RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2695694 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 28.08.2012 12460056.0 (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 30.07.2014 Europejski Biuletyn Patentowy 2014/31 EP 2695694 B1 (13) (51) T3 Int.Cl. B23K 9/02 (2006.01) B23K 9/025 (2006.01) B23K 9/028 (2006.01) B23K 9/16 (2006.01) B23K 26/14 (2014.01) F22B 37/00 (2006.01) F22B 37/10 (2006.01) F22B 37/20 (2006.01) B23K 28/02 (2014.01) (54) Tytuł wynalazku: Sposób spawania elementów dla przemysłu energetycznego, zwłaszcza paneli ścian szczelnych kotłów energetycznych, z zastosowaniem spawania metodą MIG/MAG i laserowego (30) Pierwszeństwo: 13.07.2012 PL 39994712 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 12.02.2014 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2014/07 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 30.01.2015 Wiadomości Urzędu Patentowego 2015/01 (73) Uprawniony z patentu: Energoinstal S.A., Katowice, PL (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2695694 T3 JANUSZ ADAMIEC, Katowice, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Bronisław Andrzej Masłowski KANCELARIA PRAWA PATENTOWEGO AUTORSKIEGO I GOSPODARCZEGO Al. W. Korfantego 83 skr. poczt. 3644 40-160 Katowice Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
Sposób spawania elementów dla przemysłu energetycznego, zwłaszcza paneli ścian szczelnych kotłów energetycznych, z zastosowaniem spawania metodą MIG/MAG i laserowego Przedmiotem wynalazku jest sposób spawania elementów dla przemysłu energetycznego, zwłaszcza paneli ścian szczelnych, w szczególności dla kotłów i wytwornic pary dla przemysłu energetycznego. Obecnie panele ścian szczelnych są spawane za pomocą metody spawania łukiem krytym, a w procesie spawania stosuje się maszyny dwu i czterogłowicowe. Spawanie jest prowadzone pod topnikiem, jako spawanie dwustronne z prędkościami spawania ok. 1 m/min. Z opisu patentowego JP2001334377 jest znany sposób spawania doczołowego z użyciem wiązki lasera, dzięki której czas pracy zostanie skrócony przy zachowaniu wysokiej jakości spawania doczołowego, w którym używane są wiązka lasera i łuk. Zgodnie z ujawnionym rozwiązaniem szczelina (otwór) rozciętej części od strony doprowadzenia energii liniowej jest odpowiednio większa od szczeliny po stronie przeciwnej, a w przekroju poprzecznym tworzy się kształt podobny do Y, gdy blacha jest rozcięta z użyciem gazu lub podobnie. Powierzchnie czołowe od strony energii liniowej przylegają do siebie na styk, jeśli elementy, które mają być spawane są wycięte przy użyciu gazu lub podobnie, a brzegi przylegających do
2/5 siebie elementów tworzą szczelinę w kształcie Y. Powierzchnię brzegową, gdzie szczelina między łączonymi elementami jest większa, napawa się wiązką lasera i łukiem i wykonuje się spawanie doczołowe z użyciem łącznie wiązki promieni lasera i łuku, gdzie plazma indukowana wiązką lasera wprowadza plazmę łukową w dolną część rowka, i jest realizowany głęboki przetop. W opisie patentowym JP7/016475 ujawniono wyposażenie do spawania rury lub wielu rur z płytą stalową. Opisane urządzenie pozwala na umocowanie pojedynczej rury lub kilku rur jednocześnie w kierunku Z i utrzymywanie układu w kierunku X. Rolki podtrzymujące płyty utrzymują płyty między rurami, a płyty między rurami ustawione są w kierunku Z. Układ jest utrzymywany w kierunku X poprzez napęd rolek podtrzymujących działający w kierunku X, a rury i płyty są ustawiane względem siebie w kierunku X. Taki układ zapewnia możliwość osiągnięcia wysokiej jakości spawania i utrzymania dokładnego kształtu bez odchyłek położenia rur i blach. Z kolei z opisu patentowego CN102126088 jest znany połączony proces spawania kompozytowego łukiem elektrycznym i laserem blach teownika złączem na T. Układ zakłada spawanie teownika dwustronnie dwoma palnikami łukowymi i dwoma laserowymi jednocześnie umieszczonymi równoległe po dwóch stronach pionowej ścianki teownika, w którym wiązka lasera jest ustawiona symetrycznie pod kątem 10-50 o do płyty czołowej teownika. Pistolety spawalnicze tworzą z wiązką kąt 25-45 o, a próg spawalniczy złącza ukosowanego dwustronnie wynosi od 2-6 mm. Proces ten jest wykorzystywany do spawania grubych blach na T z ukosowaniem, co rozwiązuje problem niskiej jakości spawania grubych teowników.
