CN101415515A - 焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于沿着圆周接缝通过焊缝在端侧连接第一管与第二管的焊接方法，其中将第一和第二管相互设置在对于形成圆周接缝所需的位置上，将用于给出冷却剂的冷却器这样插入到第一和/或第二管中，使得由其给出的冷却剂可以在待焊接的端部区域内冷却至少一个管，为了产生焊缝使所述管和焊炬沿着圆周接缝彼此相对运动并且通过焊炬焊接，和以确定的间隔给出冷却剂。

Description

焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，并且尤其致力于使用焊接方法来焊接特种钢管、镍基管焊接、尤其是高含碳量的镍基管和离心铸造管。
背景技术
在管相互焊接时，通常或者在管固定的情况下使焊炬沿着圆周接缝在一个平面中垂直于管纵轴线围绕管端部运动或者在焊炬固定的情况下使第一管和第二管同步地通过相应的保持它们的支架结构在焊炬下面这样旋转，使得焊炬可以通过焊缝封闭圆周接缝。
EP 0 884 126 B1描述了在通过旋转的焊炬产生焊缝时实现的工作方式。在EP 0 884 126 B1中描述的各个只在圆弧段上在已实施的焊缝段上以变化的焊炬方向导向的复杂接连排列显示出，为了产生高质量的焊缝采取了费事的措施。在实践中谋求一个或多个下列目的：连续焊接根部、少量的填焊、第一焊缝对第二焊缝的良好接合和在邻接焊缝的区域内尽可能少的管材料组织变化。
发明内容
由这个背景提出本发明的目的是，建议一种焊接方法，它能够实现经济的且尤其是在装置方面更少费用的焊接，并且尤其能够实现特种钢钢管、镍基管、高含碳量的镍基管和离心铸造管的良好焊接。
这个目的通过如并列的权利要求1和6得以实现。在从属的权利要求中给出有利的扩展结构。
本发明源自尤其是在焊接期间要给出(ausgebracht)冷却剂，该冷却剂在待焊接的端部区域内可以冷却至少一个管，并且冷却剂应该不是在焊接过程期间连续地被给出而是要以确定的间隔被给出。因此在焊接程序的范围内例如可以规定，首先焊接底层(Wurzellage)，同时无须通过给出冷却剂冷却底层。其优点是，在所述管内部中给出的冷却剂不从内部向外挤压所形成的底层并由此可能产生不期望的焊缝形状。按照本发明的这个实施例，例如对于在底层上施加的填充或覆盖层的焊接，通过给出冷却剂实现管冷却。因此冷却剂的排出例如要被限制于覆盖层焊接的确定时间间隔。
按照本发明的思想，也能够以其它的间隔利用不是持续地而只是以完全确定的时间间隔给出的冷却剂。例如不必在时间上定义间隔，而是可以根据焊炬尖端位置或者焊炬尖端方位确定。例如可以在控制器中定义，总是当焊炬尖端位于确定的位置和/或方位时给出冷却剂。
因此本发明所基于的基本认识是，可以有针对性地由用于焊缝形状的影响系数利用给出冷却剂，即例如可以用于底层的确定造型(如果想向外挤压这个层)，或者在焊炬的确定位置时，例如在焊炬尖端设置在管侧面时，可以负责自动地在这个焊接位置实现所期望的焊缝形状。除了这种可以使用冷却剂作为有针对性的焊缝形状造型元素的认识以外，将按照本发明的冷却剂给出限制于确定的时间间隔，这也提供了更少消耗冷却剂的优点。因此按照本发明不是在焊接期间恒定地给出冷却剂，而是只以确定间隔给出冷却剂。这些间隔可以总是具有相同的长度。但是时间间隔的长度最好由控制器改变，例如根据所选择的焊接程序。这使得能够对于不同的焊接过程部分规定不同的管端部冷却并由此提供进一步优化冷却剂消耗的优点。
