Schweissunterlage und Verwendung derselben zum Herstellen von Schweissverbindungen Die Erfindung betrifft eine Schweissunterlage sowie eine Verwendung derselben zum Herstellen von Schweissverbindungen zwischen benachbarten Kanten oder Flächen eines oder mehrerer Metallteile.
Die Erfindung hat es sich zur Hauptaufgabe ge macht, eine Vollbindung oder Schweissnaht mit vollem Einbrand zwischen den einander benachbarten Kanten oder Flächen eines bzw. mehrerer Metallteile, z. B. Platten, Rohren oder anderen Profilen, zu schaffen, bei der praktisch keine Spannungserhöher oder Wülste auf treten, sowie im Falle von Hohlprofilen die Bohrung praktisch hindernisfrei bleibt. Dies ist besonders wichtig bei Rohrleitungen, die nach dem Zusammenschweissen einen hindernisfreien Durchlassweg, beispielsweise für einen Strom von Flüssigkeiten, Luft- oder gasförmigen Substanzen oder Feststoffen oder für die Beförderung von Masseln ( pigs ) oder Laufteufeln ( go-de- vils ) bilden sollen.
Die Erfindung geht von einer Schweissunterlage mit einem Träger aus, der eine während des Schweissvor gangs die Wurzel der Schweissverbindung berührende, mit einem Belag aus feuerfestem Oxyd überzogene Fläche hat.
Der Belag soll folgende Eigenschaften haben: feste Haftung am Träger, Nichtbrüchigkeit oder Zerreissfe- stigkeit, hohe Biegsamkeit, hoher Schmelzpunkt, chemi sche Stabilität und Nichtbenetzbarkeit durch geschmol zenes Metall.
Diese Eigenschaften werden bei der er- findungsgemässen Schweissunterlage dadurch erzielt, dass dieser Belag aus Partikeln besteht und in Form wenigstens teilweise geschmolzener, feiner Partikel auf die genannte Fläche niedergeschlagen ist, indem das Oxyd aus einer Zone, deren Temperatur über dem Schmelzpunkt des Oxyds liegt, auf die Fläche geworfen ist. Vorzugsweise ist der Belag nach :dem in der briti schen Patentschrift 745 257 beschriebenen Verfahren auf den Träger Hammgespritzt.
Als feuerfestes Oxyd kann beispielsweise geschmol zenes Aluminiumoxyd A1203 oder geschmolzenes Zir- konoxyd ZrO2 verwendet werden. Das Material hat vor zugsweise einen Schmelzpunkt oberhalb 1800 C.
Der Träger soll aus einem Metall oder einem an deren geeigneten Material bestehen, das so geformt ist, dass der Keramikblag berührend an der Schweisswurzel anliegen kann.
Die Schweissunterlage wird zur Herstellung einer Schweissverbindung zwischen Flächen oder Kanten eines oder mehrerer Metallteile erfindungsgemäss derart ver wendet, dass die Flächen oder Kanten zur Bildung einer Schweisskehle zusammengefügt, die Schweissunterlage so an die Schweisskehle angelegt wird, dass der Belag als Unterlage für die Wurzel der Schweissverbindung dient, und ,dann die Schweissung in .der Schweisskehle ausge führt wird.
Die Unterlage kann nach dem Fertigstellen der Schweisswurzel ohne Schwierigkeit :entfernt werden, da der Belag aus feuerfestem Oxyd eine hochwirksame Wärmeisolation bildet, die das Verschmelzen des Trä gers mit der Metallschmelze verhindert.
In den beigefügten Zeichnungen, die lediglich bei spielsweise verschiedene Ausführungsformen der Erfin dung veranschaulichen, zeigen: Fig. 1 verschiedene Stufen bei der Herstellung einer Stumpfstossschweissung zwischen zwei Rohren gemäss einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 bis 4 Beispiele verschiedener Nahtzurichtun gen für das Verschweissen von nur einer Seite; Fig.5 ein Ausführungsbeispiel für die Verschweis- sung von beiden Seiten; Fig.6 ein Beispiel für das Verschweissen eines Zweigstückes mit einem Hauptrohr; Fig.7 ein Beispiel für das Verschweissen zweier Platten im rechten Winkel zueinander;
Fig. 8 in schematischer Form ein anderes Ausfüh rungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens; Fig. 9 in schematischer Form ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens; und Fig. 10 in schematischer Form noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens. In Fig. 1 bis 7, in denen gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsnummern bezeichnet sind, ist jeweils eine Schweissunterlage 10 in Form eines Trägers, dessen Berührungsfläche mit einer glatten Schicht 11 aus feuer festem Oxyd beispielsweise Aluminiumoxyd oder ge schmolzenem Zirkonoxyd überzogen ist, gezeigt.
Bei den in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen hat der Träger 10 die Form eines Flusseisenringes, auf dessen Aussenumfang die Schicht oder der Belag 11 aufgebracht ist.
