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Verfahren und Einrichtung zum einseitigen Schweissen von
Blechen oder Rohren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum einseitigen Schweissen von Blechen oder Rohren, u. zw. insbesondere zum Lichtbogenschweissen nach dem Unter-Pulver-Verfahren.
Das einseitige Lichtbogenschweissen bereitet Schwierigkeiten, da die Gefahr von Fehlern In der Wur- ze1schweisslage besteht. Es entstehen häufig laufend mehr oder minder starke Wurzelfehler, Randkerben, Einschnürungen und Tropfenbildungen an der der Schweissstelle gegenüberliegenden, als Wurzel bezeichneten Seite der Schweissnaht und die Folge solcher Fehler sind häufig Nahtrisse. Insbesondere bei Rohren mit kleinem Durchmesser ist die Wurzelschweisslage nicht zugänglich und kann nicht nachgeschweisst werden. Auch bei Rohren grösseren Durchmessers oder bei ebenen Blechen ist ein Nachschweissen der Wurzelschweisslage unerwünscht, da dies einen zusätzlichen Arbeitsgang erfordert.
Man war bemüht, diesen die Nahtqualität stark herabsetzenden Fehlern dadurch zu begegnen, dass man auf der dem Lichtbogen abgewendeten Seite beispielsweise Kupferschienen satt anpresste und diese Kupferschienen durch ein Kühlmittel, beispielsweise durch fliessendes Wasser direkt kühlte. Man versuchte auch Keramikkörper oder pulverförmige Medien an die dem Lichtbogen abgewendete Seite - Nahtunter- seite-anzupressen, um ein Durchbrechen und Ausfliessen des Schweissbades zu vermeiden. Alle diese bekannten Mittel ermöglichen es jedochin der bekannten Anwendungsform der satten Anpressung an der Nahtunterseite und der direkten Kühlung des Anpressungsmittels, beispielsweise der direkt wassergekühlten Cu-Unterlagschiene, nicht, eine einwandfreie Durchschweissung zu erzielen.
Es ist dies auch bei genauerer Betrachtung aller Belange nicht möglich, da beispielsweise das Aneinandeipressen von verschiedenen Medien mit ungleichen Wärmeausdehnungen. zwangsläufig zu starken Spannungen im Bereich des Schweissbades führen muss. Das erstarrende Schweissbad wird durch die verschiedenen Wärmeausdehnungen der an- einandergepressten unterschiedlichen Materialien (Werkstück/Schweissunterlage) einer Spannung ausgesetzt, die zu Rissbildungen in der Schweissnaht führen kann.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, zu verschweissende Bleche oder ein zu verschweissendes Rohr, vor dem Schweissen so zu reinigen, dass ihm keinerlei Verunreinigungen, wie Öl oder andere Schmieremulsionen, Wasser oder sonstige Staubteile, anhaften würden. Diese Verunreinigungen können dann beim Schweissen im angepressten Zustand, (Werkstück/Schweissunterlage) nicht entweichen und müssen zwangsweise durch das flüssige Schweissbad ausdampfen. Dadurch entstehen starke Poren und Porennester.
Andere bekannte Behelfe, die nur ein schmiegsames Anliegen der Schweissunterlage ge am Werkstück vorsehen, welche das Durchfliessen des Schweissbades verhindern soll, können ebenfalls den schweren Anforderungen beim Schweissen nicht gerecht werden, da sie der Wärmearbeit des zu schweissenden Werkstückes nicht Rechnung tragen. Die beim Schweissen auftretende Wärmearbeit und die damit verbundenen Schrumpfungen im Werkstück fühlen unweigerlich zu Warmrissen im Werkstück bzw. in der Schweissnaht.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und das erfindungsgemässe Verfahren besteht nun im wesentlichen darin, dass das Werkstück durch Einspannung in Abstand von der Schweissfuge gegen Verschiebungen quer zur Schweissfuge gesichert und die Schweissfuge in Abstand von der Schweissunterlage gehalten wird, wobei Schweisspulver in den Raum unterhalb der Schweissnaht eingefüllt wird. Durch die Einspannung des Werkstückes und die Sicherung desselben gegen Verschiebungen quer zur Schweissnaht, werden Spannungen in der Schweissnaht, welche zu Schweissrissen führen können, vermieden. Wenn Wärmespannungen auftreten, so wirken diese infolge der Wärmedehnung in Richtung zur Schweissnaht und solche Spannungen bewirken durch Stauchung der Schweissnaht keine Schädigung, sondern eine
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Dadurch, dasswird.
