DE102005002618A1 - Process for limiting the temperature during welding of the ends of a pipe pair comprises carrying out welding as one layer welding with an electric arc and non-consumable electrode without using an additive and further processing - Google Patents
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Abstract
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung der Temperatur beim Schweißen der Enden eines Rohrpaares im schweißnahtnahen Bereich eines dünnwandigen Rohrwerkstoffes nach dem Oberbegriff der Nebenansprüche 1 oder 2 und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The The invention relates to a method for limiting the temperature welding the ends of a pair of tubes in the weld region near a thin-walled Pipe material according to the preamble of the independent claims 1 or 2 and an arrangement for performing of the method according to the preamble of claim 9.
Korrosionsbeständige Stähle mit voll austenitischem Gefügeaufbau, die beispielsweise im Bereich der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, der Chemie oder Pharmazie in Form von Rohren zur Anwendung kommen und dabei miteinander verschweißt werden müssen, erfahren vielfach im schweißnahtnahen Bereich des Rohrwerkstoffes eine unzulässig hohe Erwärmung, die eine Gefügeveränderung in diesem Bereich in Form einer Kornvergrößerung hervorruft und dadurch die Rohre im Bereich der Schweißnaht korrosionsanfällig macht. Eine hohe Wärmebelastung im Bereich der Rundschweißnaht muß daher aus dem vorgenannten Grunde vermieden werden.Corrosion resistant steels with fully austenitic structure, for example in the food and beverage industry, Chemistry or pharmacy in the form of pipes are used and welded together Need to become, often experience welding near the weld Area of the pipe material an impermissibly high heating, the a structural change causes in this area in the form of a grain enlargement and thereby the pipes in the area of the weld susceptible to corrosion power. A high heat load in the area of the round weld must therefore be avoided for the aforementioned reason.
Beim Rundnahtschweißen dieser letztgenannten Rohre, aber auch bei weiteren Rohrarten und Rohrwerkstoffen, sind die Vorschriften zur Nahtvorbereitung und zum Lagenaufbau zur Vermeidung von wurzelseitigen Aufmischungen strengstens zu beachten. Dies bedeutet beispielsweise im Hinblick auf die Temperatur beim Schweißen der Enden des Rohrpaares im schweißnahtnahen Bereich des Rohrwerkstoffes, dass diese Temperatur eine bestimmte zulässige Grenztemperatur nicht überschreiten darf, da es ansonsten zu den vorstehend erwähnten, die Korrosionsbeständigkeit negativ beeinflussenden Gefügeänderungen kommt.At the Circumferential welding these latter tubes, but also in other types of pipes and Pipe materials, are the requirements for seam preparation and for layering to avoid root-side blending strictly observe. This means for example with regard to the temperature during welding the ends of the tube pair in the region of the tube material close to the weld, that this temperature does not exceed a certain permissible limit temperature Otherwise, it may, in addition to the above-mentioned, the corrosion resistance negatively influencing microstructural changes comes.
Zur Vermeidung kritischer thermischer Beanspruchungen ist es bislang Praxis, dass im Verlauf des mehrlagigen Schweißens der Rundnaht Schweißpausen eingelegt werden, damit sich die Schweißnaht und damit der schweißnahtnahe Bereich des Rohrwerkstoffes abkühlen können und dort eine Temperaturerhöhung über eine kritische Grenztemperatur vermieden wird, die einträte, wenn mehrlagig ohne zeitliche Unterbrechung geschweißt würde.to Avoiding critical thermal stresses so far Practice that in the course of multi-layer welding of the round seam welding breaks be inserted so that the weld and thus close to the weld Cool down the area of the pipe material can and there a temperature increase over one critical limit temperature that would occur if would be welded multiple layers without time interruption.
Eine derartige Vorgehensweise beim Schweißen führt zwangsläufig dazu, dass die Zeit zur Herstellung einer vollständigen mehrlagigen Rundnaht um die Zeitdauer der insgesamt einzulegenden Schweißpausen verlängert wird. Es liegt auf der Hand, dass eine derartige Vorgehensweise zwangsläufig zu relativ hohen Kosten bezogen auf eine Rohrverbindung führt, da sich neben dem größeren zeitlichen Aufwand zur Herstellung der eigentlichen Rundnaht auch der weitere Aufwand für die Herstellung beispielsweise einer aus einer Vielzahl von Rohrleitungsstücken bestehenden Rohrleitung, wie Zeitdauer der Bereitstellung von Einrichtungen zur Rohrverlegung und Qualitätssicherung, entsprechend erhöht.A Such welding procedure inevitably leads to the time to produce a complete multi-layered round seam around the duration of the total welding breaks to be inserted extended becomes. It is obvious that such an approach inevitably at a relatively high cost based on a pipe connection leads, as next to the larger temporal Effort for the production of the actual circumferential seam and the other Effort for the production of, for example, one of a plurality of pipe sections existing Pipeline, such as time of provision of facilities for pipe laying and quality assurance, increased accordingly.
