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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschweissen von Rohren in Rohrplatten unter Plattieren der Rohrplatten, wobei das Auftragen des Schweissgutes mit pulsierendem Gleichstrom und unter spezifisch leichter Schlacke, unter Pulver oder unter Schutzgas erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Üblicherweise werden Rohrplattenoberflächen vorzugsweise unterpulverbandplattiert, danach werden die Rohrplatten gebohrt und die Rohre werden manuell oder mit Hilfe mechanischer Einrichtungen geschweisst.
Bei Anwendung normaler Schweissmethoden ist es nahezu unmöglich, Rohre mit 2 mm Wanddicke und darunter einzuschweissen, da bei Anpassung des Stroms an die Rohrwanddicke zur Platte hin sehr leicht Bindefehler aufteten ; wird anderseits der Strom der Plattendicke angepasst, brennen die Rohre sehr leicht durch, wodurch die günstige Eigenschaft, dass an der beanspruchten Stelle kein Schmelzgefüge quer zur Rohrwand gegeben ist, verloren geht.
Bessere Schweissergebnisse werden erzielt, wenn an Stelle von Gleichstrom ein pulsierender Gleichstrom verwendet wird. So beschreibt beispielsweise die US-PS Nr. 3, 544, 760 ein Verfahren zum Einschweissen von Rohren in Rohrplatten unter Schutzgas, wobei das Schweissen mittels Stromimpulsen
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wiesen, wobei mehrere Kurvenformen von pulsierenden Strömen zu entnehmen sind, zum Verbinden von Rohren mit Rohrplatten. Das Problem der Wärmeentwicklung durch den Lichtbogen wird zwar angeschnitten, es werden jedoch keine Massnahmen zur Wärmeabfuhr vorgeschlagen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, durch welche die nachteiligen Einflüsse der Wärmeentwicklung durch den Lichtbogen, wie z. B. ein Verziehen oder Durchbrennen der Rohre, vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mittels eines Kühlkörpers dem Rohrende, von dessen Innenseite her, Wärme entzogen wird, so dass es zu keinen unzulässigen Temperaturerhöhungen kommen kann.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper aus einem, in das Rohrende passenden Stöpsel aus gut wärmeleitendem Material, z. B. Kupfer, besteht. Durch den Stöpsel ist ein allseitig wirkender Wärmekontakt zum Rohr und damit an die anliegende Rohrplatte gegeben, wodurch eine ausreichende Wärmeableitung gewährleistet ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stöpsel hohl und mit Anschlüssen für die Zufuhr, bzw. Abfuhr eines Kühlmittels versehen ist, wodurch das Ausmass der Wärmeableitung erhöht, bzw. die Wärmeableitung über einen längeren Zeitraum erfolgen kann, da stets neues Kühlmittel nachströmt.
Um zu verhindern, dass der Stöpsel in unzulässiger Weise zu weit in das Rohr eingebracht wird, ist der Stöpsel mit einem Endflansch versehen.
Zum einfachen und leichten Entfernen des Stöpsels nach dem Schweissvorgang ist der Stöpsel mit einer, gegebenenfalls mit Gewinde versehenen, Axialbohrung versehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert. Hiebei zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die in ein Rohrende eingesetzte, erfindungsgemässe Vorrichtung ; Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform dieser Vorrichtung ; die Fig. 3 bis 6 zeigen verschiedene Formen des impulsförmigen Schweissstroms ; Fig. 7 zeigt die Art der Führung der Schweisselektrode ; Fig. 8 zeigt die fertig plattierte Rohrplatte und Fig. 9 ist ein Schnitt durch nachbehandelte Rohrenden.
In Fig. l ist mit-l-die Rohrplatte bezeichnet, in deren Bohrungen die Rohre --2- einge- setzt sind, welche mit der Rohrplatte durch Auftragen von Schweissgut zu verbinden sind. Hiezu stehen die Rohre --2-- - in Fig. l ist nur eines gezeigt-mit ihren Enden um das Mass ü über die Platte-l-vor.