以确定的间隔给出冷却剂可以通过操作者本身控制，其中他例如打开和关闭输入阀。特别优选通过控制器或通过调节器实现控制或者甚至调节冷却剂的给出。在这个控制器或调节器中可以存储不同的焊接程序，其中为每个程序配设确定顺序的确定间隔。操作者可以根据待焊接管的类型，例如根据管材料、管尺寸、焊缝准备或者类似信息选择对其最佳的焊接程序。
作为焊接方法尤其优选使用这些公知的钨极-惰性气体保护焊接方法(WIG-焊接方法)。已经证实，本发明的优点在这种方法中能够特别好地转换。焊炬最好具有保护气体输入装置，它不仅可以构成为可随焊炬活动而且可以固定地构成。此外可以设有用于焊接材料的焊丝输入装置。焊接材料可以在焊接各层时有选择地输入，或者例如可以焊接整个层不用输入焊接材料。
在前面和下面描述的按照本发明方法的实施例中，第一管和第二管在端部相互焊接。在此，管不仅指“管”这个词本意的长形体，而且指弯管、T形件的管状段或任何其它的形体，它在横截面中具有基本环形的、尤其是圆环形的封闭面。
管的端部封闭面可以是未经处理的但或者也可以经受焊缝预处理。例如为了产生V形焊缝或者其它焊缝形状，可以使封闭面倒斜面。尤其优选的是，封闭面设计成局部垂直于管轴线、局部倾转于管轴线，由此例如使底层作为I缝被焊接并且使覆盖层或填充层以V缝被焊接。
在将管配置到用于形成圆周接缝所需的位置时尤其这样设置管，使得在外圆周上尽可能不产生过渡。待焊接的管常常没有精确圆形的横截面，具有例如略微变化的壁厚和/或例如与内圆周形状不同的外圆周形状，例如椭圆形的外圆周形状。现在如果这样使管相互定位，使得两个外圆周尽可能对齐，则产生优点。尽管所述管例如也可以同轴地定位，但是优选使外圆周作为管相互对准的尺度。尤其优选使管这样相互协调，使得不仅在内侧而且在外侧都存在最小的错位。相互对准的管可以通过点状焊接(“定位焊”)抗扭转地相互连接。由此在管旋转时带动另一个管旋转。圆周接缝也指待连接的管横截面的直接例如对接式的相互放置，尽管在此在管端部之间不保留或只保留最小的接缝。
关于管的保持，在前面和后面描述的这些实施例可以把管抗扭转地保持固定，例如以旋转驱动装置的支座的形式。但是尤其优选使支架由用于管的纯接触面构成。例如可以使接触面在横截面中圆弧形地构成并且在这个横截面中具有滚子，可以使放置在接触面上的管在滚子上滚动，如果管围绕其管轴线旋转的话。保持管的支架最好这样构成，使得支架使管保持在抬起的水平位置。尤其是支架在外面作用于管。但是在本发明的意义上，作为管的支架，也可以理解为用于管的任何其它的接触面或者用于管的滚动接触面(辊托)或者甚至放置在地面上。
按照本发明的另一基本方面，使管通过焊炬焊接上多层焊缝，其中使焊炬为了产生第一层保持在第一焊接位置并且为了产生第二层保持在第二焊接位置。第一焊接位置与第二焊接位置的区别在于焊炬尖端相对于零位的位置方面和/或在于焊炬的纵轴线相对于水平面的位置方面，在所述零位，焊炬尖端设置在管的上部顶点(死点)的垂直上方。在此“第一层”并不理解为只是底层，因为按照本发明的认识也可以使用于其它层序，例如第一填充层和第二填充层或者一个填充层和一个覆盖层。
其优点是，可以通过对于焊接各个层最佳的焊炬取向产生各个层。因此例如已经证实，能够特别有利地通过焊炬尖端产生底层，它位于具有第一层和第一纵轴线取向的第一焊接位置，而例如通过另一焊接位置产生覆盖层或填充层。焊炬尖端最好为产生全部层固定地保持在一个焊接位置，其中“全部层”也可以理解为略微的过焊接。在产生第一层(包括可能的略微过焊接)以后，可以中断焊接过程并且将焊炬置于第二焊接位置。
在优选的实施例中，管和焊炬为了产生第一层焊缝相互在第一方向上相对运动并且为了产生第二层焊缝在与第一方向相反的方向上运动。根据待焊接的层或焊接位置也有利的是，使管一方面按照增高的焊缝形式并且一方面按照降低的焊缝形式相对于焊炬运动。
