Nagyméretű acélszerkezetek gyártása nagy falvastagságokkal

Szerzők:

E. Engindeniz, Altleiningen; E. Kaplan; E. Ganioglu; F. Yüksel; N. Bayezid, Istanbul und Gemlik-TR

A 2008. szeptember 17-19-i Drezdai Hegesztés konferencia előadásából

Nagyméretű acélszerkezetek gyártása nagy falvastagságokkal

E. Engindeniz, Altleiningen; E. Kaplan; E. Ganioglu; F. Yüksel; N Bayezid, Istanbul und Gemlik-TR

Teljesítménynövekedés igénye a hatásfok optimalizálásával együtt szükségessé teszi a különleges építőelemeketa nyomástartó edényekben és gyártástechnológiájukban. Hasonlóan érvényes ez a modern acélszerkezeteknél is,ahol a lemezvastagságok a nyomástartó edényekhez hasonlóan 200 mm-ig is terjedhetnek.

A következőkben aktuális projektjeink kiválasztott építőelemeinek (1000 tonnás tömegig) gyártásáról lesz szó.Bemutatjuk Oroszország legnagyobb lakó- és irodaépületének, valamint a Shakhtar Donetsk (Ukrajna) futballstadi-on építésének részleteit. A szokatlan hegesztési eljárások mellett a szállítás és a szerelés logisztikai vonatkozásai-ról is említést teszünk. Bepillantást nyerünk egy törökországi nagyvállalat, a Cimtas üzemi körülményeibe.

1. Bevezetés

A Cimtas vállalatot 35 évvel ezelőtt alapították Török-országban, a legnagyobb építőipari vállalat, az ENKAleányvállalataként. Elsősorban nyomástartó edénye-ket, tárolótartályokat, szélerőművi berendezéseket éskülönböző acélszerkezeteket gyárt. A cég központjaIsztambul Boszporusz európai oldalán helyezkedik el,két gyártóüzeme az ázsiai részen (Gemlikben, Isz-tambultól 100 km-re délre a Márvány tengernél) mű-ködik.2007-ben 47.000 tonna acélt dolgoztak fel. Többekközött számos nyomástartó edényt gyártottak aGasco projekt részére (Egyesült Arab Emirátusok) ésaz LNG Projekt részére (Angola), amelyek építésemég ma is tart. Továbbá nyomástartó edényeket szál-lítanak a Petrofac BG-nek (Tunézia) és a MAN-nak.Hat tartálynál a tartályok egyenkénti tömege valamiveltöbb mint 500 tonna volt. Az egyik, jelenleg is gyártásifázisban lévő tartály tömege az 1000 tonnát is megha-ladja.A következőkben a Cimtas vállalat legutóbbi projektje-it mutatjuk be, ahol az extrém nagy falvastagságúnyomástartó edények mellett acélszerkezetek és acélmagasépületek kiválasztott részegységeiről lesz szó.Ezek az elemek Oroszország jelenlegi legmagasabblakó- és irodaépületeinek (Eurasia Tower, MoscowCity Plot 12) acél elemei, és a Shakhtar Donetsk sta-dionja Ukrajnában. A stadion építésénél felhasználtlemezek egy része 200 mm falvastagság fölötti.

2. A szerkezetek leírása2.1 Eurasia Tower / Moscow City Plot 12

Oroszország jelenleg legmagasabb épülete Moszkvabelvárosában található. A kéttornyú épület 70 emele-tes, 310 méter magas, és további 5 szint épült a föld-szint alatt. A felhőkarcoló irodáknak, lakásoknak, ét-termeknek és egy fittness centrumnak ad otthont. Aföldszint alatti parkolóház 1000 autó befogadásáraképes. Az 1.kép a leendő épületet mutatja 2009. má-jusi elkészülte után.

1.kép: Eurasia Toronyépület Moszkvában (jelenlegépítés alatt) [1]

Az acélszerkezet tömege 26.000 tonnát nyom, azépület hasznos összterülete 200.000 m2. A hegesztettelemek száma eléri a 24.000 darabot. Ebből 21.000tartóoszlop, 2.300 szekrényes tartóoszlop és 700támasztó gerenda. A felhasznált anyagminőségekS355 J2G3 és P 460 NL1, a falvastagság 404 mm atalplemeznél és 220 mm a szekrényes tartóknál.

2.2 FC Shakhtar Donetsk Futballstadion / Uk-rajna

Az ENKA csoport 2006 júniusában kapta az UEFA ésFIFA előírásainak megfelelő stadion építésére szólómegbízást. Még ebben az évben megkezdték az ala-pozást, és 2008. augusztusára határozták meg aszerkezet átadásának időpontját. A 2.kép hatásosanmutatja be a tetőszerkezet különleges formáját, amelya teljes 4.300 tonna acéltömegből ~3.800 tonnát teszki.