Durch das Einbringen von Schweisspulver unterhalb der Schweissnaht wird dort eine Schutzgasatmosphäre geschaffen und es wird gleichzeitig durch den Dampfdruck des verdampften Schweisspulvers die Schweissnaht unterstützt und eswird einem Austropfen an der Schweissnahtentgegengewirkt. Eshatsichgezeigt, dassinsol- cher Weise durchgeführte Schweissnähte eine grosse Homogenität aufweisen und praktischröntgenreinsind.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist im wesentlichen da-
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richtung beweglich gelagert und indirekt gekühlt ist. Auf diese Weise wird einerseits das Werkstück in einer Lage festgehalten, in welcher sich die Form der Schweissfuge während des Schweissvorganges nicht ver- ändert, so dass die Beanspruchungen, welche zu Nahtrissen führen können, vermieden werden und es wird anderseits eine freie Wärmedehnung der Schweissunterlage ermöglicht, so dass auch von Seiten der Schweissunterlage keine Beanspruchungen auf das Werkstück ausgeübt werden.
Dadurch, dass die Schweissunterlage nicht satt an der Schweissnaht anliegt bzw. durch den Abstand zwischen den Einspannbacken, Schweissunterlage und Schweissnaht wird ein Kanal geschaffen, welcher das Entweichen der verdampften Verunreinigungen ermöglicht, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Verunreinigungen das Schweissbad durchsetzen. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Schweissunterlage von einer zwischen Ein-
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Mehrzahl von anstellbaren Einspannbacken zusammenwirkt.
Es erfolgt somit die Einspannung des Werkstückes unmittelbar zu beiden Seiten neben der Schweissnaht, u. zw. über die ganze Länge derselben, so dass trotz der freien Lage der zu verschweissenden Stossränder, welche die Unterlagsschiene überbrücken,
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verschweissenden Bleche oder Rohre auf eine kleine Breite reduziert sind. Auf diese Weise kann somit der Einfluss einer Wärmedehnung quer zur Schweissnaht weitgehend ausgeschaltet werden und um eine Wärmedehnung in der Längsrichtung der Schweissnaht zuzulassen und das Auftreten von Längsspannungen zu vermeiden, können gemäss der Erfindung die Einspannschienen und die anstellbaren Einspannbacken eine Zahnung mit nur in Richtung der Schweissfuge verlaufenden Zähnen aufweisen, welche vorzugsweise gegen die Schweissfuge hin gerichtet sind.
Durch diese Einspannung in der Querrichtung, welche insbesondere durch die gegen die Schweissnaht zu gerichteten Zähne gesichert ist, wird durch die Wärmedehnung eine über die ganze Nahtlänge gleichmässig Pressung in Richtung der Schweissnaht erreicht, wodurch die Schweissnaht verfestigt wird, während ein Werfen der Schweissnaht in der Längsrichtung dadurch vermieden werden kann,
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Die Einspannschienen können nun querverlaufende Kanäle oder Rillen aufweisen, durch welche der Raum zwischen den Einspannschienen entlüftet ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei grossen Schweissnahtlängen im Mittelbereich der Naht der sich in dem Kanal zwischen den Einspannschienen aufbauende Gasdruck keinen grösseren Wert erreicht, als in den Endbereichen der Naht.
Die Einspannschienen und die Unterlagsschiene können nun auf einem freitragenden Balken angebracht sein, welcher an einem heb-und senkbaren Führungsteil angeordnet ist. Durch die freitragende Anordnung dieses Balkens wird das Aufbringen von Rohren ermöglicht und die heb-und senkbare Einspannung des Balkens erleichtert die Aufbringung schwererer Werkstücke.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert.
Fig. l zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Einspannvorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt nach II-II der Fig. 3 einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Schweissanlage für Rohre oder Bleche. Fig. 3 zeigt einen Schnitt III - III der Fig. 2 bei Verwendung der Anlage zum Rohrschweissen, Fig. 4 entspricht Fig. 3, bei der Verwendung der Anlage zum Schweissen von Blechen. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Fig. 3, bei der aber nur Rohre geschweisst werden können. Fig. 6 eine Möglichkeit der Abstützung des Balkens an der Seite, an welcher der Rohrrohling eÌI1=und das fertige Rohr ausgeführt wird, in Ansicht der Richtung des Pfeiles VI in Fig. 2, Fig. 7 ein hydraulisches Schema für die Betätigung der Einspannhebel.