Der Ring 10 wird in das eine Ende eines Rohres 12, das mit einem anderen Rohr 13 durch einen Stumpfstoss verschweisst werden soll, eingeschoben. Und zwar wird der Ring 10 in das Rohr 12 so eingesetzt, dass er seitlich vorsteht und auf diese Weise als Zentrierlager für das Aneinanderlegen und Zusammenpassen der Rohre 13 und 12 dient. Die Rohre 12 und 13 werden sodann so aneinandergelegt, dass der vorstehende Teil des Ringes 10 sich in das Rohr 13 einschiebt, wobei zwischen den benachbarten Rohrenden eine Schweisskerbe oder Schweisskehle 14 gebildet wird.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform bat dir Kehle 14 eine einfache V-Form mit ;einer Wurzelfläche und einem Wurzelspalt oder einer Wurzelkerbe.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform hat die Kehle 14. eine einfache V-Form ohne Wurzel oder Wur zelkerbe.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform hat die Kehle 14 eine anders ausgebildete Einfach-V-Form mit Wurzel und Wurzelkerbe ähnlich wie in Fig. 1, wobei jedoch die Wanddicke der Rohre 12 und 13 grösser ist als bei den Rohren in Fig. 1.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist die Wanddicke der Rohre 12 und 13 ungefähr die gleiche wie bei den Rohren in Fig. 3, wobei jedoch die Kehle 14 eine Einfach-U-Form mit Wurzelfläche aber ohne Wur zelkerbe hat.
Nachdem die Rohre 12, 13 gemäss Fig. 1 bis 4 richtig aneinandergelegt sind, wird die Wurzelschweis- sung 15 (Fig. 1) durchgeführt. Da der Belag 11 aus feuerfestem Oxyd eine hochwirksame Wärmeisolation gegen das Verschmelzen des Ringes 10 mit der Schweiss- stelle bildet, kann man nunmehr den Ring von den beiden Rohren entfernen und die Schweissung 16 (Fig. 1) vollenden.
Da der Belag 11 aus feuerfestem Oxyd glatt ist und das geschmolzene Metall nicht aus der Schweissnaht austreten lässt, bleibt die Schweisswurzel sauber und glatt, so dass praktisch keine Spannungserhöher oder Spannungswülste auftreten und die Bohrung oder lichte Weite der Rohre hindernisfrei bleibt und folglich Flüs sigkeiten, Luft- oder gasförmige Substanzen oder Fest stoffe frei hindurchströmen oder Massein oder Lauf teufel ungehindert passieren können. Durch die glatte Innenbohrungsfläche wird ausserdem die Überwachung und Prüfung der Schweissstelle erleichtert.
Verwendet man für den Ring 10 einen geteilten Ring, so kann man im Inneren des Ringes Spanner oder Spreizer 17 (Fig. 1) anordnen, um sicherzustellen, dass der Ring fest gegen die Schweisswurzel anliegt.
Die Erfindung ist nicht auf Rohre beschränkt, son dern lässt sich auf das Verschweissen von Metallen be liebigen Querschnitts, beispielsweise Platten oder Profil teile, anwenden, wobei in diesem Falle der Träger oder die Unterlage 10 die Form eines Streifens hat.
In Fig. 5 sind zwei Metallteile 18, 19 gezeigt, deren Enden so profiliert sind, dass sie beim Aneinanderlegen der beiden Teile, wie in Fig. 5 gezeigt, eine X-Stossnaht 20 mit Wurzelfläche und Wurzelkerbe bilden. Der Trä ger 10 hat einen kegelstumpfförmigen Querschnitt, und der Belag 11 aus feuerfestem Oxyd ist so angebracht, dass er die Stumpffläche und mindestens einen Teil der angrenzenden Wandflächen des Trägers überdeckt. Die Unterlage 10 wird in den einen V-Teil der X-Kehle 20 eingesetzt, und die Wurzelschweissung wird im anderen V-Teil der Kehle vorgenommen.
Da :der Keramikbelag 11 eine hochwirksame Wärmeisolation gegen das Ver schmelzen des Trägers 10 mit der Schweissnaht bildet, kann man .die Unterlage nunmehr entfernen und die Schweissung auf beiden Seiten in beliebiger Reihenfolge ohne vorheriges Abspanen oder Zurückstemmen (back- chipping) an der Wurzelschweissung vollenden.
Fig. 6 veranschaulicht das Verschweissen eines Zweigrohres 22 mit einem Rohr 23. Das an das Rohr 23 anzuschweissende Zweigrohr oder Zweigstück 22 ist in der gezeigten Weise abgeschrägt und wird so auf das Rohr 23 aufgesetzt, dass die Bohrung des Zweigstückes 22 bündig mit der Öffnung im Rohr 23 abschliesst und eine Schweisskehle 24 gebildet wird. Die Unterlage 10 hat die Form eines Flusseisenringes, auf dessen Aussen umfang der Belag 11 aus feuerfestem Oxyd angebracht ist.
