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Vorrichtung zur Herstellung von Umfangsnähten zur Verbindung von grossen metallischen Rohrabschnitten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Schweissnähten zwischen aneinanderliegenden Abschnitten grosser rohrförmiger Gegenstände, wie Abschnitten von Pipelines grossen Durchmessers. Die Erfindung soll insbesondere bei der Schweissung von Pipelines an Ort und Stelle, insbesondere für Pipelines mit einem Durchmesser, der grösser als 16" (346 mm), vorzugsweise 24" (610 mm) ist, angewendet werden.
Es wurden bereits verschiedene Versuche gemacht, um Pipelines an Ort und Stelle unter Anwendung von automatisch arbeitenden Vorrichtungen zu schweissen. Im allgemeinen jedoch waren derartige Versuche nicht von Erfolg begleitet. Kürzlich wurde eine solche Vorrichtung erfolgreich angewendet, die zur Herstellung von Umfangsnähten an Ort und Stelle anwendbar war. Diese Vorrichtung erreichte jedoch nicht die gewünschte Wirtschaftlichkeit. Bei einer relativ erfolgreichen bekannten Vorrichtung wurde vor dem Schweissen ein genau dimensionierter Spalt zwischen den Pipelineabschnitten zugerichtet, die in eine Stellung gebracht wurden, in der sie Ende an Ende liegen.
Der Bildung dieses genau einzuhaltenden Spaltes folgt die Schweissung nach. Bei vielen Pipelinearten kann die Schweissung in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden, wodurch die Zeit und auch die Kosten für die Herstellung solcher Schweissungen vermindert werden. Sogar bei dickwandigen Pipelines kann ein Grossteil in einem einzigen Arbeitsgang ausgeführt werden.
Bei der Durchführung der Schweissung bei derartigen Pipelines war es jedoch in der Vergangenheit erforderlich, zunächst einen wesentlichen Teil des Zurichtschrittes, wie z. B. einen Schnitt entlang eines grossen Bogens auszuführen, wonach das Zurichten unterbrochen wurde und die eigentliche Schweissung folgte. Danach wird die Schweissung unterbrochen und ein weiterer Zurichtschritt entlang eines weiteren Umfangsbogens der Pipeline ausgeführt. Dieser weitere Zurichtschritt wird dann wieder unterbrochen und eine weitere Schweissung wird hernach über jenen Teil des Umfanges ausgeführt, der gerade zugerichtet wurde. Die ganze Verschweissung wird somit schrittweise ausgeführt, bis eine vollständige Naht erzielt ist.
Bei der soeben beschriebenen Arbeitsweise ist somit die ganze Vorrichtung zumindest über die Hälfte der gesamten Arbeitszeit nicht in Tätigkeit.
Bei der Verschweissung relativ kleiner Pipelines wird der Zurichtschritt bevorzugt zumindest über den halben Umfang des Rohres ausgeführt. Dies wird insbesondere dann angewendet, wenn nur eine seichte Auskehlung zwischen einander berührenden Rohrenden auszuführen ist. Die zugerichtete Hälfte wird dann verschweisst, worauf dann die andere Hälfte in entgegengesetzter Richtung zugerichtet wird und schliesslich auch die zweite Hälfte verschweisst wird. Diese Arbeitsweise ist befriedigend. Bei Rohren mit grossem Durchmesser beansprucht jedoch der lange Arbeits-oder der Rückbewegungsschritt zwischen den einzelnen Zurich-un Schweissschritten eine grosse Zeitspanne und ist daher unwirtschaftlich.
Es ist daher Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Gesamtzeit vermindert und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden kann, d. h. mittels welcher zumindest einige der Zurich-un
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Schweissschritte, die bisher hintereinander ausgeführt werden mussten, einander überlappend ausgeführt werden können.