3

2.kép: Az FC Shakhtar Donetsk stadion / Ukrajna

A tervezők elképzelése egy harmonikus, alátámasztásnélküli tetőszerkezet volt. Ezt egy 60 méter szélesenfeszített térbeli rácsszerkezettel oldották meg, amiugyanilyen szélesen konzolozott térbeli rácsos tartónfekszik fel.

Amint a 3.képen is látható, a rácsos tartók és a rács-szerkezet egy síkban fekszik. A tetőmagasság 54méter. Az aréna a dél irányban ereszkedő tetővonalá-val illeszkedik a Lenin parkhoz, ahol a tetőmagasságmár 1/3-ával csökken, így jóval több napfény érheti afűvel borított területeket. Ennek viszont az is követ-kezménye, hogy mind a 12 tartókeret különböző mé-retű, és ez jelentős költségnövekedést eredményezetta gyártásban és a szerelésben. A tetőszegmenseketúgy tervezték, hogy a korábbi kőszénfejtésnek kö-szönhető szintkülönbségek kompenzálhatóak legye-nek. A stadion 50.000 férőhelyes, ebből 5000 VIPvendégek részére fenntartva. Az építkezés területe255.000m2, a fedett terület nagysága az emelkedéstis beleszámolva 46.780m2, a stadion összesen 180millió euróba került.A stadion további érdekessége az impozáns 24.000m2 –es üvegfelület. A teljesen körbefutó üveghomlok-zat a részben átlátszó tetőkonstrukcióval és a díszkivi-lágítással együtt ékszer-szerű megjelenést kölcsönözaz épületnek. Az FC Shakhtar bizonyosan kelet-Európa legmodernebb futballstadionjával rendelkezik,és a 2012-es Labdarúgó-Európabajnokság elődöntő-jét is ebben az arénában rendezik meg.

3.kép: A tetőszerkezet a szerelés során(2008. május)

2.3 További példák a nyomástartó edény gyár-tásból

Az erőművek, a vegyipar és az olaj- és gázkitermelők,valamint sok egyéb terület alkalmaz nyomástartóedényeket. Különösen a kőolajipar, valamint az ener-giaipar tartályigénye nőtt meg világszerte. Ezért azENKA csoport a Bechtel vállalattal együtt jelentősenmegnövelte aktivitását ezen a területen.2006-ban és 2007-ben többek között nagyszámú ki-sebb egységet, valamint több száz nyomástartóedényt gyártottak 200 mm-es falvastagságig. Ebből 2példát mutat a 4.kép.

4

1

6

17

18

28

22

Molekuláris víz-telenítő szűrő

CO2 abszorber

Megrendelő Angola LNG

Helység Soyo Angola

Alapanyag SA 516 GR 70N

Üzemi hőm. -29°C

Hossz 19.900mm 48.327mm

Belső-Ø 5.334mm 5.260mm

Falvastagság 197/100mm 162/83mm

Nyomás 78,40 bar 80,50 bar

Hőmérséklet 315,6°C 130°C

Kód ASME Sec VIII Div 2-2004 Ed2006 Add

Szállításisúly

417t 1.000t

4.kép: 2 példa a tartálygyártásból

3. Hegesztési eljárásváltozatok

Az üzemi körülmények és a gyakorlati tapasztalatokfigyelembe vételével a fedett ívű hegesztést választot-ták fő hegesztési eljárásként az előgyártásban, főkénta nagy átmérőknek illetve a geometriának köszönhe-tően.

Gazdaságossági és minőségi megfontolásokból afedett ívű porbeles huzalos eljárás jöhetett számítás-ba, a technológiát 60 mm-es lemezvastagságig 2huzalos tandem technológiával minősítették. Ahogyanaz 5.képen is látható, 4 mm-es bázikus porbeles hu-zallal oldották meg a feladatot, az első 5-6 gyöksortmindkét oldalon 1 huzallal hegesztették.

