoinach ½V kąt ukosowania 45÷50°; maks. 55°; – przy spoinach V kąt ukosowania 50÷60°. W przypadku spoin czołowych bez pełnego przetopu fazy należy wykonać o min. 2 mm większe od zakłada- nych w dokumentacji, aby zapewnić, że grubości spoin podane na rysunku zostaną dotrzymane. Tak przygotowane detale poddaje się operacji prosto- wania. Prostowanie wykonuje się na prasach hydraulicz- nych o nacisku 100 lub 400 ton w zależności od grubości blach z jakich wykonano poszczególne detale. Po prostowaniu wszystkie detale przed przekazaniem do montażu i ewentualnej obróbki wiórowej poddawane są śrutowaniu w komorze śrutowniczej. Śrutowanie wy- konuje się w celu dokładnego oczyszczenia detali z rdzy, pozostałej zendry, odtłuszczenia i usunięcia pozostałych zanieczyszczeń mogących mieć niekorzystny wpływ na niezgodności spawalnicze. Detale bardziej złożone technologicznie (typu tuleje, uchwyty gwintowane czy zawiesia) wymagające obrób- ki wiórowej przekazywane są na wydział mechanicz- ny w celu koniecznej obróbki mechanicznej, zaś detale z blach przekazywane są na wydział montażowy. Składanie i czepianie Do składania i sczepiania można stosować tylko detale zakwalifikowane przez kontrolę techniczną jako dobre – zgodne z rysunkiem konstrukcyjnym, tzn. takie, których wymiary mieszczą się w granicy tolerancji, a powierzch- nie i krawędzie są wolne od zanieczyszczeń i uszkodzeń. Podczas sczepiania materiałów o różnej wytrzymałości spoiwo należy dobierać do detalu wykonanego ze stali o mniejszej wytrzymałości. Spoiny sczepne powinny być wykonane w ilości nie- zbędnej do prawidłowego ustalenia łączonych części podczas spawania oraz bezpiecznego transportu między- stanowiskowego i obracania elementów. Spoina sczepna powinna charakteryzować się dobrą jakością oraz głębo- kim wtopieniem w materiał. Podczas układania spoin sczepnych należy przyjąć na- stępujące zasady: t = (20÷30)g ≤ 450 mm gdzie: t – podziałka spoin sczepnych, g – grubość cieńszego ele- mentu. Wielkość i długość spoin sczepnych w zależności od grubości materiału przedstawiono w tablicy I. Wszystkie spoiny sczepne muszą być tak wykonane, aby mogły być integralną częścią przyszłej spoiny, nie po- winny mieć pęknięć, kraterów, przyklejeń i porów. Zaleca- ne jest, aby spoiny sczepne wykonywać w pozycji podol- nej (PA) oraz nabocznej (PB). Przy wykonywaniu krótkich spoin sczepnych, napo- in oraz podczas zajarzania łuku, ze względu na bardzo wysoką lokalną temperaturę i małą energię liniową oraz zwiększoną szybkość chłodzenia w strefie wpływu ciepła (SWC) mogą powstać pęknięcia. Pęknięcia te mogą być inicjatorami rozprzestrzeniania się kruchego pękania. Przy grubości powyżej 20 mm niezależnie od sposobu przygotowania brzegów spoiny uzyskuje się maksymalną szybkość chłodzenia. Bardzo duże szybkości chłodzenia powodują krótkie spoiny sczepne i napoiny o długości po- niżej 30 mm, przy czym im krótsza spoina tym intensyw- niejsze chłodzenie SWC [19]. Zaleca się wykonywanie spoin sczepnych o grubości maks. 5 mm i długości min. 50 mm (rys. 7÷9). Spoiny sczepne należy układać od środka elementu sczepnego w kierunku jego brzegów jak pokazano na rysunku 10. Ry 7 Spoina sczepna nieprawidłowa – zbyt krótka, poniżej 30 mm o nadmiernej grubości z kraterem i pęknięciem ig 7 An improper positional weld – too short, less than 30 mm with an excessive thickness with a crater and