Dies wird bei der Vorrichtung zur Herstellung von Umfangsnähten zur Verbindung von grossen, metallischen Rohrabschnitten mit einer Führungsbahn und einem um diese Führungsbahn herum beweglichen Wagen zur Zurichtung und Verschweissung der Rohrabschnitte erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Wagen in Umfangsrichtung bewegbar und in seinem mittleren Teil mit einer Zurichteinrichtung versehen ist, wobei eine Schweissvorrichtung an jedem Ende des Wagens angeordnet ist, so dass das Zurichten und das Verschweissen in jeder Bewegungsrichtung mit jener der Zurichteinrichtung nachlaufenden Schweissvorrichtung ausführbar ist. Zweckmässigerweise kann dabei die Schweissvorrichtung in ihrer relativen Lage zur Zurichteinrichtung verstellbar sein. Die Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist insbesondere bei Rohren von grossem Durchmesser wirkungsvoll.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Querschnittes einer Pipeline, die mit einer demontierbaren Führungsschiene und einer erfindungsgemässen Vorrichtung versehen ist, Fig. 2 ein Zeitdiagramm, für die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäss dem Stand der Technik, die Fig. 3 und 4 schematische Ansichten, aus welchen die gegenseitige Anordnung und die Regulierung der Schneid-und Schweissschritte hervorgeht, um eine Arbeitsweise erzielen zu können, die dem in Fig. 2 gezeigten Zeitdiagramm entspricht, die Fig. 5 und 6 weitere Verfahrensschritte, um die Arbeit zu vollenden, die in einer in den Fig. 3 und 4 dargestellten Weise begonnen wurde, Fig.
7 ein weiteres Zeitdiagramm für die erfindungsgemässe Vorrichtung wobei sich einige der aktiven Arbeitsschritte überlappen und eine Verminderung der Gesamtzeit erzielt wird, selbst wenn zwischen andern Arbeitsschritten eine gewisse Totzeit vorhanden ist, Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Systems bei dem eine Schneideinrichtung zur Anwendung kommt, die im wesentlichen in der Mitte zwischen zwei Schweisseinrichtungen am gleichen Träger angeordnet ist, um nach beiden Richtungen arbeiten zu können, wobei die mit diesem System mögliche Taktfolge dem Zeitdiagramm von Fig. 7 entspricht, Fig. 9 eine andere Taktfolge, bei der die gleiche Einrichtung wie in Fig. 8 verwendet wird, und Fig.
10 die Überlappung zwischen einzelnen Arbeitsschritten, wodurch Totzeiten vermieden werden und eine weitere Verminderung der Gesamtzeit für die Herstellung einer kompletten Schweissnaht erzielbar ist.
In Fig. 1 ist eine Ansicht eines Rohrquerschnittes--11--ersichtlich, der von einer Ringführung --13-- umgeben ist, die aus mehreren Segmenten--14 und 15--besteht, die um ein Schwenklager - relativ zueinander bewegbar sind. Die einander gegenüberliegenden Enden der Segmente können bei --17-- gegeneinander verriegelt werden, um die Führung am Rohr festzuhalten. Weiters sind noch Spann-und Halteeinrichtungen vorgesehen, die jedoch nicht dargestellt sind.
Die Einrichtung wird auf der Pipeline--11--im vorbestimmten Abstand vom Ort der herzustellenden Schweissnaht angeordnet. Die Einrichtung dient dazu, die Bewegung eines Wagens --21- entlang der Führung und des Umfanges der Pipeline zu ermöglichen. Der Wagen ist mit einem umkehrbare Eigenantrieb ausgestattet, so dass er sich entlang des Umfanges in beiden Umlaufrichtungen bewegen kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht der Wagen aus einem Rahmen--23--, der mit Führungsrollen--25, 27--, einem Antriebsrad oder Getriebe - und einem mit dem Antriebsrad verbundenen Antriebsmotor --31-- versehen ist. Im
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angetrieben, um ihre Achse --33-- umlaufen kann.
Ein Schild--37-dient als Abdeckung oder Schutz für das Rad und ist konzentrisch zum Rad angeordnet. Alle diese Teile werden von einem Schwenkarm--39--getragen, der an einem Schwenklager--41--angelenkt ist, das am Rahmen --23-- befestigt ist. Auf diese Weise kann die Schneidscheibe in Richtung auf das Rohr oder vom Rohr weg, bei jeder beliebigen Stellung des Wagens geschwenkt werden.
An jedem Ende des Wagens--21--ist ein Schweisskopf-45. 51-- angeordnet. Den Schweissköpfen kann in üblicher Weise Schweissdraht od. dgl. zugeführt werden. Der Schweisskopf --45-- zur Rechten, wird von einem Draht gespeist, der auf einer Rolle --47-- aufgewickelt ist, die bei --49-- drehbar im Rahmen --23-- gelagert ist und der Schneideinrichtung nachfolgt, wenn sich der Wagen entgegengesetzt dem Sinne des Uhrzeigers um die Rohrachse bewegt. In ähnlicher Weise
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um die Achse der Pipeline im Sinne des Uhrzeigers nach.
Die Führungsbahn --13-- kann nach Lösen der Verbindung --17-- und Auseinanderschwenken der relativ zueinander beweglichen Abschnitte--14 und 15--von der
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Pipeline entfernt werden. Der Wagen kann ebenfalls von der Führung abmontiert werden.