Alapanyag: SA 516 Gr 70 NPorbeles huzal: TOPCORE 731B / 4,0mmFedőpor: BF 10

Hőkezelés: 630°C / 12h

Sorok: Sorok:1-6 és 18-22 7-17 és 23-28

500-650A 550-650A 500-600A 26-30V 27-28V 31-34V 45-60cm/min 55-70cm/min

Ütőmunka (J)-46°C-on

Varratközép

Sorok: 1-17 Sorok: 18-28

224180190

204,5

134202164

176,5

5.kép: Az fedett ívű porbeles huzalos hegesztés eljá-rás-vizsgálatának technológiai paraméterei és ered-ményei

Köszönhetően bázikus portöltet kémiai reakcióinak, amély beolvadásnak a gyök ellentétes oldalról valókiköszörülésére, vagy faragására nem volt szükség. Aporbeles huzal által biztosított kitűnő nedvesítő hatásés a kiválasztott paraméterek mellett a 4 mm-es orr-

4mm

(44mm

12mm

60mm

35°

60°

DC + DC + AC

22mm

15°

Hegesztési irány

5

magasság esetén is nagy biztonsággal érhető el ateljes átolvadás.Ezzel magyarázható az eljárás sokkal nagyobb gaz-daságossága a tömörhuzalos eljárással szemben,mert a hegesztési mellékidők minimálissá csökken-nek, mivel teljesen elmarad a gyök kimunkálása éshegesztésre való előkészítése, a javítási igény pediga nullához közelít. A kitűnő, minimális selejtfaktornemcsak a megrendelőnél fokozza az üzem irántibizalmat, hanem a cég hírnevét is emeli.

Az extrém nagy lemezvastagságokhoz, amelyeket atartály illetve az acélszerkezet építés során felhasz-náltak a duplahuzalos hegesztési technológiát válasz-tottuk, méghozzá 2 x 2,4 mm-es porbeles huzallal. Asikeres elő kísérletek után, egy további eljárásvizsgá-lat keretében ez az eljárás duplahuzalos tandem rend-szerrel is kipróbálásra került. A 6.képen 197 mm-eslemez (SA 516 Gr 70N) hegesztett kötése látható. Aduplahuzalos tandem eljárás hegesztő kocsija keres-kedelmi forgalomban kapható, azonban a Twinarctandem hegesztőállomást külön be kellett építeni aköltségvetésbe.

: Gyöksor, hegesztőanyag: MEGAFIL 713R;védőgáz: M21, pozíció: Függőlegesen emel-kedő

: A kerámiasín profilja

Hőkezelés: 630°C / 12h

Sorok: Többi sor 1-4

600-650A 800-1000A 700-800A 26-28V 29-32V 33-36V 50-60cm/min 70-90cm/min

1

4

~ 20 sor

~ 120 sor

(167mm)

30mm

197mm

30°

6mm

60°

Gyökoldalikerámiasín

DC + DC + AC ~

20-25mmHegesztési irány

GWSA 516 Gr 70 N

6

6.kép: Eljárásvizsgálat 197 mm-es lemezvastagságúlemezen: fedett ívű Twinarc és fedett ívű Twinarc-Tandem eljárással, hegesztőanyag: 2x2,4mmMEGAFIL 731B (porbeles huzal) fedőpor: BF 10

7.kép: Mobil fedettívű Twinarc tandem hegesztőállo-más, hegesztőanyag: 2,4 mm-es porbeles huzal

A 7.kép egy mobil hegesztőállomást mutat két he-gesztő automatával. Mivel így a két varrat egyszerrekészül, tarthatóak az előírt gyártási tűrések.Ahogyan a képen is látszik, a kereskedelmi forgalom-ban szokásos kéthuzalos kocsit egy „pótkocsival“egészítették ki, amelyik a további két huzal adagolá-sát biztosította. Így volt lehetséges az alkatrészenegyidejűleg 8 tekerccsel, illetve huzallal hegeszteni.

A 8.kép kísérletek eredményeként a hegesztési időtábrázolja különböző fedett ívű hegesztés eljárásválto-zatokkal hegesztett 197 mm-es vastagságú lemezesetén. Az üzemben rendelkezésre álló és részbenalkalmazott eljárás változatokat vizsgálták. Ezzel avizsgálatsorozattal a fedett ívű porbeles huzalos eljá-rások gazdaságosságát jelentősen növelő hatásátakartuk bemutatni.

A hegesztési idő 18,8-20 % között csökken a porbelestechnológia alkalmazása esetén szemben más he-gesztési eljárásokkal. Az üzemi tapasztalatok azon-ban ~30 %-os gyártási költségcsökkenést mutattak, amellék- és előkészítési idők csökkenése révén. A8.képen jelzett hegesztési idők abszolút azonos he-gesztési paraméterek – következésképp azonos telje-sítményadatok – mellett érvényesek, amelyeket agyártás során is alkalmaztunk.