a fracture 26 Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Ry 8 Spoina sczepna prawidłowa o długości min. 50 mm ig 8 A proper positional weld, minimum 50 mm long Ry 9 Spoiny sczepne – lewa strona nieprawidłowa, prawa strona prawidłowa (dł. min. 50 mm) ig 9 Positional welds – left side improper, right side – proper (mi- nimum 50 mm long) ta lica II Wymiary spoin sczepnych czołowych ta le II Measurements of positional butt joint welds Grubość blach g, mm Grubość spoiny sczepnej as, mm Długość spoiny sczepnej l, mm 4÷12 3÷4 30÷40 powyżej 12 0,33 g (maks. 6) 40÷60 ta lica III Wymiary spoin sczepnych pachwinowych ta le III Measurements of positional fillet welds Grubość nominalna spoiny pachwinowej a, mm Grubość spoiny sczepnej as, mm Długość spoiny sczepnej l, mm 2÷6 2÷3 20÷30 6÷10 3÷4 30÷40 powyżej 10 0,4 g (maks. 6) 40÷60 Ry 11 Kolejność wykonania spoin sczepnych pachwinowych ig 11 An order of making positional fillet welds. W przypadku układania spoin sczepnych z dwóch stron elementu należy układać spoiny na przemian z dwóch stron od środka w kierunku jego końców (rys. 11). Spoiny sczepne wykonywać należy w miejscach łatwo dostęp- nych do wyszlifowania w przypadku ich pęknięcia. Powin- ny one mieć wymiary: poiny czepne czołowe Wymiary spoin sczepnych podano w tablicy II. Kolejność wykonywania spoin sczepnych czołowych przedstawiono na rysunku 10. poiny czepne pac winowe Wymiary spoin sczepnych pachwinowych przedsta- wiono w tablicy III. Kolejność wykonywania spoin czepnych pachwi- nowych przedstawiono na rysunku 11. Przy spoinach przerywanych należy wykonać spoiny sczepne w miej- scach występowania spoin. Sczepianie za pomocą płytek wy iegowyc i do iegowyc Przy wykonywaniu spoin jednostronnych z pełnym przetopem należy stosować sczepianie za pomocą spe- cjalnych klamer. W celu zabezpieczenia właściwej jakości spoin, na jej końcach należy stosować do sczepiania płyt- ki wybiegowe i dobiegowe. Po wykonaniu spoiny sczepne mocujące klamry należy zeszlifować. Spoiny te powinny być wykonane w miejscach umożliwiających ich całkowite wycięcie w przypadku wadliwego wykonania lub pęknię- cia pod wpływem naprężeń. na rysunku 12 przedstawiono sposób sczepiania pły- tek dobiegowych i wybiegowych do wykonania spoin jed- nostronnych z pełnym przetopem. Ry 10 Kolejność wykonania spoin sczepnych – czołowych: L – długość spoin sczepnych, mm; e – odstęp między spoinami sczepnymi (20÷30)g; g – grubość łączonych elementów, mm – max. 450 mm (tabl. I) ig 10 Sequence of positional butt joints welding: L – positional weld length, mm; e – distance between positional welds (20÷30)g, g – the thickness of welded plates, mm; max. 450 mm (tab. I) Ry 12 Sposób sczepiania płytek dobiegowych i wybiegowych dla spoin jednostronnych z pełnym przetopem ig 12 A method of positioning run-on and run-off plates for single – side welds with a complete penetration weld 27Przegląd sPawalnictwa 1/2014 Ry 13 Sposób sczepiania klamer oraz płytek dobiegowych i wy- biegowych dla spoin jednostronnych z pełnym przetopem ig 13 A method of positioning clamps and run-on and run-off plates for single – side welds with a complete penetration weld W tablicy IV podano wymiary płytek wybiegowych i do- biegowych w zależności od grubości elementów łączonych. Sposób ukosowania (przygotowania) płytek wybiego- wych jest identyczny jak w złączu spawanym. Grubość