DD283485A7 - Verfahren zur reparaturschweissung von behaeltern, rohren und aehnlichen bauteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparaturschweiszung von Behaeltern, Rohren und aehnlichen Bauteilen unter Anwendung der Methode der Flickenschweiszung, bei der ein gewoelbtes, laengliches Flickenblech mit gerundeten Ecken in eine ausgeschnittene Schadstelle nach Bildung einer Nahtfuge eingepaszt, geheftet und eingeschweiszt wird. Kennzeichnend ist, dasz an Stelle der Schadstelle ein Flickenblech eingesetzt wird, welches vorgebogen, an der Schadstelle angeheftet und mit dieser gemeinsam mittels thermischen Schneiden, wobei der Schneidbrenner auf eine konstante, raumparallele Achslage eingestellt ist, herausgetrennt, in die Schadstelle eingepaszt, angeheftet und verschweiszt wird. Dabei wird in den Wandungsteil der Schadflaeche eine U-foermige Nahtfuge beidseitig des Luftspaltes von innen beginnend U-foermig schmal ausgefugt und geschweiszt. Fig. 1{Reparaturschweiszung; Flickenschweiszung; ausgeschnittene Schadstelle; Flickenblech; thermisches Schneiden; Konstante; raumparallele Achslage; beidseitig; U-foermige Nahtfuge; ausgefugt; geschweiszt}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparaturschweißung von Behältern und ähnlichen Bauteilen, wie Rohren oder Schiffssektionen, insbesondere für Druck- und Speicherbehälter im Kraftwerksbereich oder in Chemieanlagen, durch Einschweißen länglicher Flicken.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß zur Behebung größerer Korrosions- oder Rißschäden an behälterförmigen Bauteilen Reparaturschweißungen angewandt werden. Dabei wird einerseits versucht, ausgearbeitete Rißbereiche durch eine _v. Reparaturschweißnaht zu verschließen oder die durch Korrosion geschwächte Wandung durch eine Auftragsschweißung wieder zu verstärken oder es wird andererseits versucht, durch Einschweißen eines Flickens in den geschädigten Bereich oder durch Aufschweißen eines Flickens über oder unter den geschädigten Bereich den Behälter wieder betriebsfähig zu machen. Bei Bauteilschäden, die sich über eine größere Fläche der Behälterwandung erstrecken, hat das Auftragschweißen einer Metallschicht mit dem Ziel, die ursprüngliche Wanddicke wiederherzustellen, den Nachteil, daß m it dem Auftragschweißprozeß enorme Wärmemengen in die verbleibende Restwandung und zum Teil in die gesamte Behälterkonstruktion eingetragen werden, die zu nur schwierig beherrschbaren Wärme- und Eigenspannungen in den Wandungsteilen führen und wiederum Risse und bevorzugten Korrosionsangriff zur Folge haben können. Außerdem verbleibt eine Ungewißheit über nicht erkannte und verbleibende Korrosionsstellen. Zum anderen hat die Auftragschweißung den Nachteil, daß die aufzutragende Schicht insgesamt aufgeschmolzen werden muß, wozu ein enorm hoher Energie- und Arbeitszeitaufwand erforderlich ist. Vielfach muß die aufgetragene Schweißgutschicht noch auf ihrer gesamten Oberfläche durch Schleifen geglättet werden, was wiederum einen hohen Arbeitsaufwand erfordert. Insbesondere an solchen Wandungsteilen, in die Rohranschlüsse einmünden, ist die Auftragschweißung wegen der Spannungskonzentration und der komplizierten Geometrie der Schweißstelle nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar.

Eine sicherere, aber wesentlich aufwendigere Reparaturmethode ist das Einschweißen von Flicken in die Behälterwandung. Um den hierbei auftretenden Schrumpfspannungen entgegenzuwirken, ist eine besondere Formung, d.h. Vorbiegung und Abrundung des Flickens sowie eine besondere Schweißnahtfolge, z. B. im Standard TGL 190-104/06, vorgeschlagen. Das Einsetzen eines runden Flickens kann bei Behälterdurchmessem über 300mm erfolgen, wobei der zugeschnittene runde Flicken in Abhängigkeit der Blechdicke und des Behälterdurchmessers vor dem Einheften in die passend ausgeschnittene Schadfläche der Behälterwandung eine Durchbiegung (Durchpolterung) erhält. Beim Einsetzen eines länglichen Flickens, der die gleiche Dicke wie die Behälterwandung hat, wird in der Weise vorgegangen, daß zuerst der schadhafte Wandungsbereich herausgetrennt wird und die entstandenen Schnittkanten der Behälterwandung zu einer V-Nahtvorbereitung beschliffen werden.