在本发明的优选实施例中规定，减少用于焊炬的规定旋转范围并且使这个范围只沿着小于180°的圆弧段运动。由此可以避免非常费事的构造，它们使焊炬沿着全部圆周接缝、即以360°旋转。同时这种焊接方法能够调整管与焊炬之间的不同相对速度。因此，例如可以使焊炬在其圆弧段以内在一个方向上运动并且使管借助其(然后被驱动的)支架在另一方向上运动，如果这对于确定的圆弧段是有利的，而在另一圆弧段中能够使管固定地保持并且只使焊炬在其圆弧段中运动。
用于焊炬的旋转装置最好具有支架，在其中使焊炬通过其可能设置的附加元件固定。这个支架最好直接或者通过中间连接一个保持臂而可以沿着一个滑轨(Kulisse)、例如一个圆弧形轨道运动并且保持在其上。在此，轨道不仅指仿照传统轨道体的主体，而且也指那些其它的主体，沿着这些主体的表面，所述支架能够被直接或间接支承地执行所述焊炬沿着按照本发明的受限制的圆弧段的旋转运动。
本发明的这个方面的优点尤其是，一个作为支架导轨的轨道不必在形成一个完全的圆的情况下围绕管导引。但是即使在按照本发明同样能够使用旋转臂作为焊炬支架的支承时也是有利的，因为旋转臂只需执行有限的运动，以使焊炬按照本发明沿着圆弧段运动。不再必需这样构成旋转臂，使它完全包围待焊接的管。
按照本发明的另一方面，在焊接方法中使焊炬的纵轴线通过倾转装置围绕倾转点从第一层倾转到第二层。按照本发明，焊炬在这个倾转位置为了形成焊缝可以沿着圆周接缝运动。在此焊炬的纵轴线最好在垂直于管纵轴线的平面内部从常见的相对于管径向定位的位置倾转到与管径向成角度的位置。已经证实，通过倾转的焊炬可以更好地产生焊缝。这一点尤其适用于，焊炬的纵轴线为了产生焊缝而倾转越过上部死点。例如在按照本发明的焊接方法中可以产生焊缝，其中焊炬在上部死点径向对准管，然后沿着圆弧段向下运动，其中在这个向下运动期间纵轴线从径向定位的倾转程度可以变化。
在优选的实施例中，倾转点位于焊炬尖端区域内。已经证实，如果焊炬尖端定义为固定点，按照本发明的焊接方法的控制可以更简单地编程。对于控制有意义的是，焊炬尖端的运动沿着所选择的圆弧段确定并且焊炬的倾转作为附加的效应出现，但是它不改变焊炬尖端在圆弧段上的位置。
在优选的焊接方法实施例中，保持在支架之一中的管的旋转驱动装置在顺时针方向和逆时针方向围绕其纵轴线旋转。旋转方向的这种反转能够提高焊炬尖端与两个待焊接的管之间的相对运动。同样这种方向反转能够在相互衔接各个焊缝时迅速地达到下一焊缝的起点，因为方向反转允许，能够选择从正好结束的焊缝的终点到下一开始焊缝起点的最短行程。
在优选的实施例中，一个可以从内部冷却管的冷却器至少插入一个管中。这个冷却器能够使冷却气体从内部导引到管端部并由此达到中间层温度，它们只促使在环缝附近区域内的微小收缩，或者防止或至少减小例如在焊缝区域内的管材料的组织变化。
冷却器尤其优选具有一个出口段，它具有至少一个用于冷却剂的出口和从冷却器上伸出的密封唇，它们限定出口段。尤其优选，冷却器圆柱形地构成并且具有两个环形盘作为密封唇，它们分别在端侧限制在圆柱形冷却器外壳表面上设置的出口段。密封唇至少在其外边缘段中最好由弹性材料制成。由此使冷却器易于在结束焊接后从管中拉出来。冷却器经常超出第一管的端部区域部分地插进第二管的端部区域内，由此使出口段设置在圆周接缝下面。密封唇的弹性结构能够使冷却器在焊缝根部伸进连接管的内部的时候也从管中拉出来。假如密封唇在这个区域内不是弹性的，则密封唇不能运动越过焊缝根部的凸起。密封唇最好可以可更换地构成，从而能够方便地适配于待焊接管的不同内横截面。
尤其优选，上述的焊接方法用于焊接特种钢管、镍基管、高含碳量的镍基管和/或离心铸造管。
附图说明
