Lincoln Electric

Wykonawca stworzył platformę widokową - Grand Canyon Skywalk w oparciu o innowacyjną technologię spawania łukiem krytym.

Zawieszona 4000 stóp (1219 m) nad rzeką Kolorado, nowa platforma w kształcie podkowy wystaje na odległość 65 stóp (19,8 m) poza krawędź urwiska Wielkiego Kanionu, od strony zachodniej. Szklana podłoga i ściany spowodują przyspieszone bicie serca u każdego, kto choć trochę boi się wysokości. Wysokość, jaką pokonałoby się podczas piętnastosekundowego swobodnego spadania na dno kanionu byłaby równa dwukrotnej wysokości najwyższego drapacza chmur na świecie. Jednakże Wielki Kanion nie jest miejscem stworzonym do wznoszenia konstrukcji przypominającej most. W normalny dzień, siła wiatrów może w tym wyjątkowym środowisku dochodzić do 90 mil/ godz. (145 km/godz.).

Przygotowania do złożenia oferty
W celu zabezpieczenia platformy Grand Canyon Skywalk inżynierowie użyli wsporników mocujących ją do skał przy urwisku przy pomocy 94 stalowych prętów wwierconych na głębokość 46 stóp (14 m) w głąb wapienia. Szacuje się, że wytrzyma on obciążenie o wartości 71 miliona funtów (31 950 ton), co równa się mnie więcej ciężarowi 71 w pełni załadowanych samolotów Boeing 747s. Jednak ograniczono maksymalną liczbę osób jednocześnie przebywających na deptaku platformy do 120.

Przed rozpoczęciem projektu w 2004 r. korporacja Mark Steel Corporation z Salt Lake City złożyła ofertę wiedząc, że konkurencja będzie bardzo silna. Jednakże inżynierowie projektujący ciężkie konstrukcje stalowe byli zmuszeni zwiększyć wydajność w ramach wykorzystywanej technologii spawania łukiem krytym tak, aby dotrzymać terminów określonych w napiętym harmonogramie projektu.
Firma Mark Steel korzystała z technologii łuku krytego z wykorzystaniem prądu stałego osiągając typowe wyniki. W czasie prac związanych z projektem Skaywalk Maek Steel -największy producent konstrukcji stalowych w stanie Utah - dowiedział się, że kombinacja dwóch łuków – jednego z prądem zmiennym i jednego z prądem stałym-oparta na technologii PowerWave® AC/DC 1000 firmy Lincoln Electric, może zwiększyć wydajność i umożliwić spawanie ponad miliona funtów (450 000 kg) stali.
Po zaledwie kilku dniach inżynierowie firmy polecieli do światowej siedziby firmy Lincoln Electric w Cleveland (w stanie Ohio), aby zakupić nowy sprzęt do spawania łukiem krytym i odbyć szkolenie w tym zakresie, co pozwoliło im wygrać przetarg na wykonanie platformy Skywalk.

Spawanie konstrukcji
Stalowe mocowania konstrukcji zostały zespawane drutem rdzeniowym przy użyciu Outershield 70 o średnicy 5/64 cala (2,0 mm) oraz Outerscheld 71M o średnicy 1 /16 cala (1,6mm) firmy Lincoln Electric, przy użyciu gazu ochronnego 100% CO2. Grubość stalowych odcinków wynosiła 2 cale (5 cm), długość 8 stóp (2,4 m), szerokość 2,5 stopy (0,76 m), a głębokość 4,5 stopy (1,3 m). Połączone w kotwy o długości 46 stóp (14 m) zostały zalane betonem w celu zabezpieczenia konstrukcji.

Sama główna „podkowa” powstała z dwóch dźwigarów skrzynkowych ze stali węglowej A572 zespawanych pod topnikiem z wykorzystaniem kombinacji drut/topnki Lincoln Electric L61&865. Wykonanie było zgodne z Kodeksem Spawania Konstrukcyjnego AWS D1.1. Grubość odcinków dźwigarów wynosiła 2 cale (5 cm), długość 6 stóp (1,8 m), a szerokość 2,5 stopy (0,76 m). Zostały one dostarczone w odcinkach o długości 40 stóp (12 m) i zmontowane na miejscu.

Podczas spawania dźwigarów skrzynkowych możliwe było zwiększenie wydajności dzięki wykorzystaniu spawania łukiem krytym dwiema elektrodami jedną za drugą. Mając do dyspozycji jeden łuk o prądzie zmiennym i jeden o prądzie stałym, operatorzy korzystali ze sterowania cyfrowymi przyciskami znajdującymi się na kontrolerze Power Feed® 10A, aby ustawić częstotliwość, równowagę i amplitudę fali, w celu uzyskania optymalnej równowagi pomiędzy wtopieniem oraz wydajnością wtapiania. Częstotliwość przebiegu fal można było wyregulować do dowolnej wartości od 10 do 100 Hz. Umożliwiło to operatorom ustalenie maksymalnej wydajności i jakości dla różnych spoin.

"Wystarczy nacisnąć przycisk i możemy zmienić opcję ze spawania jedną elektrodą na spawanie dwiema elektrodami, z DC+ na DC- i mamy także możliwość sterowania układem dwóch elektrod. Pozwala nam to w razie potrzeby na wykorzystanie cieńszych materiałów oraz na szybsze spawanie" – powiedział Darwin Childs, inżynier spawalnik w firmie Mark Steel.