Die Ausschnittecken sind dabei gerundet. Danach wird entsprechend der Ausschnittkontur der Flicken zugeschnitten, auf den Behälterdurchmesser gebogen und mit einer V-Nahtvorbereitung versehen. Um die Schrumpfspannungen infolge der Schweißung in Grenzen zu halten, muß der Flicken mit bestimmtem Luftspalt und spezieller Positionierung in den Ausschnitt eingesetzt werden. Die Angaben im o. g. Standard oder anderen Veröffentlichungen können entweder nur groborientierenden Charakter haben oder nur auf ganz spezielle Anwendungsfälle zutreffen. Deshalb kommt es bei der Flickenschweißung an Behältern sehr häufig zu großen Schrumpfspannüngen, Rissen oder verstärktem Korrosionsangriff nach dem Schweißen. Die Zusammenpaßarbeit ist je nach Größe, Form und Lage der Schadbereiche sehr kompliziert und mit hohem Aufwand an körperlicher Arbeit verbunden. Erfahrungsgemäß ist davon auszugehen, daß bis zum richtigen Sitz ein Flicken fünf- bis sechsmal angepaßt werden muß. Besonders aufwendig sind danach auch die Positionierungsarbeiten, bei denen der Luftspalt und die Winkelschrumpfungsvorgabe eingerichtet werden. Die Flickenschweißung insbesondere mit rechteckigen Flicken ist auch für den versierten erfahrenen Fachmann mit vielen Risiken verbunden, so daß nach derzeitigem Stand keine ausreichende Erfolgsgarantie besteht.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Reparatur von Behälterwandungen sicherer, leichter und schneller ausführbar zu gestalten.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem unter Benutzung der Methode des Einschweißens länglicher Flicken die Vorbereitungsarbeiten in ihrem Aufwand wesentlich verringert und vereinfacht, insbesondere die Einpaßarbeiten vermieden, die Winkelschrumpfung weitgehend ausgeschlossen, die Querschrumpfung minimiert, die Nahtvorbereitung vereinfacht, der Schweißarbeitsaufwand reduziert und die Sicherheit gegen Korrosion, Risse und Deformationen wesentlich erhöht werden kann.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß an Stelle der Schadfläche in der Behälterwandung ein bis zu 10 mm dickeres Blech, aus beruhigt vergossenem, auch korrosionsbeständigerem Werkstoff mit allseitig etwa 1 bis 3 mm Luftspalt vermittelt mit kurzen Schweißnähten, von außen eingeheftet wird, wobei das Blech vor dem Einheften auf einen kleineren Innenradius r-, als die Behälterwandung vorgebogen ist, wobei das Blech ursprünglich entweder größer als die Schadfläche der Behälterwandung außen auf die Behälterwandung mit Kehlnahtstücken aufgeheftet ist und anschließend mittels thermischen Schneidens Blech und Behälterwandung gemeinsam um den Bereich der Schadfläche durchschnitten werden, wobei die Schneidbrenner auf eine konstante raumparallele Achslage eingestellt ist und nach diesem Schnitt das Innenteil des Blechs und die gleich große Schadfläche der Innenwandung abgenommen werden, danach die Kehlnahtstücke abgearbeitet und das Außenteil des Bleches weiterverwendet wird, oder daß das Blech ursprünglich größenmäßig der zu ersetzenden Schadfläche entspricht und mit konstanten raumparallelen Außenkanten vorbereitet ist und an die Behälterwandung angedrückt wird, daß unmittelbar an der Kontur der Außenkanten des Blechs die Schadfläche entweder zuerst angerissen oder sofort mit gleicher konstanter raumparalleler Achslage des Schneidbrenners ausgeschnitten wird, daß unmittelbar nach dem Einheften des Blechs in die Schadfläche entweder an der Innenseite der Behälterwandung etwa 30-50 % der Wanddicke beider Kanten im Bereich des Luftspalts U-förmig schmal ausgefugt und anschließend verschweißt wird und daß danach von der Außenseite im Bereich des Luftspalts bis zur Wurzel der Innennaht U-förmig schmal ausgefugt und dann verschweißt wird oder insbesondere bei dünneren Wandungen oder bei nur einseitiger Zugänglichkeit die Wanddicke abschnittsweise einseitig bis auf einen Reststeg von etwa 2 mm ausgefugt und verschweißt wird.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß mit überraschend einfachen Maßnahmen die bisherige aufwendige Anpaßarbeit für rechteckige Schweißflicken beseitigt wird, der Aufwand für die Vorbereitung und Ausführung der Flickenschweißnaht wesentlich reduziert und der Spannungszustand in der Behälterwandung im Bereich des eingeschweißten Flickens auf ein unkritisches Niveau herabgesenkt wird. Insbesondere das erfindungsgemäße Vorbiegen des Blechs auf einen definierten kleineren Radius als den der Behälterwandung sichert in Verbindung mit der neuen Technologie des Einsetzens des Blechs in die Schadfläche eine wesentliche Reduzierung bisher unvermeidbarer Eigenspannungen in der Behälterwandung. Dabei wird insbesondere die Querschrumpfung durch den kleineren Vorbiegeradius kompensiert, die Winkelschrumpfung durch die besondere Nahtgeometrie ausgeschlossen. Durch das aufeinanderfolgend wechselseitige Ausfugen und Schweißen im Bereich des Luftspalts erfolgt einerseits eine rißsichernde Überschneidung der Nahtwurzeln und andererseits an der Innennaht durch den Schrumpfungseffekt von der Außennaht her eine Umlagerung der Zugspannungen in Druckspannungen, was den Korrosionsangriff erschwert. Darüber hinaus ist durch die erfindungsgemäße Folge des Ausfugens und Schweißens ein zusätzlicher Vorteil in Form eines Vorwärm- und Anlaßeffekts zu verzeichnen, welcher insgesamt ermöglicht, die Wärmevorbzw. Wärmenachbehandlung, die bei Kesselblechen vorgeschrieben ist, um ein wesentliches Maß zu reduzieren und damit zusätzlich Energie zu sparen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel und den Figuren 1 bis 5 näher erläutert.