In Fig. l stellen 1 zu verschweissende Bleche, in diesem Falle bei einem Rohrrohling dar. Die Blechteile 1 werden von mit den anstellbaren Einspannbacken versehenen Einspajanhebelnl 2 aus gehärtetem Stahl an Einspannschienen 3 aus gehärtetem Stahl, welche an dem Balken 4 fixiert sind, gegen Querverschiebung gesichert festgehalten. Zwischen den Einspannschienen 3 liegt Ei-ei längsverschieblich die
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aus einer Cu-Schiene bestehende Schweissunterlage 5. In der Cu-Schiene 5 ist eine Rille 6 zur Aufnahme des Schweisspulvers vorgesehen. Die Schweissfuge 7 liegt auf der Cu-Schiene 5 nicht auf, so dass zwischen der Cu-Schiene 5, den Einspannschienen 3 und den Blechen 1 ein freier Raum geschaffen wird.
Der Balken 4 hat Kastenform und ist durch eine vertikale Wand 8 in zwei Hälften 9,10 geteilt, um Kanäle zur Aufnahme des Kühlwassers zu schaffen. Um die Ausdehnung der zu verschweissenden Bleche in der Längsrichtung zu ermöglichen, sind sowohl an den Einspannschienen 3 als auch an den Einspannhebeln 2 Zähne 11 vorgesehen. Diese Zähne 11 sind zur Schweissfuge hin gerichtet, um eine bessere Sicherheit gegen Querverschiebung zu gewährleisten. Die Einspannschienen 3 weisen, den Raum zwischen Schweissfuge 7 und Cu-Schiene 5 nach aussen verbindende Kanäle 12 auf. Die Schweissfuge 7 kann bis 6 mm ohne Kantenbe- arbeitung (I-Naht) IÖntgenrein verschweisst werden. Ab 6 mm Blechstärke ist eine Anfasung der aussensei- tigen Blechkanten erforderlich.
Die Einspannhebel 2 sind nun mit angeschweissten Schrauben 55 für die Anklemmung von Massekabeln 56 ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass es für die Beruhigung des Lichtbogens von wesentlicher Bedeutung ist, an welcher Stelle der Masseanschluss vorgesehen ist. Es können daher alle Einspannhebel 2 mit solchen Klemmeinrichtungen für Massekabel 56 ausgestattet sein, welche wahlweise verwendet werden können, so dass die Möglichkeit gegeben wird, j e nach der Stärke und der Grösse des Arbeitsstückes die Masseanschlüsse an die jeweils günstigste Stelle zu verlagern. Die Massekabel 56 können dann beispielsweise an die den Rohrenden angreifenden Einspannhebel 2 angeschlossen werden.
Fig. 2 zeigt nun eine Schweissanlage die sowohl für Rohre als auch für Bleche verwendet werden kann
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men J3 sind durch Längsbalkens, 16 unten und 17, 18 oben miteinander verbunden. Die Längsbalken 17, 18 sind freitragend. Am Vertikalrahmen 13'sind Führungsschienen 19 vorgesehen, in denen der frei tragende Balken 4 abgestützt ist. Auf der andern Seite ist der Balken 4 am Abstützrahmen 13 durch einen entfernbaren Querbalken 20 abgestützt. Dieser Querbalken 20 wird bei Einführung des Rohrrohlings oder bei Entfernung des fertigen Rohres entfernt.
Am Vertikalrahmen 13'ist ein Hebel 21 vorgesehen, der an einem Bolzen 22 gelagert ist und über einen Stempel 23 zur Anhebung und Absenkung des Balkens 4 bei schwereren Werkstücken dient, um einen entsprechenden Zwischenraum zwischen den an den oberen Längsbalken 17,18 angeordneten zurückgezogenen Einspannhebeln 2 und auf den abgesenkten Balken 4 befestigten Einspannschienen 3 zu schaffen.
Der Hebel 21 wird von einem hydraulischen Zylinder 24 aus betätigt. Zur eigentlichen Unterstützung dient ein Distanzstück 25, welches mit einem Handgriff 26 versehen ist. und zwischen einer am Balken 4
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der am Vertikalrahmen 13'vorgesehen ist, und nach Anheben des Balkens 4 durch die Anhebevorrichtung 21,22, 23, 24 eingeschoben wird. Die oberen Längsbalken 17,18 weisen einen Querschnitt von der Form zweier an einer Ecke zusammengeschweisster Vierecke 28,29 bzw. 30, 31 auf, wobei die oberen Flächen 32,33 der unteren Vierecke 29,31 bzw. die nach innen gerichteten Flächen 34,35 der oberen Vierecke zur Befestigung der hydraulischen Zylinder 3 6 zur Betätigung der an den nach innen gerichteten Flächen 37,38 der unteren Vierecke 29,31 an Bolzen 39 gelagerten Einspannhebeln 2 dienen. Zum Rückzug der Einspannhebel 2 dienen Rückzugfedern 40.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt der erfindungsgemässen Schweissanlage beim Schweissen von Rohren und Fig. 4 beim Schweissen von Blechen. Die Einspannschienen 3 und die Cu-Schiene 5 können, da für jede der beiden Schweissungen eine entsprechende Formgebung nötig ist, ausgewechselt werden. Für die Abstützung der Bleche sind Rollen 41 vorgesehen.