下面借助于仅示出本发明的一个实施例的附图详细描述本发明。附图中：
图1以示意侧视图示出一个装置，在其上可以执行按照本发明的焊接方法，
图2以示意俯视图示出按照图1的装置，以及
图3以截面侧视图示出插入两个待连接的管中的冷却器。
具体实施方式
图1示出第一管1和第二管2，它们沿着圆周接缝3要通过焊缝连接。为此设有一个焊炬4。管1、2放置在辊托(Linetten)5、6上。设有一个驱动装置7，以便旋转驱动管1。这样设计驱动装置7，它使管1不仅可以在顺时针方向而且可以在逆时针方向上旋转，如同通过图2中的双箭头A表示的那样。
图2示出焊炬装置的详图。焊炬4可以通过未详细示出的倾转装置围绕倾转点8在双箭头B的两个方向上倾转。在图2中以细点划线表示焊炬4的倾转位置。此外，焊炬装置具有未详细示出的旋转装置，通过它可以使焊炬4沿着圆弧段9运动。该圆弧段<180°。
图3示出冷却器10，它这样插入到管2和管1中，使得它相对于圆周接缝3对称地设置。冷却器10具有柔性的密封唇11、12。圆柱形构成的基体13具有用于冷却剂的出口14，它们通过输入管道15供给基体13。
为了连接第一管1与第二管2，使第一和第二管1、2在对于形成圆周接缝3必需的位置相互设置，在该位置它们被放置在辊托5、6上。此外使所述管这样协调，使得在外侧面上的错位与内侧面上的错位之间达到良好的折衷。要达到的是两个侧面上的错位最小化。接着使管2与管1通过定位焊连接，由此将由驱动装置7产生的旋转运动从管1传递到管2。此外将冷却器10这样插入到管1、2中，使得它对称地设置在圆周接缝3下面。接着通过驱动装置7使由管1和2组成的管复合体旋转。通过焊炬4在旋转期间产生待产生的焊缝的底层。为了产生随后的填充层，通过倾转装置和旋转装置使焊炬4转移到另一位置。使管复合体的旋转反转并且通过这种调整焊接填充层。对于这个或以后的填充层通过冷却器给出冷却剂。在此，冷却剂的给出限制在管旋转90°的间隔上。然后对于管继续的90°旋转角中断冷却剂输入并接着对于90°再接通。最后焊接覆盖层。为此，可以把焊炬4再置于新的倾转位置和新的旋转位置。在结束焊接过程后，将冷却器从管复合体中拉出来。密封唇的弹性结构允许将冷却器然后从管中拉出来，即使焊缝的根部伸进到连接的各管的内部中。

Claims (21)

1.一种用于沿着圆周接缝(3)通过焊缝在端侧连接第一管(1)与第二管(2)的焊接方法，其中
-将第一和第二管(1、2)相互设置在对于形成圆周接缝(3)所需的位置上，
-将用于给出冷却剂的冷却器(10)这样插入到第一和/或第二管(1、2)中，使得由该冷却器给出的冷却剂可以在待焊接的端部区域内冷却至少其中一个管，
-为了产生焊缝使所述管(1、2)和焊炬(4)沿着圆周接缝彼此相对运动并且通过焊炬焊接，和
-以确定的间隔给出冷却剂。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，通过控制器实现以确定的时间间隔给出冷却剂。
3.如权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述控制器可以改变时间间隔的长度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的焊接方法，其特征在于，在第一与第二管之间形成圆周接缝(3)的条件下使第一管(1)保持在第一支架中并且使第二管(2)保持在第二支架中，并且使所述管(1、2)在焊接圆周接缝期间在焊炬(4)旁边旋转，和/或使焊炬通过旋转装置至少部分地沿着圆周接缝旋转，并且使至少一个管在其待焊接的端部区域内通过插入到管中的冷却器给出的冷却剂冷却，在其中以确定的间隔给出冷却剂。