Fig. 1: zeigt einen teilweisen Querschnitt durch einen Behälter mit aufgeheftetem Flickenblech. Fig. 2:

bis 5: Die Figuren 2 bis 5 zeigen den Querschnitt an der Stelle χ bei eingesetztem Flickenblech mit verschiedenen Phasen des Arbeitsfortschritts beim Einschweißen des Flickenbleches an Stelle der Schadfläche in die Behälterwandung.

Der zylindrische Behälter hat eine Wanddicke von a = 20 mm bei einem Außenradius R₈ = 700 mm.

Die Schadfläche 2 in der Behälterwandung 1 umfaßt einen Öffnungswinkel α = 60°, der auf die Behältermitte, bezogen auf die Sehnenlänge s = 700 mm beträgt. Die nicht dargestellte Länge der Schadfläche 2 beträgt 1000 mm. Das rechteckige Flickenblech 3 wurde nach der Berechnungsformel

S² h

ermittelt, wobei

η der Innenradius des vorgebogenen Flickenbleches 3

S die Sehnenlänge über der Schadfläche mit

α S = 2 · B₃ · sin— ι

h die Rundungshöhe des Bleches über der Sehnenlänge mit

h = 2R_a -sin²-— + 5- Igasind

4

Entsprechend dieser Formel wurde das Flickenblech auf einen Innenradius η = 658,20 mm vorgerundet, wobei das Flickenblech 3 eine Dicke von 30 mm hat und allseitig 20 mm größer als die Schadfläche 2 bemessen wurde. Nachdem das Flickenblech 3 mit kurzen Kehlnahtstücken 4 auf die Behälterwandung 1 unter der Schadfläche 2 aufgeheftet wurde, werden mit konstant vertikalen, nicht dargestellten Schneidbrennern von unten aus sowohl das Flickenblech 3 als auch die Schadfläche herausgeschnitten, so daß sich der Luftspalt 5 als Schnittfuge ergibt. Vor Beginn des Schneidens wurde unter das Flickenblech 3 eine nicht dargestellte Abstützung zur Sicherung der herausgeschnittenen Teile 3' und 2' des Flickenbleches 3 und der Schadfläche 2 gegen unkontrolliertes Herausfallen angeordnet.

