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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweissen zweier Metallstücke, welches vor allem für das automatische Rohrverbindungsschweissen nach dem WIG-System bestimmt ist.
Bei der Herstellung von automatischen Schweissverbindungen zwischen Rohren kleiner und mittlerer
Dimensionen, sowohl für Stumpfnaht- als auch für Rohreinschweissungen, sind folgende Gesichtspunkte anzustreben :
1. Sicherung der gesamten Schweissnahtzone durch Schutzgasabdeckung gegen den Einfluss der
Atmosphäre,
2. Erzielung eines maximalen Einbrandes und
3. Verbesserung der chemischen Zusammensetzung des Schweissgutes durch Zumischung von
Zusatzwerkstoffen.
Für die Herstellung von Stumpfschweissnähten ergibt sich das zusätzliche Problem, bei Rohren in horizontaler Zwangslage den Einbrand an die Nahtwurzel so zu steuern, dass die Wurzelkanten einwandfrei verschmolzen sind, ohne dass das Abfliessen des Schweissgutes durch die Schwerkraft zu hohlen oder durchhängenden Nahtwurzeln führt. Zur Lösung dieser Probleme wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen. So werden bei in der Produktion eingesetzten automatischen Schweissverfahren die ganzen Nahtzonen durch einen abgedeckten Raum umgeben, um das Eindringen der Atmosphäre zu verhindern, und um bei empfindlichen
Werkstoffen, wie rostfreien Stählen, Titan und Tantal, auch den Einfluss der Atmosphäre auf eine bereits erstarrte Schweissnaht auszuschalten.
Zur Erhöhung des Einbrandes wird pulsierender Strom oder intermittierende Bewegung der
Wolframstiftelektrode angewandt. Spezielle Nahtvorbereitungen und Durchführung einer mehrlagigen Schweissung mit Zusatzmaterial ermöglichen die Beherrschung grosser Wandstärken. Einlegeringe, sowohl bei der Stumpfnaht- als auch bei der Rohreinschweissung in Rohrplatten, erleichtern die Beherrschung der Nahtwurzel und geben die
Möglichkeit, auch bei der WIG-Schweissung ohne Zusatzdraht, in gewissen Grenzen eine Legierungsveränderung des Schweissgutes zu erzielen.
Die aufgezeigten Möglichkeiten wurden jedoch bisher nicht gleichzeitig angewandt, da z. B. ein gegen den
Zutritt der äusseren Atmosphäre abgesicherter Schutzgasraum, der die ganze Schweissnaht erfasst, die Zuführung von Zusatzmaterial in Drahtform technisch äusserst schwierig, wenn nicht unmöglich macht.
Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, dass bei automatischen WIG-Schweissnähten ohne Zusatzmaterial Schweissnähte, die auch frei von mikroskopisch kleinen Defekten sind, nur erzielt werden können, wenn auch der Nahtgrund durch Ermöglichung des Zutrittes von Schutzgas auf die Rückseite der Schweissnaht vor der Atmosphäre geschützt ist. Dies kann durch die Anwendung eines erweiterten Hohlraumes bei der automatischen Einschweissung von Rohren in Rohrplatten auf der Plattenvorderseite oder durch Anbringung von Kerben an den zu verbindenden Teilen, die den Zutritt des Schutzgases auf die Nahtrückseite ermöglichen, erreicht werden. Eine periodische Vergrösserung und Verkleinerung des dadurch entstehenden Nahtspaltes bringt gleichzeitig den Effekt mit sich, dass der Schweissvorgang an den Spaltstellen eine einwandfreie Durchschweissung erzielt.
Die darauf folgenden Verengungsstellen verhindern, dass durch einen Wärmestau eine zu grosse Aufschmelzung erfolgt. Der Effekt der intermittierenden und pulsierenden Wärmezufuhr kann auf diese Weise auch durch besondere Nahtvorbereitung erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, in die Nahtfuge Zusatzmaterial in Form eines Streifens einzulegen, der erfindungsgemäss mit Oberflächenunebenheiten versehen ist, so dass an den Stossstellen mit den Werkstücken in Abständen voneinander liegende Durchlässe entstehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen Ausführungsbeispiele der Einlegestreifen dargestellt sind. Es zeigen Fig. l die Verbindung zweier Rohre mit einem Einlegestreifen gleichmässiger Dicke, Fig. 2 einen Teil des Streifens in schaubildlicher Darstellung, Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Einlegestreifens von ungleichmässiger Dicke für das Stumpfschweissen zweier Rohre und die Fig. 4 und 5 zwei Ausführungsformen des Einlegestreifens mit gleichmässiger bzw. ungleichmässiger Dicke für das Einschweissen von Rohren in Rohrplatten.