3/5 Zgodny z wynalazkiem sposób spawania paneli ścian szczelnych, zwłaszcza kotłów i wytwornic pary dla przemysłu energetycznego, zdefiniowano w zastrzeżeniu 1. W odmianie wykonania będącą opcją spawania laserowego z zimnym lub gorącym drutem, rury tworzące panele ścian szczelnych łączy się z płaskownikami za pomocą wysokoenergetycznego lasera włóknowego, którego wiązkę prowadzi się w jeziorku ciekłego metalu powstającego podczas spawania metodą MAG w osłonie gazów szlachetnych lub bezpośrednio za nim w odległości do 10 mm, w ognisko wiązki laserowej lub w jeziorko spawalnicze wprowadza się drut spawalniczy. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wzrost prędkości spawania powyżej 1 m/min i umożliwia uzyskanie wypukłego lica i grani spoin, natomiast stosunek wysokości spoiny do szerokości płaskownika wynosi, co najmniej 1. W sposobie według wynalazku spawanie jest prowadzone dwustronnie z pełnym przetopem, przez co występujące odkształcenie spawalnicze jest znikomo małe, natomiast strefa wpływu ciepła jest bardzo wąska. W zgodnym z wynalazkiem sposobie spawania brak ograniczeń, co do długości łączonych elementów. Wynalazek jest objaśniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 i fig. 2 przedstawiają schematycznie proces spawania paneli ścian szczelnych odpowiednio z jedną spoiną i z wykonanymi dwoma spoinami pomiędzy rurami i łączącym je płaskownikiem, natomiast fig. 3 i fig. 4 przedstawiają optymalny dobór kątów wiązki lasera i łuku elektrycznego procesu MAG w płaszczyźnie XZ (fig. 3) i w płaszczyźnie YZ (fig. 4), a fig. 5 jest zdjęciem makrozgładu ukazującym spoinę dwustronną wykonaną z wykorzystaniem hybrydowego układu spawania. Panele ze stali S235GH rura 57x5 mm łączy się z płaskownikiem 20x5mm.
4/5 Połączenie wykonano jako doczołowe typu I prowadząc proces spawania z prędkością 4 m/min. Do spawania stosowano metodą MAG w osłonie gazu Ar/CO 2, laser dyskowy o mocy 12 kw i osłonę gazu obojętnego. Jako pierwsze wykonano spawanie w osłonie gazów metodą MAG, kierunkując łuk elektryczny procesu MAG pod kątem 40-80 o w płaszczyźnie XZ oraz w płaszczyźnie YZ pod kątem 40-80 o, po czym spoinę przetopiono wiązką laserową, kierunkując ją pod kątem padania w płaszczyźnie XZ 1-5 o i odpowiednio w płaszczyźnie YZ pod kątem 1-5 o. Na fig. 1 rysunku pokazano dwie sąsiadujące rury 1 panelu ściany szczelnej połączone płaskownikiem 2 z zaznaczeniem usytuowania głowic laserowych 3 i głowic procesu MAG z wykonaną pierwszą spoiną 5 złącza dwustronnego, na fig. 2 pokazano układ jak wyżej z dwoma spoinami 5, 6 złącza dwustronnego. Wzajemne zależności pomiędzy kątami łuku elektrycznego procesu MAG i kątami podania wiązki laserowej w płaszczyznach XZ oraz YZ są zilustrowane na fig. 3 i fig. 4 rysunku. Twardość połączenia nie przekraczała 380HV.
5/5 Zastrzeżenie patentowe 1. Sposób spawania elementów (1, 2) dla przemysłu energetycznego, zwłaszcza paneli ścian szczelnych kotłów energetycznych i wytwornic pary, gdzie rury (1) tworzące panele ścian szczelnych łączy się z płaskownikami (2) za pomocą wysokoenergetycznego lasera włóknowego (3), przy czym spawanie prowadzi się dwustronnie doczołowo typu I bez ukosowania łączonych brzegów, znamienny tym, że spawanie prowadzi się z prędkością powyżej 1 m/min, prowadząc wiązkę laserową w jeziorku ciekłego metalu powstającego podczas spawania metodą MAG (4) w osłonie gazów szlachetnych lub bezpośrednio za nim w odległości do 10 mm, przy czym łuk elektryczny (3) procesu MAG kierunkuje się pod kątem 40-80 o w płaszczyźnie XZ oraz pod kątem 40-80 o w płaszczyźnie YZ, po czym spoinę przetapia się wiązką laserową, kierunkując ją pod kątem padania w płaszczyźnie XZ 1-5 o i odpowiednio w płaszczyźnie YZ pod kątem 1-5 o. 2. Sposób spawania elementów dla przemysłu energetycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że w ognisko wiązki laserowej lub w jeziorko spawalnicze wprowadza się drut spawalniczy.
fig. 1. fig. 2.
fig. 3
fig. 4
fig. 5