Zainstalowane programowanie umożliwia równoległe działanie przeciwnych łuków, bez wzajemnych zakłóceń. Przełożyło się to na prędkość spawania w granicach 26-28 cali (66 – 71 cm) na minutę. Wydajność wtapiania wzrosła z 28 funtów (12,6 kg) na godzinę, przy pojedynczym łuku i prądzie stałym, do około 55 funtów (24,7 kg) na godzinę, przy wykorzystaniu 5,0 mm drutu i dwóch łukach. Okazało się to szczególnie pomocne w przypadku dłuższych spawów, ciągnących się na długość 38-40 stóp (11,5 – 12,1 m). „Badania ultradźwiękowe wykazały, że stopień wadliwości spoin w projekcie kształtuje się na poziomie niższym niż 2%”- powiedział Tony Noah, przedstawiciel handlowy ds. technicznych firmy Lincoln, który pomógł przedsiębiorstwu Mark Steel w instalacji nowego sprzętu i wdrożeniu nowego procesu. "Nawet wykorzystując dwa jednoczesne łuki zdołano utrzymać doskonały wygląd spoin na każdym spawanym złączu" - dodał Noah.

Redukcja kosztów
Standardowe ukosowanie stosowane przy tych grubościach materiałów wynosi 30 stopni na każdej krawędzi, a łączony kąt ukosowania na łączu 60 stopni. Obecnie, dzięki większemu wtapianiu, zmniejszono ukosowanie do 22,5 stopnia, co daje całkowity kąt 45 stopni. Węższa szczelina pozwoliła zredukować czas przygotowania oraz szlifowania z mniejszą ilością koniecznego stopiwa na milimetr spawu. Ogólnie rzecz biorąc firma Mark Steel zaobserwowała wzrost wydajności o 25 – 30 procent i odpowiednią redukcję kosztów materiałów spawalniczych. Firma zdołała także osiągnąć 10 – 15 procentową redukcję kosztów zużycia energii elektrycznej poprzez użycie inwertorów.

Skywalk
Grand Canyon Skywalk jest obecnie najwyższą wzniesioną przez człowieka konstrukcją na świecie, zbudowaną z ponad miliona funtów (450 000 kg) stali. Został zaprojektowany w taki sposób, że zdoła oprzeć się skutkom odległego o 50 mil (80 km) trzęsienia ziemi o sile 8.0 stopnia. Dźwigary mostu zostały wyposażone w trzy oscylacyjne płyty z grubej blachy stalowej, każda o wadze 3200 funtów (1440 kg), działające jak amortyzatory. Poruszają się one w górę i w dół neutralizując drgania spowodowane ruchem pieszym i powiewami wiatru. Ustawiony na szczycie dźwigarów skrzynkowych chodnik zbudowany jest z termoutwardzonego szkła o grubości 3 cali (7,62 cm).
„Aby dotrzymać krótkiego terminu wykonania, pracownicy firmy Mark Steel spawali dzień i noc. W związku z tym w podjęciu decyzji o wykorzystaniu zupełnie nowego i nieznanego sprzętu kluczowym aspektem była jego niezawodność oraz wsparcie techniczne” zauważył Childs. Podczas produkcji Childs postawił swojego przedstawiciela handlowego firmy Lincoln w stan gotowości przez całą dobę, siedem dni w tygodniu.

Kontrola jakości
"Mieliśmy szczęście, że nie musieliśmy nieustannie wszystkiego pilnować” – powiedział Childs. “Cały czas mieliśmy 10-cio godzinne zmiany, ale jeśli coś się wydarzyło, dobrze było mieć świadomość, że mamy dostęp do oprogramowania diagnostycznego i możliwość monitoringu produkcji Power Wave.”

Jako największy producent konstrukcji stalowych w Utah, firma Mark Steel poważnie podeszła do swojej roli kluczowego gracza w tak prestiżowym przedsięwzięciu. Inżynierowie firmy zdawali sobie sprawę ze znaczenia procesu spawania mocowań i warstwy nośnej tej bijącej rekordy atrakcji turystycznej i musieli być pewni jakości swojej pracy. Mark Steel regularnie wykonuje szeroki zakres robót, w tym także obejmujących zbiorniki na promach, tankowcach, jednostki marynarki wojennej, elektrownie, ciężki sprzęt, maszty/ wysięgniki i łyżki (chwytaki). Childs zauważył, że teraz, gdy projekt związany z budową platformy widokowej Skywalk jest już skończony, firma zacznie coraz częściej korzystać ze sprzętu Power Wave® w innych swoich projektach.

Wyniki
Turyści na tyle odważni, żeby przejść Grand Canyon Skywalk będą zachwyceni niewiarygodnymi widokami oraz docenią niezwykłą technikę wykonania platformy. Jednak osoby zbyt lękliwe, aby zaryzykować przejście przez opisane centrum turystyczne, będą mogły podziwiać tę atrakcję z daleka. Chcesz mieć takie wyniki? Możemy Ci w tym pomóc. Zapytaj firmę Lincoln jak!