DD291264A5 - Verfahren zum elektronenstrahlschweissen von rohren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Elektronenstrahlschweiszen von Rohren unterschiedlicher Abmessungen und Werkstoffe. Ziel ist es, die konstruktiv und metallurgisch bedingten Schwierigkeiten zu umgehen und Verbindungen ausreichender Festigkeit und Dichtheit zu erhalten. Nach der Aufgabe soll durch den Einsatz konstruktiver und technologischer Mittel ein Verfahren zum ELS-Schweiszen von Rohren unterschiedlicher Durchmesser und Wandstaerken aus schlecht miteinander schweiszbaren Metallen geschaffen werden. Erfindungsgemaesz wird vorgeschlagen, die Rohre unter Ausnutzung ihrer unterschiedlichen Abmessungen durch eine verdeckte, radiale I-Naht und eine Kehlnaht zu verbinden. Die Nahtvorbereitung geschieht derart, dasz die Rohre ineinandergesteckt werden koennen, wobei zwischen die innen liegenden Stoszflaechen ein Folienring als Zwischenlage zur metallurgischen Beeinflussung des Schweiszbades gelegt wird und dasz an der Stirnseite des ueberlappenden Auszenrohres das Zwischenmetall in Form eines Ringes angeordnet ist, der durch eine Ausnehmung am Rohrende fixiert wird und gleichzeitig als Zusatzwerkstoff zur Kehlnahtbildung dient. Das Schweiszen dieser Kehlnaht erfolgt mit einem zur Senkrechten geneigtem Elektronenstrahl. Die Erfindung wird am besten nach den verschiedenen Varianten der Fuegestellengestaltung nach Fig. 2 dargestellt. Fig. 2{Rohre unterschiedlicher Durchmesser; Wandstaerken; Werkstoffe; verdeckte I-Naht; Kehlnaht; Folienring; Zwischenmetall; Ring; Elektronenstrahl}

Description

Stirnfläche fixiert ist und gleichzeitig als Zusatzwerkstoff zur Kehlnahtbildung dient. Die konstruktive Gestaltung der Stirnfläche des Außenrohres verhindert eine Deformation und Lageänderung des Ringes beim Schweißvorgang. Ihre spezielle Form richtet sich nach der Geometrie des Ringes, der Wandstärke des Außenrohres und der Werkstoffkombination, da über diese Parameter auch die Mischungsverhältnisse und somit die Nahteigenschaften beeinflußt werden können.

Beim Schweißen der verdeckten Umfangsrundnaht wird die Strahlleistung so dosiert, daß der gesamte Querschnitt des Außenrohres aufgeschmolzen wird. Das Schweißen der Kehlnaht erfolgt vorteilhaft mit einem gering zur Rohrachse geneigtem Strahl.

AusfQhrungsbelsplel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden: In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1a, b; Die bekannten Verfahren

Fig. 2a, c: Die vorgeschlagenen Varianten der Verbindungsgestaltung

Fig. 3: Eine nach diesem Verfahren geschweißte Verbindung.

Bei der üblichen Methode, Rohre 1,2 unterschiedliche! Abmessungen mit dem Elektronenstrahl ί verschweißen, kommen nur die Varianten nach Fig. 1 a mit Anpassung der Durchmesser und I-Stoß oder nach Fig. 1 b durch Ineinanderfügen der Rohrenden 1,2 und Überlapptstoß mit einer oder mehreren T-Nähten in Frage. Zwischenlagen können nur bei Var. 1 a als Zwischenfolie 4 in den I-Stoß eingebracht werden. Wegen des geringen Querschnitts kann diese Verbindung aber nur gering belastet werden, wogegen die Verbindung nach Var. 1 b vorwiegend Dichtheitsprobleme aufweist.