Der Ring wird in die Abzweigung 22 so eingesetzt, dass er gegen deren Bohrung und die angrenzende Randfläche der Öffnung im Rohr 23 anliegt. In der Kehle 24 wird eine Wurzelschweissung vorgenommen, und da der Belag 11 eine wirksame Wärmeisolation gegen die Verschmelzung des Ringes 10 mit der Schweissnaht bildet, kann man anschliessend den Ring entfernen und die Schweissung vollenden, wobei die Bohrung des Zweigstückes 22 hindernisfrei bleibt.
Fig. 7 veranschaulicht das Verschweissen zweier rechtwinklig zueinander angeordneter Platten 26, 27, deren aneinanderstossende Stirnflächen oder Ränder eine Schweisskehle 28 bilden. Die Unterlage 10 hat einen keilförmigen Querschnitt, und der Belag 11 aus feuerfestem Oxyd ist auf dem Scheitel des Trägers an gebracht. Die Unterlage wird so angeordnet, dass sie gegen die Platten 26, 27 anliegt, wobei der Belag 11 sich an der Wurzel der Kehle 28 befindet. Sodann wird in der Kehle 28 eine Wurzelschweissung vorgenommen, und da der Belag 11 eine wirksame Wärmeisolation gegen die Verschmelzung des Trägers 10 mit der Schweissnaht bildet, kann man anschliessend die Unterlage entfernen und die Schweissung vollenden.
Die Erfindung lässt sich auch auf die Verschweis- sung spiralförmiger Streifen anwenden, wie in Fig. 8 bis 10 gezeigt.
Fig. 8 zeigt eine Schweissunterlage in Form eines geeignet abgestützten endlosen Bandes 30.
Fig. 9 zeigt eine Schweissunterlage in Form einer ge eignet abgestützten Metallspirale 32. Die Aussenfläche des Bandes 30 oder der Spirale 32 ist wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit einer glatten Schicht aus feuerfestem Oxyd überzogen.
Die mit dem Belag aus feuerfestem Oxyd belegte Fläche,des Bandes 30 (Fig. 8) oder der Spirale 32 (Fig. 9) wird durch Andrückrollen 35 in ständiger Berührung mit der Wurzel an der Schweissstelle eines Streifens 34 gehalten, wobei die Rollen 35 zugleich das Band 30 oder die Spirale 32 während des von aussen durchgeführten Schweissvorganges gemeinsam mit dem Streifen 34 vor anbewegen.
Fig. 10 zeigt eine Schweissunterlage in Form einer geeignet gelagerten Zylindertrommel 36. Der Trommel- umfang ist wie bei den zuvor beschriebenen Ausfüh rungsformen mit einem glatten Belag aus feuerfestem Oxyd beschichtet, und der Belag wird durch Drehung der Trommel 36 während des von aussen vorgenom menen Schweissens in ständiger Berührung mit der Wurzel an der Schweisstelle eines Streifens 37 gehalten.
Die Vorteile, die sich bei der erfindungsgemässen Anwendung der erfindungsgemässen Schweissunterlage ergeben, sind wie folgt: 1. Es werden im geringeren Masse die Dienste hoch spezialisierter Facharbeiter für das Herstellen der Wur- zelschweissung benötigt; 2. es werden kleinere oder gar keine Wurzelkerben zwischen den hergerichteten Schweissflächen benötigt, so dass die für die Vervollständigung der Schweissnaht oder des Schweissstosses erforderliche Menge an Schweissmetall sich verringert;
3. kein Nachspanen oder Zurückstemmen und kein Abdichten an der Schweisswurzel sind erforderlich; 4. in Fällen, wo .die Schweissung von beiden Seiten vorgenommen wird, z. B. bei der in Fig. 5 gezeigten X-Zurichtung, wird die entsprechend profilierte Unter lage von einer Seite eingepasst; nach dem Anbringen der Wurzelschweissung oder Wurzelschweissungen auf der anderen Seite wird die Unterlage entfernt, und die Schweissung kann anschliessend in beliebiger Reihen folge ohne vorheriges Wegspanen oder Zurückstemmen vollendet werden; 5. die Güte des Metalls der Schweissnaht wird ver bessert, da die Wärme der Wurzelschweissung (s) durch die Unterlage konserviert und dadurch die Kornstruktur der Schweissnaht verfeinert wird; 6.
Längsschweissungen oder Umfangsschweissungen können bei Mantelprofilen oder Hohlkörpern grossen Durchmessers lediglich von der Innenseite aus vorge nommen werden, so dass nach Entfernung der Unter lage, die die Form eines Streifens haben kann, die Schweisswurzel ohne weiteres visuell oder auf sonstige Weise untersucht und geprüft werden kann.