Nunmehr wird auf Fig. 2 bis 6 Bezug genommen. Wenn ein Schweisskopf und eine Schneideinrichtung entsprechend dem bisherigen Stand der Technik auf einem Durchmesser einander gegenüberliegend angeordnet sind, so müssten entweder getrennte Wagen für eine Schneideinrichtung und eine Schweisseinrichtung oder aber ein Wagen verwendet werden, der sich über mindestens 1800 entlang des Umfanges der Pipeline erstreckt.
Unter der Annahme, dass zuerst der Schneidschritt über einen Winkelbereich von 1800 ausgeführt wird (Fig. 3), müsste sich somit am Ende des Schneidschrittes die Schweisseinrichtung im wesentlichen in einer solchen Stellung befinden, dass sie ihre Arbeit längs des neugeschnittenen Teiles des Rohrumfanges beginnen kann. Mit einer genauen Regelung ist es möglich, den Schneidvorgang bei einer Winkelstellung von 1800 gerechnet vom Scheitel des Rohres zu unterbrechen und gleichzeitig mit der Schweissung zu beginnen (Fig. 4). Nach Vollendung der sich über 1800 erstreckenden Schweissung, befindet sich die Schneideinrichtung, die sich leer entlang der Verbindung bewegt hat, wieder am Scheitel des Rohres (Fig. 5).
Die Bewegungsrichtung wird nun umgekehrt, um den Schnitt vom Scheitel des Rohres ausgehend, entgegengesetzt zum Drehsinn des Uhrzeigers auszuführen (Fig. 5). Die Schweisseinrichtung bewegt sich hiebei leer in Richtung auf den Scheitel des Rohres zu, solange sich die Schneideinrichtung gegen den Boden des Rohres bewegt. Zuletzt wird die Schweissung in einer zum Drehsinn des Uhrzeigers entgegengesetzten Richtung vom Scheitel zum Boden des Rohres ausgeführt (Fig. 6). Die Taktfolge ist --A, B, C und D--gemäss Fig. 2. Wenn jeder dieser Verfahrensschritte je nach Grösse des Rohres ungefähr 0, 85 Zeiteinheiten beansprucht, so beträgt die Gesamtzeit für den ganzen Prozess ungefähr 3, 4 Zeiteinheiten. Die Zeiteinheiten können in Minuten angegeben werden und variieren je nach Grösse der Pipeline.
Es wird angestrebt, im Hinblick auf die Wirkung der Schwerkraft, des Metallflusses, der Kapillarkräfte und der im engen Schweissspalt auftretenden Oberflächenspannung die Schweissung bevorzugt vom Scheitel zur Sohle des Rohres, nicht jedoch umgekehrt auszuführen. Dies macht es erforderlich, unbeschadet anderer Erwägungen, den Vorgang so zu planen, dass die Schweissung immer in der bevorzugten Richtung ablaufen kann.
Obwohl die in den Fig. 2 bis 6 veranschaulichte Vorrichtung sehr wirtschaftlich arbeitet, da nur geringe, oder überhaupt keine Totzeiten während des Ablaufes des gesamten Schweissvorganges auftreten, ist sie doch nur für jene Fälle geeignet, wo es möglich ist, die Schneideinrichtung und den Schweisskopf um ungefähr 1800 voneinander entfernt anzuordnen. Dies ist jedoch manchmal umständlich oder bedarf der Verwendung unerwünscht schwerer und umfangreicher Vorrichtungen.
In Fig. 7 ist ein Zeitplan veranschaulicht, der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Fig. 1 realisiert werden kann und der eine weitere Zeitersparnis ermöglicht ; dabei wird zunächst ein erster Schritt im Uhrzeigersinn vom Scheitel zur Sohle, beginnend zur Zeit 0 ausgeführt, worauf kurz danach die Schweissung (am Scheitel, Fig. 8) einsetzt. Nachdem der Schnitt über eine gewisse Entfernung, wie dies durch die Linie --61-- in Fig. 8 angegeben ist, ausgeführt wurde, wird die Schweissung fortgesetzt, wie dies durch das Zeitintervall zwischen den Punkten --A'und B'-- in Fig. 7 dargestellt ist. Der bis zur Sohle führende Schnitt ist bei ungefähr 0, 85 Zeiteinheiten vollendet, und die Schweissung der ersten Hälfte ist bei ungefähr 1, 12 Zeiteinheiten abgeschlossen.