Das firfindungsgemäße Verfahren Fig.2 sieht vor, die ineinandergefügten Rohre 1,2 durch eine verdeckte I-Naht 6 und eine Kehlnaht 7 unter Einfügung von Zwischenlagen und spezieller Gestaltung der Nahtbereiche zu verschweißen. Die Nahtvorbereitung wird insbesondere im Bereich der Kehlnaht 7 so ausgeführt, daß der als Zwischenmetall fungierende Hing 3 sicherfixiert wird und gleichzeitig als Zusatzwerkstoff zur Nahtbildung dienen kann. Während die Zwischenlage am I-Stoß in jedem Falle als Folie 4 eingelegt und durch die Stirnfläche der Rohre fixiert wird, kann ihre Form und Anordnung im Kehlnahtbereich je nach geometrischen und metallurgischen Bedingungen verschieden sein.

Erfindungsgemäß ist die Stirnfläche des überlappenden Rohres so ausgebildet, daß vor und während des Schweißens eine gleichbleibende Lage des Ringes 3 gewährleistet ist, daß er gleichzeitig ein möglichst optimales Mischungsverhältnis mit den beiden Rohrwerkstoffen eingeht und zur Bildung einer fehlerfreien, gut ausgebildeten Kehlnaht 7 beiträgt. Je nach Wandstärke, Durchmesserverhältnis und Werkstoff bär beiden Rohre 1,2 wird eine Gestaltung nach Fig. 2a...c gewählt. Sollen z. B. Rohre aus Molybdän mit Rohren aus CrNi-Stahl verbunden werden, wie das u. a. bei der Fertigung von Thermoelementschutzrohren erforderlich ist, so kann das vorgeschlagene Verfahren vorteilhaft angewandt werden. Die Rohrdurchmesser werden durch Drehen so angepaßt, daß sie mit einer leichten Preßpassung gefügt werden können, nachdem eine Zwischenfolie - in diesem Falle aus Nickel 0,3 mm dick - eingelegt worden ist. Das Stahlrohr 1, welches das Mo-rohr 2 aufnimmt und überlappt, wird an seiner Stirnfläche entsprechend Fig. 1 a mit einer Ausnehmung 8 vorbereitet, so daß der Ring 3 aus Ni-Draht gut fixiert werden kann. Der Elektronenstrahl 5 schweißt als erstes die verdeckte I-Naht 6, indem er die gesamte Wandstärke des Rohres 1 aufschmilzt und bildet anschließend an der Außenkante des überlappenden Rohrstückes eine Kehlnaht 7, wobei er insbesondere in einem Winkel von 7" zur senkrechten Strahlachse geneigt auftrifft. Es entsteht die in Fig. 3 skizzierte Verbindung. Die Überlappungslänge, d. h. der Abstand der beiden Schweißnähte soll dabei mindestens 20 mm betragen. Natürlich kann der Ring 3 auch andere Querschnittsformen, z. B. Vierkantprofil, aufweisen, was eine entspre-hende Ausnehmung 8 am Rohr t zur Folge hat.

Claims (1)

1. Verfahren zum Elektronenstrahlschweißen von Rohren unterschiedlicher Durchmesser und Werkstoffe, gekennzeichnet dadurch, daß eine Verbindung der im Durchmesser unterschiedlichen Rohre (1,2) über eine verdeckte I-Naht (6) und eine Kehlnaht (7) mit einer Nahtvorbereitung derart erfolgt, daß in der I-Naht (6) eine Zwischenfolie (4) eingelegt und im Bereich der Kehlnaht (7) ein Ring (3) aus einem Zwischenmetall als Zusatzwerkstoff in einer Ausnehmung (8) des Endes des Rohres (1) deponiert werden und anschließend eine jeweils nacheinander darauf gerichtete Beaufschlagung mit Elektronenstrahlen i5) erfolgt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ELS-Schweißen von Rohren, vorzugsweise aus Metallkombinationen, die aus metallurgischen Gründen nur bedingt miteinander schweißbar sind und die unterschiedliche Abmessungen aufweisen.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Es ist bekannt, Rohre unterschiedlicher Werkstoffe und Abmessungen mit dem Elektronenstrahl zu verschweißen. Das geschieht durch konstruktive Anpassung der Durchmesser und einer I-Stoßvorbereitung mit anschließender, radialer Schweißnaht oder als Überlapptstoß mit durchstechendem Strahl durch beide Rohrenden. Bei metallurgischer Unverträglichkeit der zu ' verbindenden Metalle kann in vielen Fällen mit Zwischenlagen, meist in Form von Folie, gearbeitet werden. Dadurch ist oft erst eine Löslichkeit bzw. begrenzte Mischbarkeit der Komponenten erreichbar. Trotzdem sind bei vielen Kombinationen die Schweißverbindungen nur gering belastbar, weil sich spröde Gefügebestandteile und schlechte Mischungsverhältnisse ausbilden. Zwischenlagen können auch nur beim I-Stoß eingebracht werden. Da hier aber durch die Angleichung der Rohrquerschnitte schon eine Schwächung vorliegt, ist die Festigkeit, besonders gegenüber Biegung, sehr gering. Die Überlapptstoßverbindung hat zwar schon eine konstruktiv gegebene Führung des Innenrohres, aber die eigentlich stoffschlüssige Bindezone ist bei der hier nur möglichen T-Naht sehr schmal und kann vor allem in bezug auf Dichtheit nicht befriedigen. Das beim Überlapptstoß noch mögliche Löten hat den Nachteil, daß derartige Verbindungen nicht in höheren Temperaturbereichen eingesetzt werden können.