Fig. 5 zeigt einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt einer leichteren Ausführungsform, welche nur für Rohre mit kleinerem Durchmesser verwendet werden kann. Die oberen Längsträger 17, 18 sind hier tiefer gesetzt und daher schräger gestellt, um eine niedere Bauhöhe zu erreichen. Ausserdem kann bei dieser leichteren Ausführung auf die hydraulische Anhebevorrichtung 21, 22,23, 24 verzichtet werden. Die seitlichen Führungsschienen 19 und der konsolartige Fortsatz 25 sind hier zu einem U-förmigen Halterahmen42 zusammengefasst, in dem der Balken 4 mit seiner Halteplatte 26 hängt.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht nach Pfeil VI in Fig. 2 einer der Fig. 5 entsprechenden Ausführung. 13 stellt den Abstützrahmen dar. Statt des entfernbaren Balkens 20 ist bei der leichteren Ausführungsform eine abschwenkbare Unterstützung 43 vorgesehen, welche auf einer Welle 44 gelagert ist und von einem Handhebel 45 aus betätigt werden kann.
Fig. 7 zeigt das Leitungsschema für die hydraulisch betätigbaren Einspannhebel bei einer Ausfüh- rungsform nach Fig. 2. 46 ist die Zuleitung für den Zylinder 24 zur Anhebung des Balkens 4.47 ist die Hauptleitung für die Pressluft. Nach Einführen des Rohrrohlings l und Abstützung des Balkens 4 wird mm
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der Rohrrohling 1 zuerst an den beiden Enden festgeklemmt, um eine genaue Übereinstimmung der Naht 7 mit der Cu-Schiene 5 und deren Schweisspulverrinne 6 zu gewährleisten. Zu diesem Zweck sind separat betätigbare Zylinder 49, 49', 49a vorgesehen.
Nachdem nun der Balken 4 abgestützt ist, werden nach Festlegung der Breite der Schweissnaht 7, über Ventil 50 die einen Enden und über Ventil 50'die ändern Enden des Rohrrohlings 1 oder der zu verschweissenden Bleche 1. in gewünschter Weise an Balken 4 festge- legt. Mit der dargestellten Anlage können Rohre von zwei verschiedenen Rohrlängen hergestellt werden.
Bei den längeren Rohren erfolgt die Festklemmung des Rohrrohlings über die Zylinder 49, 49' und Veutle 50a, 50'. Nachdem der Rohrrohling 1 in der gewünschten Lage festgeklemmt ist, wird bei kurzen Rohren über Ventil 51, bei langen Rohren über die Ventile 51 und 52 die volle Emspannung des Rohrrohlings erzielt. Die Gesamteinspannkraft kann hiebei etwa 30 t betragen. Von Ventilen 53, 53 " 53a werden nun Zylinder 54, 54', 54a betätigt, welche zur Anpressung der Vorschweissblättchen (nicht dargestellt) dienen.
Diese am Anfang und am Ende der Schweissnaht angeordneten Metallplättchen verlegen Anfang und Ende der Schweissung ausserhalb der Schweissnaht des Werkstückes in die nachher wieder abgetrennten Plättchen, wodurch die Schweissnaht einen durchgehend einwandfreien Verlauf erhält. Zugleich mit der Einspannung des Rohrrohlings wird der in der Anschlusslage verstellbare Masseanschluss zusammen mit den Einspannhebeln 2 automatisch eingeklinkt und dann die Schweissung durchgeführt. Nach Durcbfahrung der Schweissung wird zusammen mit dem Anheben der Einspannhebel'2 auch automatisch der Masseanschluss gelöst, der Balken 4 abgesenkt und das fertige Rohr ausgebracht.
Durch diese Verstellbarkeit des MasseanschlHsMjS wird eine weitgehende Beherrschung der Blaswirkung und damit eine Stabilisierung des Lichtbogens erreicht.
Nach Ausbringen des Rohres wird die Cu-Schiene 5 gereinigt und das Schweisspulver in die Rinne 5 eingestreut, wonach die Maschine für die nächste Schweissung bereit ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum einseitigen Schweissen von Blechen oder Rohren, insbesondere nach dem Unter-Pulver-Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück durch Einspannung in Abstand von der Schweissfuge gegen Verschiebungen quer zur Schweissfuge gesichert und die SchweiBfuge in Abstand von der Schweissunteilage gehalten wird, wobei Schweisspulver in den Raum unterhalb der Schweissnaht eingefüllt wird.