Zu diesem Zeitpunkt hat die Schneideinrichtung ungefähr die in unterbrochenen Linien--63--eingetragene Stellung (Fig. 8) erreicht und muss sich die restliche Entfernung bis zum Scheitel des Rohres weiterbewegen, ehe mit einem neuen Schnitt begonnen werden kann.
Es tritt daher eine Totzeit bis zum Punkt--C'--auf, der bei ungefähr 1, 69 Zeiteinheiten erreicht wird. Die Bewegungsrichtung wird umgekehrt und die Schneideinrichtung arbeitet nunmehr in einer zur Bewegungsrichtung des Uhrzeigers entgegengesetzten Richtung, wobei die Schweisseinrichtung nachfolgt, die bei Punkt--D'--zu arbeiten beginnt. Der Gesamtvorgang ist in ungefähr 2, 8 Zeiteinheiten beendet. Auf diese Weise wird im Vergleich zu Fig. 2 eine wesentliche Verminderung der Zeit erreicht, wobei es lediglich erforderlich ist, die erfindungsgemässe Vorrichtung zu verwenden, die einen Wagen besitzt, bei welchem der Schneideinrichtung in jeder Bewegungsrichtung ein Schweisskopf nachfolgt.
Gemäss Fig. 9 ist die gegenseitige Stellung der Teile bei der Vollendung der ersten Hälfte des Prozesses bzw. am Beginn der zweiten Hälfte des Prozesses in unterbrochenen bzw. durchgehenden Linien eingetragen. Der Schweisskopf--Wi--hat die erste Hälfte der Schweissung vollendet. Der Kopf--W2- bewegt sich in eine Stellung zur Rechten des Scheitels, um die Schweissung der linken Hälfte der Verbindung im Gegenuhrzeigersinn ausführen zu können.
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Fig. 10 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung, die es ermöglicht, Totzeiten beim Instellungbringen der Schneideinrichtung und der Schweisseinrichtung für die Durchführung der zweiten Hälfte des Prozesses zu vermeiden. Dies macht die Verwendung einer Einrichtung erforderlich, bei welcher die gegenseitige Lage zwischen der Schweisseinrichtung und der Schneideinrichtung entlang des Umfanges verstellt werden kann. Mit dieser Einrichtung wird mit dem Schnitt zur Zeit--A2, mit der Schweissung zur Zeit--B--begonnen. Die zweite Hälfte des
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Mit dieser modifizierten Einrichtung kann die Gesamtzeit auf ungefähr 2, 4 Zeiteinheiten herabgesetzt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht nur auf das Verschweissen von Pipelines gerichtet ist, sondern auch auf die Verschweissung anderer rohrförmiger Konstruktionselemente von grossem Durchmesser angewendet werden kann, u. zw. unabhängig, ob sie in Pipelines, oder in andern Einrichtungen eingebaut sind. Solcherart kann auch die Verschweissung von Abschnitten zylindrischer Tanks ud. dgl. ausgeführt werden.
Schliesslich sei noch darauf hingewiesen, dass zur Herstellung des genauen engen, für die Ausführung einer Schweissung in einem einzigen Arbeitsgang erforderlichen Spaltes auch andere Verfahren als das besonders erwähnte Schneiden angewendet werden können. Weiters sei darauf hingewiesen, dass, obzwar die Durchführung der Schweissung in einem einzigen Arbeitsgang bevorzugt ist, die erfindungsgemässe Vorrichtung selbstverständlich auch zur Herstellung von Verschweissungen angewendet werden kann, bei welchen zusätzliche Fülloperationen erforderlich sein können.
Beispielsweise können bei üblichen 7 mm starken Rohrwandungen hohe Qualitäten erreicht werden, auch wenn die Schweissung in nur einem einzigen Arbeitsgang vollendet wird. Mit zunehmender Wandstärke wird die Herstellung einer Naht in einem einzigen Arbeitsgang zunehmend schwieriger und bei Wandstärken ab zirka 9, 5 mm kann ein zusätzlicher Arbeitsgang zum Füllen der Naht erforderlich werden. Bei andern Materialien kann auch die Durchführung weiterer Arbeitsgänge erforderlich werden.
PATENTANSPRÜCHE :
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Wagen (21) in Umfangsrichtung bewegbar und in seinem mittleren Teil mit einer Zurichteinrichtung (32-41) versehen ist, wobei eine Schweissvorrichtung (45, 51) an jedem Ende des Wagens (21) angeordnet ist, so dass das Zurichten und das Verschweissen in jeder Bewegungsrichtung mit jener der Zurichteinrichtung nachlaufenden Schweissvorrichtung ausführbar ist.
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