   So kann also die Verbindung von Rohren unterschiedlicher Durchmesser und Werkstoffe nicht in allen Fällen den technischen Anforderungen genügen.

   In der DE-OS 3034641 „Verfahren und Vorrichtung zum ELS-Schweißen" wird Zwischenmetall vor dem ELS-Schweißen mittels Lichtbogen-Auftragsschweißung auf die Stoßfläche aufgebracht. Die Nachteile sind dabei der hohe örtliche Wärmeeintrag, eine notwendige mechanische Bearbeitung und generelle metallurgische Probleme bei Sondermetalien (W, Mo) als Grundwerkstoffe.

   Ziel der Erfindung

   Es ist Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum ELS-Schweißen von Rohren unterschiedlicher Abmessungen und Metalle zu schaffen, mit dem as möglich ist, auf einfache Weise die Bindeverhältnisse zwischen den Fügepartnern zu verbessern, sowie Festigkeit und Dichtheit der gesamten Verbindung zu erhöhen.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei welchem durch den Einsatz konstruktiver und technologischer Mittel die geometrisch und metallurgisch bedingten Festigkeitsprobleme weitgehend reduziert und damit auch an bisher bedingt oder nicht schweißbaren Metallkombinationen brauchbare Verbindungen von Rohren möglich werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch eine spezielle Kombination konstruktiver und technologischer Mittel das höchstmögliche Maß an Festigkeit und Dichtheit der Rohrverbindung erreicht wird, und zwar in der Weise, daß eine Verbindung der im Durchmesser unterschiedlichen Rohre über eine verdeckte I-Naht und eine Kehlnaht mit einer Nahtvorbereitung derart erfolgt, daß in die I-Naht eine Zwischenfolie eingelegt und im Bereich der Kehlnaht ein Ring aus einem Zwischenmetall als Zusatzwerkstoff in eine Ausnehmung des Endes des Rohres deponiert werden und anschließend eine jeweils nacheinander darauf gerichtete Beaufschlagung mit Elektronenstrahlen erfolgt. Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren, bei welchem die Verbindung der Rohre unter Ausnutzung ihrer unterschiedlichen Durchmesser und Wandstärken durch eine verdeckte, radiale !-Stoßverbindung und eine mit Hilfe von Zusatzwerkstoff zustande kommende Kehlnaht gebildet wird. Die Nahtvorbereitung geschieht derart, daß die Rohrenden mit Anschlag ineinandergesteckt werden können, wobei zwischen die aneinanderstoßenden Stirnflächen ein Folienring als Zwischenlage eingelegt wird. Die Lage dieses, durch das größere Außenrohr verdeckten i-Stoßes wird beim Drehen zwecks späterer Strahlpositionierung am Umfang markiert. An der Stirnseite des größeren überlappenden Rohres ist eine Kehfnaht vorgesehen. Das Zwischenmetall wird an dieser Stelle in Form eines Ringes eingebracht, der durch eine spezielle Gestaltung der