Diese Teile 2' und 3' werden dadurch gesichert herausgenommen. Das mit Kehlnahtstücken aufgeheftete Außenteil des Flickenbleches 3 wird abgenommen, indem die Kehlnahtstücke 4 abgefugt werden. Das Innenteil 3' des Flickenbleches 3 wird mit einem mittleren Luftspalt 5 von etwa 2,5 mm vermittelt, an Stelle der Schadfläche 2 in die Behälterwandung 1 eingesetzt und mit kurzen Schweißnähten 6 eingeheftet, so daß der Blechdickenabsatz infolge des dickeren Innenteiles 3' ins Innere der Behälterwandung 1 gelegt ist. Es ist natürlich auch möglich, diesen Blechdickenabsatz nach außen oder beidseitig vermittelt zu legen. Nach dem Einheften des Innenteiles des Flickenbleches 3' an Stelle der Schadfläche 2 wird an der Innenseite der Behälterwandung 1 etwa die Hälfte beider Kanten im Bereich des Luftspaltes 5 U-förmig schmal ausgefugt, so daß sich eine innere U-Fuge 7 ergibt. Diese innere U-Fuge 7 wird ausgeschweißt, so daß sich die Innennaht 8 ergibt. Dann wird von der Außenseite bis zur Wurzel der Innennaht 8 U-förmig schmal ausgefugt, wobei auch die Schweißnahtstücken 6 entfernt werden, so daß sich die äußere U-Fuge 9 ergibt. Abschließend wird die Außennaht 10 geschweißt. Mit dieser insgesamt neuen Technologie würde im Vergleich zur bisherigen Arbeitsvorschrift TGL 190-104/6 eine Verringerung des Schrumpfmaßes {Bauteildeformation) auf etwa ein Zehntel erreicht. Selbst bei der Flickeneinschweißung in ein halbschalenförmiges vorgebogenes Blech des Rohmaßes 1000 mm x 1000 mm wird bei einer Flickengröße von 200 mm x 300 mm die Durchbiegung nur um etwa 1mm verändert. Eine besondere Schweißfolge, d. h. eine spezielle zeitliche und örtliche Aufeinanderfolge der Schweißnähte muß nicht beachtet werden, was ein erheblicher Vorteil ist. Es wird Schweißzeit gespart und die Mechanisierung bzw. Automatisierung gefördert. Durch das Wegfallen der bisher notwendigen häufigen Ansatzstellen werden Fehlerquellen für Schweißnahtfehler vermieden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

W. Anders: Großreparaturschweißungen bei Maschinenschäden, Verlag Technik Berlin, 1953, S. 214-217

Claims (4)

1. Verfahren zur Reparaturschweißung von Behältern, Rohren und ähnlichen Bauteilen unter Anwendung der Methode der Flickenschweißung, bei der ein gewölbtes, längliches Flickenblech mit gerundeten Ecken in eine ausgeschnittene Schadstelle nach Bildung einer Nahtfuge eingepaßt, geheftet und von zwei Seiten eingeschweißt wird, gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle der Schadfläche (2) der Behälterwandung (1) ein bis zu 10 mm dickeres Flickenblech (3) aus beruhigt vergossenem korrosionsbeständigerem Werkstoff eingesetzt wird, das mittels thermischen Schneidens bei raumparallelen Schnittkanten durch das auf die Behälterwandung (1) der Schadfläche (2) aufgesetzte Flickenblech (3) hergestellt ist und das Innenteil des Flickenbleches (3') unter Bildung eines allseitigen Luftspaltes (5) von 1 bis 3mm angepaßt und nach dem Einheften in den Wandungsteil der Schadfläche (2') eine U-förmige Nahtfuge (7) von etwa 30 bis 50% der Wanddicke beidseitig des Luftspaltes (5) gebildet, anschließend verschweißt und danach die Außenseite im Bereich des Luftspaltes (5) ebenfalls eine U-förmige Nahtfuge (9) bis zur Wurzel der Innennaht (8) gebildet und verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß das Flickenblech (3) mit einem kleineren Radius π als der der Behälterwandung (1) vorgebogen und entweder größer oder gleich der Schadfläche (2) ist, zunächst außen auf die Behälterwandung (1) mit Kehlnahtstücken (4) angeheftet und anschließend beide mittels thermischen Schneidens um den Bereich der Schadfläche (2) durchschnitten werden, wobei der Schneidbrenner auf eine konstante, raumparallele Achslage eingestellt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß nach dem thermischen Schneiden die Kehlnahtstücke (4) abgearbeitet und das Außenteil des Flickenbleches (3) abgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei dünnen Wandungen oder bei nur einseitiger Zugänglichkeit die Wanddicke abschnittsweise einseitig bis auf einen Reststeg von 2 mm U-förmig schmal ausgelegt und dann verschweißt wird.