płytek wybiegowych jest taka sama jak grubość materiału spawanego. Sczepianie za pomocą płytek i klamer na rysunku 13 przedstawiono sposób sczepiania za pomocą klamer oraz płytek dobiegowych i wybiegowych do wykonania spoin jednostronnych z pełnym przetopem. Grubość łączonych elementów, mm Wymiary klamry L1, mm L2, mm H1, mm H2, mm Grubość klamry, mm 4÷12 25 85 30 60 8 powyżej 12 40 120 40 80 10 ta lica V Wymiar klamer zakładanych od strony lica spoiny ta le V A measurement of clamps installed on the face of weld lamry zakładane od trony grani poiny na rysunku 15 przedstawiono klamrę do sczepiania za- kładaną od strony grani spoiny. Wymiary klamer zakładanych od strony grani spoiny zamieszczono w tablicy VI. Po wykonaniu spawania klamry należy odszlifować, a miejsca sczepów klamer oszlifować. ta lica VI Wymiary klamer zakładanych od strony grani spoiny ta le VI A measurement of clamps installed on the back of weld Ry 15 Szkic klamry zakładanej od strony grani spoiny ig 15 A sketch of a clamp installed on the back of weld Grubość łączonych elementów, mm Wymiary klamry L mm H mm Grubość klamry, mm 4÷12 80 40 8 powyżej 12 100 05 10 ta lica IV Wymiary płytek wybiegowych i dobiegowych w zależności od grubości elementów łączonych ta le IV Measurements of run-on and run-off plates depending on the thickness of joined elements Grubość elementów łączonych g, mm Długość płytki L, mm Szerokość płytki S, mm 2÷4 30 25 4÷12 40 30 powyżej 12 50 40 lamry zakładane od trony lica poiny na rysunku 14 przedstawiono klamrę do sczepiania za- kładaną od strony lica spoiny. Wymiary klamer zakładanych od strony lica spoiny za- mieszczono w tablicy V. Uwaga: Odległość między klamrami powinna wynosić e = (40 ÷ 50)g, gdzie g – grubość łączonych elementów. Ry 14 Szkic klamry zakładanej od strony lica spoiny ig 14 A sketch of a clamp installed on the face of weld W przypadku powstania wżerów w materiale podsta- wowym należy je zaspawać i ponownie oszlifować. Miej- sca naprawianych ubytków należy sprawdzić metodą ma- gnetyczno–proszkową. Po wykonaniu spoin sczepnych należy je oczyścić, natomiast te z wadami usunąć przed ułożeniem spoin właściwych za pomocą żłobienia elektropowietrznego lub przez szlifowanie. Wszystkie spoiny sczepne powinny być wolne od nie- zgodności typu pęknięcia, pory i kratery. Szeroko zczelin dopa owania Szczelina między detalami przy spoinach pachwinowych może wynosić maks. 1,5 mm (rys. 16a). Przy spoinach czo- łowych bez przetopu (rys. 16b) maksymalny odstęp między detalami może wynosić 2 mm. Zbyt duży odstęp rowka ma być poprawiony przez napawanie zgodnie z kartą techno- logiczną naprawy opracowaną przez nadzór spawalniczy. Przy spoinach pachwinowych należy dążyć do osiągnię- cia szczeliny 0 mm. Przy szczelinach 1,5÷2,0 mm należy zwiększyć wymiar spoiny pachwinowej (a) o 1 mm. 28 Przegląd sPawalnictwa 1/2014 b)a) Ry 16 Szczeliny między detalami: a) przy spoinach pachwino- wych, b) przy spoinach czołowych bez pełnego przetopu ig 16 Gaps between details: a) by fillet welds, b) by butt welds with a partial joint penetration Literat ra [1] Słania J., Marcinkiewicz H., Kiełbik M.: Plan spawania ele- mentu obudowy kopalnianej – osłony odzawałowej. Przegląd Spawalnictwa 2/2012, s. 6–16. [2] Słania J., Urbańczyk P.: Technologia oraz plan spawania ga- zoszczelnych ścian rurowych kotła pyłowego wg normy Pn – En 12952-5. Przegląd Spawalnictwa, 12/2009, s. 19–27. [3] Słania J.: Technologia spawania płyty wsporczej pojazdu gą- sienicowego – dobór parametrów i obliczanie kosztów spawa- nia. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa, 2/2010, s. 52–56. [4] Słania J.: Plan technologiczny spawania płyty gąsienicowej. Przegląd Spawalnictwa, 3/2010, s. 16–25. [5] Słania J., Kaczor T.: Plan spawania zbiornika ciśnieniowego. Przegląd Spawalnictwa, 4/2010, s. 9–18. [6] Słania J., Kwiecień L., Jarosiński J.: Plan spawania kotłów płomienicowo-płomieniówkowych. Przegląd Spawalnictwa, 6/2010, s. 32–40. [7] Słania J., Skóra J.: Plan spawania wymiennika ciepła chłodzo- nego powietrzem. Przegląd Spawalnictwa 2/2011, s. 16–22. [8] Słania J.: Plan spawania carg płaszcza pieca obrotowego. Przegląd Spawalnictwa 2/2011, s. 36–41. [9] Słania J., Wodecki D.: Plan spawania belki poprzecznej dźwi- gu. Przegląd Spawalnictwa 2/2011, s. 30–35. Przy szczelinach większych niż 2 mm, a mniejszych niż 5 mm należy dokonać naprawy przez napawanie, tak aby wielkość szczeliny mieściła się w prawidłowym zakre- sie. Grubość strefy napawania dla spoin czołowych nie może przekraczać 5 mm. Jeżeli szczelina jest większa od 5 mm, to naprawy można dokonać jedynie po uzgod- nieniu z działem spawalniczym. Stan przygotowania do spawania, tj. kształty geometryczne miejsca spawania i stan oczyszczenia powierzchni przed spawaniem powin- ny być skontrolowane przez spawacza oraz bezpośredni nadzór. ontrola dopa owania Kontroler prac spawalniczych ma obowiązek prowa- dzić kontrolę przed przystąpieniem do spawania, w cza- sie procesu i po jego zakończeniu [1÷3, 7÷9, 13÷15, 19]. Obowiązkiem kontrolera jest sprawdzenie wzrokowe i zarejestrowanie dopasowania elementów oraz przygoto- wanie do spawania, identyfikację wad powierzchniowych, zgodności odstępu rowka i geometrii fazowania z proce- durami spawalniczymi (WPS) i tolerancjami ustawienia elementów w linii. Wszyscy kontrolerzy przeprowadzający kontrolę prac spawalniczych, a zwłaszcza prowadzący badania nienisz- czące, muszą posiadać uprawnienia 2 stopnia zgodnie z wymaganiami Pn-En SO 9712, w prowadzonych meto- dach badań. [10] Słania J.: Istota planów spawania. Przegląd Spawalnictwa 2/2011, s. 3–9. [11] Słania J.: Plan spawania napraw bieżących kotłów paro- wych, wodnych i stałych zbiorników ciśnieniowych. Przegląd Spawalnictwa 2/2011, s. 22–30. [12] Słania J., Chomiuk S., Dadak R.: Plan spawania dla kon- strukcji uzupełniającej - trawresy. Przegląd Spawalnictwa 2/2012, s. 3–6. [13] Słania J., Fryc H.: Spawanie pojazdów szynowych - plany spawania. Przegląd Spawalnictwa 2/2012, s. 16–20. [14] Słania J.: Plan spawania stalowej kładki dla pieszych I. Prze- gląd Spawalnictwa 2/2012, s. 20–24. [15] Słania J.: Plan spawania stalowej kładki dla pieszych II. Przegląd Spawalnictwa 2/2012, s. 24–26. [16] Słania J., Urbańczyk P.: Technologia wytwarzania oraz plan kontroli jakości przegrzewacza pary kotła parowego wg Pn- En 12952-5. Przegląd Spawalnictwa 5/2012, s. 29–41. [17] Chromik D., Słania J.: Plan spawania ciśnieniowego zespołu rurowego. Przegląd Spawalnictwa 11/2012, s. 29–32. [18] Balcerzak M., Słania J.: Spawanie zbiornika bezciśnieniowe- go do magazynowania oleju opałowego. Przegląd Spawal- nictwa 11/2012, s. 33–38. [19] Słania J.: Usuwanie odkształceń spawalniczych. Przegląd Spawalnictwa 2/2012, s. 24–26.