Das vorstehend dargestellte Problem ist insbesondere bei der Rundnaht schweißung korrosionsbeständiger dickwandiger Rohre von Bedeutung, wobei diese Schweißung zwangsläufig in mehreren Lagen und damit unter hoher thermischer Belastung des Werkstoffes durchzuführen ist. Damit nicht unzulässig hohe Temperaturen im schweißnahtnahen Bereich des Rohrwerkstoffes auftreten, wurde in der WO 02/00385 A1 ein Verfahren zur Begrenzung der Temperatur beim Schweißen der Enden eines Rohrpaares im schweißnahtnahen Bereich des Rohrwerkstoffes mittels Gas vorgeschlagen, bei dem der schweißnahtnahe Bereich des Rohrwerkstoffes im Bereich einer vom Schweißen bestimmten Wärmeeinflusszone mit Formiergas beaufschlagt und damit gleichzeitig gekühlt wird, bei dem sich im Rohrwerkstoff der Wärmeeinflusszone eine Temperatur innerhalb eines durch eine obere und eine untere Grenztemperatur vorgegebenen Temperaturbereichs einstellt, bei dem das Formiergas als kryogene Flüssigkeit bereitge stellt wird und die Beaufschlagung mit Formiergas im gasförmigen Zustand und die Kühlung der Wärmeeinflusszone in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt erfolgen.The The problem presented above is especially in the case of the circumferential seam welding corrosion-resistant thick-walled tubes of importance, this weld being inevitably in several layers and thus under high thermal stress of the material perform is. Not inadmissible high temperatures near the weld Area of the pipe material was in WO 02/00385 A1 a method for limiting the temperature during welding Ends of a pipe pair in the region of the pipe material near the welding area proposed by gas, in which the welding seam near the area of the pipe material in the field of welding certain heat affected zone subjected to forming gas and cooled at the same time, in which in the pipe material of the heat affected zone a temperature within one by an upper and a lower limit temperature preset temperature range at which the forming gas as a cryogenic liquid bereitge is provided and the application of forming gas in the gaseous state and the cooling of the Heat affected zone dependent on controlled by the temperature.
Das vorstehend dargestellte Problem besteht allerdings nicht nur bei dickwandigen Rohren, die mehrlagig geschweißt werden müssen und die aus korrosionsbeständigem Stahl mit voll austenitischem Gefügeaufbau bestehen, sondern es besteht auch bei dünnwandigen Rohrwerkstoffen, die durch Einlagenschweißung mittels Lichtbogen unter Verwendung von Schutzgas und nicht abschmelzender Elektrode und ohne Verwendung von Zusatzwerkstoff miteinander verbunden werden können.The However, the above problem is not only with thick-walled pipes, which must be welded in multiple layers and made of corrosion-resistant steel with fully austenitic structure exist, but it also exists in thin-walled pipe materials, the by deposit welding using an arc using inert gas and non-consumable electrode and be joined together without using filler material can.
Diesbezügliche Anforderungen sind insbesondere für Rundnähte molchbarer Rohrleitungen zu erfüllen, wobei die Schweißverbindung mittels sog. Orbitalschweißvorrichtungen ausgeführt wird. Letztere eigenen sich in Verbindung mit dem vorgenannten Lichtbogenschweißen zum Schweißen von Rohrverbindungen bis zu Wandstärken von etwa 4 mm. Bei molchbaren Rohrleitungen ist die Ausführung der geschweißten Verbindungsstellen von entscheidender Bedeutung für die Funktionsfähigkeit und Lebensdauer des Molches. Durchhängende Schweißnahtwurzeln stellen erhöhte Widerstände für den in der Rohrleitung unter einer bestimmten radialen Vorspannung stehenden Molch dar, die zu schwankenden und auf das Gesamtsystem sich nachteilig auswirkenden Treibdrücken führen. Ein Durchhängen der Schweißnahtwurzel ist daher bei molchbaren Rohrleitungen in jedem Falle zu vermeiden.Related requirements are to be met in particular for round seams of piggable pipes, wherein the welded joint is carried out by means of so-called. Orbitalschweißvorrichtungen. The latter are suitable in connection with the aforementioned arc welding for welding pipe joints up to wall thicknesses of about 4 mm. In the case of piggable pipelines, the design of the welded joints is of crucial importance to the viability and durability of the pig. Sagging weld roots present increased resistance to swaying in the pipeline under a particular radial prestressing pig cause and on the overall system adversely impacting driving pressures. A sagging of the weld root is therefore to be avoided with piggable pipes in any case.
Um
die letztgenannten Rohrverbindungen unter den genannten Randbedingungen
befriedigend schweißen
zu können,
wird in der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Temperatur beim Schweißen der Enden eines Rohrpaares im schweißnahtnahen Bereich eines dünnwandigen Rohrwerkstoffes wirksam zu kontrollieren und zu begrenzen und das Schweißverfahren derart anzupassen, dass die nachteilige Wirkung des beim Schweißen auftretenden Wärmeanfalls auf den Rohrwerkstoff nicht eintritt.It Object of the present invention, the temperature during welding Ends of a pair of tubes in the weld region near a thin-walled Effectively control and limit pipe material and that Welding process like this adapt that the adverse effect of occurring during welding heat attack does not occur on the pipe material.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs 1 oder des Nebenanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 9 gekennzeichnet. Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorgeschlagenen Anordnung ist Gegenstand des nachgeordneten Unteranspruchs.These Task is by a method with the features of the independent claim 1 or the additional claim 2 solved. Advantageous embodiments of the proposed method are Subject of the dependent claims. An arrangement for performing of the method according to the invention is characterized by the features of claim 9. An advantageous embodiment the proposed arrangement is the subject of the subordinate Under claim.