5.如权利要求1至4中任一项所述的焊接方法，其特征在于，使用钨极-惰性气体保护焊接方法(WIG-焊接方法)。
6.一种用于沿着圆周接缝(3)通过焊缝在端侧连接第一管(1)与第二管(2)的焊接方法，其中
-将第一和第二管(1、2)相互设置在对于形成圆周接缝(3)所需的位置上，
-为了产生焊缝使所述管(1、2)和焊炬(4)沿着圆周接缝彼此相对运动并且通过焊炬焊接上具有多个层的焊缝，和
-使焊炬(4)保持在第一焊接位置以产生第一层并且保持在第二焊接位置以产生第二层，
-其中，第一焊接位置与第二焊接位置在焊炬尖端相对于零位的位置方面和/或在焊炬纵轴线相对于水平面的位置方面是不同的，在所述零位所述焊炬尖端设置在所述管的最上面的顶点的垂直上方。
7.如权利要求6所述的焊接方法，其特征在于，使所述管(1、2)和焊炬(4)为了产生焊缝的第一层彼此相对地在第一方向上运动并且为了产生焊缝的第二层在与第一方向相反的方向上运动。
8.如权利要求6至7中任一项所述的焊接方法，其特征在于，使用钨极-惰性气体保护焊接方法(WIG-焊接方法)。
9.如权利要求6至8中任一项所述的焊接方法，其特征在于，一个可以从内部冷却所述管的冷却器(10)至少插入到一个管中。
10.如权利要求6至9中任一项所述的焊接方法，其特征在于，有如权利要求1至5中任一项所述方法的一个或多个方法步骤。
11.如权利要求1至10中任一项所述的焊接方法，其特征在于，使第一管(1)保持在第一支架中并且使第二管(2)保持在第二支架中，其中第一和第二支架使第一和第二管相互保持在对于形成圆周接缝(3)所需的位置上，为了产生焊缝使所述焊炬(4)通过旋转装置只沿着小于180°的圆弧段运动，该旋转装置可以使焊炬通过其焊炬尖端沿着基本垂直于管纵轴线的圆的圆弧段运动。
12.如权利要求1至11中任一项所述的焊接方法，其特征在于，使第一管(1)保持在第一支架中并且使第二管(2)保持在第二支架中，其中第一和第二支架使第一和第二管相互保持在对于形成圆周接缝(3)所需的位置上，并且为了产生焊缝使焊炬(4)的纵轴线通过倾转装置围绕倾转点(8)从第一位置倾转到第二位置。
13.如权利要求12所述的焊接方法，其特征在于，所述倾转点(8)位于焊炬尖端区域内。
14.如权利要求1至13中任一项所述的焊接方法，其特征在于，至少其中一个保持在支架之一中的管可以通过旋转驱动装置在顺时针和逆时针方向上围绕其纵轴线旋转。
15.如权利要求1至5和9至14中任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述冷却器(10)具有一个出口段，该出口段具有用于冷却剂的至少一个出口和从冷却器(10)伸出的密封唇，所述密封唇限定出口段。
16.使用如权利要求1至15中任一项所述的焊接方法用于焊接特种钢管、镍基管、高含碳量的镍基管和/或离心铸造管。
17.用于从内部冷却管的冷却器，其特征在于，有一个基体(13)和至少一个在端侧从冷却器伸出的弹性密封唇。
18.如权利要求17所述的冷却器，其特征在于，所述密封唇设置在一个垂直于圆柱体形基体(13)的纵轴线的平面中。
19.如权利要求17或18所述的冷却器，其特征在于，所述密封唇设计成环形盘(11，12)。
20.如权利要求17至19中任一项所述的冷却器，其特征在于，有一个通入基体(13)内部的冷却剂输入装置和至少一个冷却剂出口(14)，该冷却剂出口从基体内部通向外面。
21.在如权利要求1至15中任一项所述的焊接方法中使用如权利要求17至20中任一项所述的冷却器(10)。
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