Twin

arc

1 fe

jTw

inar

c 2

feje

s Ta

ndem

Twin

arc

2 fe

jes

Tand

em

7

8.kép: A hegesztési idők összehasonlítása 197 mm-es lemezvastagságú lemezen (6.kép)

A tárgyalt kötésnél a varrattömeg 76,6 kg/m. A varrat-domborulatot átlagosan 2,5 mm-el vettük számításba.A várakozásoknak megfelelően a 4 huzalos fedett ívűTwinarc Tandem hegesztés érte el a legjobb ered-ményt.

A fedett ívű hegesztés mellett kizárólag a porbeleshuzalos eljárást alkalmaztuk. Ahogyan a 6.képen márismertettük, a gyöksor hegesztése rutil portöltetű hu-zallal, kerámia alátéttel függőlegesen felfelé pozíció-ban (PF) történt. Ez a varrat szolgál első lépésben atartály palástelemeinek rögzítésére, valamint későbba fedett ívű hegesztés fürdőbiztosításaként is.

Törökországban a Cimtas vállalatnak van a legtöbbtapasztalata a porbeles huzalok terén, 25 éve hegesz-tenek védőgázos porbeles huzalos eljárással. Amoszkvai toronyépület és a Donetsk stadion elemei-nek gyártásához is zárt csőkeresztmetszetű porbeleshuzalt használtak fel. 2 típusú rutilos (E 71 T1 és E 81T1-Ni1) és egy fémporos huzal (E 70 C-6 M) kerültfelhasználásra.

A 9.kép a védőgázos porbeles technológia gyártó-üzemi alkalmazását mutatja, de a szerelési területenis széles körben bevezették az eljárást.

A további hegesztőeljárások kerültek felhasználásra,az említett elemek gyártása során:

- AVI hegesztés- Csaphegesztés- Lézerhegesztés- Szalagos plattirozás elektrosalakos eljárással- Kézi ívhegesztés bevont elektródával

Az utóbbi csak kis mértékben az építkezésen fordultelő. A tetőelemek vékonyfalú csöveit lézerrel hegesz-tették.

a) Tartóoszlop csatlakozólemezekkel (Eurasia)

b) Tartóoszlop csatlakozólemezekkel (Shakhtar Sta-dion)

9. kép: A csatlakozó felületek előgyártása porbelesMAGM eljárással

4. A szerkezeti elemek szállítása

A helyszínre szállítandó elemek folyamatosan növek-vő tömege nagy kihívást jelentett. A Borusan logiszti-kai szolgáltató cég kikötői berendezéseinek kapacitá-sát az elmúlt 15 hónapban a nyomástartó edényekszállítására folyamatosan fejleszteni és minősítenikellett.A gyártás helyszíne és a kikötő közötti útszakaszhossza körülbelül 3 km, amit több helyen meg kelletterősíteni. A 10. képen egy 500 tonnás (Slug catcherSurge) tartály hajóra rakodása látható. A tartályt szál-lító jármű 31 tengelyes.

8

10.kép: Az 500 tonnás (Slug Catcher Surge) tartályhajóra rakodása a gemliki kikötőben

Jelenleg minden szükséges intézkedés megtételénfáradoznak a kikötőben, hogy az 1000 tonnás CO2abszorber szállítását előkészítsék.

A Shakhtar stadion és a Plot 12 részére gyártott ele-mek maximális tömege ~70 tonna volt.

11.kép: A tetőív daruzása Donetsk-ben

Ahogyan a 11. képen is látszik, az elemek méretük éssúlyuk miatt igen nehezen kezelhetők. A logisztikaiproblémát okozott a folyamat időbeli megszervezése,mert a jegesedés veszélye miatt az elemek szállításacsak április és október között volt lehetséges. A raktá-rozási költségek minimálisra szorítása érdekében abeszerzés és a gyártás ütemezése időben összehan-goltan történt, amit csak tovább nehezített az acélpia-con akkor uralkodó szűk keresztmetszetek.

5. Összefoglalás

A leírtak nagy súlyú és nagy falvastagságú szerkeze-teket és ezek hegesztésénél alkalmazott fedett ívű ésvédőgázos porbeles huzalos eljárásokat mutatta be,kiemelve a porbeles huzalokkal elérhető minőségi ésgazdasági előnyöket.

Irodalom

[1] 50 Years Enka, Engineering For a Better FutureJubiläumsbuch der Firma Enka, August 2007

[2] E. Engindeniz, B. Berg, W. LindenGroßrohrfertigung für Sauergasleitungen ausschweißtechnischer SichtGST 2005, DVS-Bericht 237, S.539-544

Fordította: Pásztor Csaba (Hegpont Kft.)