In Fig. l bezeichnen--l und 2--die beiden zu verschweissenden Rohre, deren Spalt oder Nahtfuge --3-- eine Breite s hat. In der Nahtfuge ist ein Streifen--4--eingelegt, welcher erfindungsgemäss so geformt sein muss, dass er die Stossstellen der zu verbindenden Werkstücke, im vorliegenden Falle somit die Stirnseiten der Rohre --1, 2-- nur an einzelnen Stellen berührt, die in Abständen in Millimetergrössenordnung gelegen sind, wobei zwischen den Stossstellen durchgehende Kanäle oder Zwischenräume--5--entstehen müssen. Die zu diesem Ziele führenden Oberflächenunebenheiten können auf verschiedene Art erzielt werden, wobei die dünnste Wandstärke d naturgemäss kleiner als die Grösse s des Spaltes zwischen den beiden Werkstücken ist.
Dies kann bewirkt werden, z. B. durch Verwendung von Bändern oder Ringen gleicher Wandstärke, die in Wellenform gepresst sind (Fig. l und 2) oder durch Bänder, die durch einen intermittierenden Pressvorgang in regelmässigen Abständen stellenweise auf mindestens die Hälfte der Ausgangswandstärke gestreckt werden (Fig. 3). Werden diese Streifen oder Ringe in eine erweiterte Nahtfuge--3--eingelegt, so distanzieren oder zentrieren sie an den Berührungspunkten die zu verbindenden Werkstücke, gestatten aber in den Zwischenräumen --5-- einerseits den Durchtritt des Schutzgases zur Nahtrückseite und ermöglichen
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andererseits eine erhöhte Aufschmelztiefe bei verringerter Aufschmelzbreite.
Der Abstand, mit dem die zu verschweissenden Werkstücke voneinander gehalten werden, ist vorzugsweise mindestens doppelt so gross, wie die kleinste Dicke des Einlegestreifens. Die Auswahl der Legierung dieser Streifen oder Ringe gestattet es, in bekannter Weise die Zusammensetzung des Schweissgutes und damit seine Härte und seine Freiheit von Poren oder anderen Nahtdefekten wesentlich zu verbessern. Die Nahtvorbereitung bei der automatischen Stumpfnahtschweissung wird dadurch sehr einfach, es genügt, in den für das Verfahren anwendbaren Wandstärken die Rohrkanten senkrecht abzuschneiden und auf den zulässigen gemeinsamen Innendurchmesser zu zentrieren.
Der wellige (Fig. 2) oder knotenbandförmige (Fig. 3) Einlegering-4-wird vorteilhafterweise in einer geringeren Breite ausgeführt, als es der Wandstärke entspricht und, wie Fig. 1 zeigt, auf den Rohraussendurchmesser zentriert. Durch diese Massnahme wird der Rohrspalt im Innern gleichmässig offengehalten und die Anpassung der Nahtvorbereitung an die Gestalt der erzielten Einbrandkontur angepasst.
Eine übermässige Verbreiterung der aufgeschmolzenen Nahtwurzel und die Gefahr des Nachgebens in der Schwerkraftrichtung wird dadurch verkleinert.
Die wellige oder knotenbandförmige Form der Einlegeringe-4-vermeidet ausserdem, dass der Lichtbogen bei einem relativ grossen Spalt zwischen den beiden Werkstücken nur eine Werkstückkante aufschmilzt, da der Einlegering das Schmelzbad immer wieder zur zweiten Werkstückkante hinführt.
Die Einlegestreifen nach den Fig. 4 und 5 sind analog den Einlegestreifen nach den Fig. 2 und 3 in Anpassung an die zylindrischen Fugen beim Einschweissen von Rohren in Rohrplatten ausgeführt und haben auch die gleichen Funktionen.
Selbstverständlich ist das erfindungsgemässe Verfahren nicht auf das Schweissen von Rohren allein beschränkt. Vielmehr können unter Verwendung der erfindungsgemässen Einlegestreifen beliebige Körper z. B.
Platten miteinander verschweisst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schweissen zweier Metallstücke, vorzugsweise zum automatischen Rohrverbindungsschweissen nach dem WIG-System, wobei in die Nahtfuge Zusatzmaterial in Form eines Streifens eingelegt wird,
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