Vor dem Auftragen des Schweissgutes wird in jedes Rohrende ein Stützkörper oder Stöpsel - eingesetzt, welcher die Aufgabe hat, überschüssige Wärme abzuleiten und dadurch zu verhindern, dass das dünnwandige Rohrende zerschmilzt, durchbrennt, sich verformt oder sonstigen Schaden nimmt. Der in Fig. l gezeigte Stützkörper --3-- umfasst einen zylindrischen, mit einer Boh-
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richtung oder Fortschreitrichtung, wobei in jedem Wellenberg bzw. Wellental beispielsweise ein Sechstel des Umfanges eines Rohrendes liegt, wenn die Rohrenden wie üblich in parallelen Reihen und auf Lücke stehend angeordnet sind (vgl. Fig. 7). Die Schweissnähte werden beispielsweise in der Reihenfolge 10-20-30-....-100 gezogen.
Diese Vorgangsweise bringt den Vorteil, dass bei jedem Rohrende immer nur eine geringe Fläche der Rohrplatte und nicht, wie beim Rundumschweissen, die ganze das Rohrende umgebende Partie der Rohrplatte erhitzt wird. Die Wärmeableitung, die gerade bei Rohren mit geringer Wandstärke wichtig ist, wird hiedurch weiter verbessert.
Die fertige Naht ist in Fig. 8 im Schnitt gezeigt ; die Stützkörper sind bereits entfernt. Es ist zu erkennen, dass die Aussenseiten der Rohrenden ebenso wie die Aussenseite der Rohrplatte nur angeschmolzen sind und dass die Verbindung zwischen Rohrende und Platte nur über das aufgetragene Schweissgut --11-- erfolgt. Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse können die Rohrenden bzw. das aufgetragene (plattierende) Material spanabhebend nachgearbeitet, d. h. gerundet werden, wie es in der Fig. 9 gezeigt ist (Bearbeitungszeichen
Das erfindungsgemässe Verfahren wird in der folgenden Weise durchgeführt :
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Die Rohre werden in die Rohrplatte-l-eingeführt, wobei auf die Einhaltung der richtigen
Grösse des Masses ü zu achten ist.
Sodann werden Stützkörper oder Stöpsel --3-- in jedes Rohrende gesteckt, bis deren Flansch --6- auf dem Rohrende aufsitzt. Die Art der Stützkörper richtet sich vor allem nach der Wandstärke der Rohre und der Dicke der Rohrplatte, wie schon zuvor erklärt wurde. Sodann wird mit Mantelelektroden, die eine spezifisch leichte Schlacke erzeugen, mit
Schweisspulver oder mit Schutzgas, und mit einem Schweissstrom, der einen Verlauf gemäss einem der Schaubilder nach Fig. 3 bis 6 hat, eine Schweissnaht nach der andern gezogen, wie Fig. 7 zeigt.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. 7 nur die Rohre --2'und 2 11¯- mit allen zur voll- ständigen Verschweissung erforderlichen Schweissraupen gezeichnet.
Durch die Stützkörper wird den
Rohrenden von deren Innenseite Wärme entzogen, so dass die Rohrinnenseiten verhältnismässig kühl bleiben und nicht verformt oder beschädigt werden können. Die Aussenseiten werden soweit erhitzt, dass sie vom Schweissmaterial, welches sich mit der Rohrplatte bzw. mit schon vorhandenen Schweissraupen verbindet, angeschmolzen werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet gegenüber den herkömmlichen Methoden die folgenden Vorteile :
1. Von der Rohrplattenoberfläche werden nur 60% der Fläche schweissplattiert, wobei mit ver- hältnismässig niedrigen Energien geschweisst werden kann, was die Gefahr von grossen Auf- mischungen mit dem Grundwerkstoff und damit die Gefahr von Unteiblattierungsrissen ver- ringert.
2. Die Rohre werden an ihren äusseren Oberflächen angeschmolzen, die Ausbildung von
Dendriten quer zur Rohrwand unterbleibt, wodurch nicht mehr der Schmelzbereich der späteren Beanspruchung ausgesetzt sind, sondern das nur an der äusseren Oberfläche teil- weise angeschmolzen Rohr.
3. Der tragende Querschnitt der Schweissnaht kann in Grenzen gewählt werden, wobei eine
Beanspruchung der Schweissnähte durch das Medium auf der Rohrplattenseite am mechanisch nicht belasteten Ende erfolgt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Einschweissen von Rohren in Rohrplatten unter Plattieren der Rohrplatten, wobei das Auftragen des Schweissgutes mit pulsierendem Gleichstrom und unter spezifisch leichter Schlacke, unter Pulver oder unter Schutzgas erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Kühlkörpers dem Rohrende von dessen Innenseite her Wärme entzogen wird.