Die verfahrenstechnische Lösung baut auf aus dem aus der WO 02/00385 A1 bekannten Lösungsansatz, dass nämlich das beim Schweißen derartiger Rundnähte erforderliche Formiergas, das die Oxydation der Schweißnaht verhindert und von der Innenseite des Rohres an die Schweißnaht in deren Wurzelbereich herangeführt wird, gleichzeitig genutzt wird zur Kühlung des schweißnahtnahen Bereichs des Rohrwerkstoffes im Bereich einer vom Schweißen bestimmten Wärmeeinflusszone, sodass sich im Rohrwerkstoff der Wärmeeinflusszone eine Temperatur innerhalb eines von einer oberen und einer unteren Grenztemperatur vorgegebenen Temperaturbereichs einstellt. Hierzu sieht das bekannte Verfahren vor, dass das Formiergas, beispielsweise Stickstoff oder Argon, als tiefkaltes verflüssigtes Gas bereitgestellt wird. Damit ist die gesamte Enthalpie des Gases von seiner Siedetemperatur bei dem entsprechenden Bereitstellungsdruck in der Flüssigphase bis zu einer oberen Temperatur in der Gasphase, die aufgrund des notwendigen Wärmeüberganges wenigstens etwas unterhalb der einzuhaltenden Temperatur liegt, ausnutzbar.The procedural solution builds on the approach known from WO 02/00385 A1, that is that when welding such round seams required forming gas, which prevents the oxidation of the weld and from the inside of the tube to the weld in its root area brought is used at the same time for cooling the welding seam near Area of the pipe material in the area of one determined by welding Heat affected zone so that in the pipe material of the heat affected zone a temperature within one of an upper and a lower limit temperature set temperature range. This looks the well-known Method that the forming gas, such as nitrogen or Argon, as a cryogenic liquefied Gas is provided. This is the total enthalpy of the gas from its boiling temperature at the appropriate supply pressure in the liquid phase up to an upper temperature in the gas phase, due to the necessary Heat transfer at least slightly below the temperature to be maintained, exploitable.
Das an sich bekannte Merkmal der Kühlung der Wärmeeinflusszone durch das Formiergas wird nun erfindungsgemäß auf das Schweißen der Enden eines Rohrpaares im schweißnahtnahen Bereich eines dünnwandigen Rohrwerkstoffes übertragen, wobei das Schweißen
- • als Einlagenschweißung oder alternativ
- • als Zweilagenschweißung
- • as a deposit welding or alternatively
- • as two-layer welding
Die Entscheidung, ob das dünnwandige Rohr einlagig oder zweilagig und jeweils mit den weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen geschweißt wird, hängt u.a. auch vom zu verschweißenden Rohrwerkstoff ab. Bei höchsten Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit, d.h. wenn geringe oder geringste Kornvergrößerungen gewünscht bzw. anzustreben sind, wird vorab die Entscheidung für die Zweilagenschweißung getroffen. Durch diese wird die gesamte beim Schweißvorgang zur Verbindung der Rohrleitungsenden einzubringende Wärme, zeitlich und örtlich gesehen, im Verhältnis zur Einlagenschweißung entsprechend gestreckt, sodass die spezifische Wärmebelastung (Wärmeeintrag/Zeiteinheit) entsprechend reduziert und das beteiligte Werkstoffgefüge thermisch geringer belastet ist. Dies wirkt sich – neben den diesbezüglich in der gleichen Richtung wirksamen anderen erfindungsgemäßen verfahrenstechnischen Merkmalen – positiv auf das Gefüge im schweißnahtnahen Bereich aus.The Decision, whether the thin-walled pipe single-layer or double-layered and in each case with the further features according to the invention is welded, depends i.a. also from to be welded From pipe material. At highest Requirements for corrosion resistance, i. if low or smallest grain enlargements required and / or should be striven for, the decision for the two-layer welding is made in advance. Through this, the whole during the welding process to connect the Pipe end heat to be applied, time and place, in relation to for deposit welding stretched accordingly, so that the specific heat load (heat input / time unit) accordingly reduced and the involved material structure thermally less burdened is. This affects - next to the in this regard in the same direction effective other inventive process engineering Characteristics - positive on the structure near the weld Area off.
Die Zweilagenschweißung zeichnet noch einen weiteren Vorteil gegenüber der Einlagenschweißung aus, der darin besteht, dass sich nach Einbringung der ersten Schweißlage und der dadurch bedingten Schrumpfwirkung auf die Rohrleitungsenden im Ergebnis nach Fertigstellung der zweiten Schweißlage eine geringfügige und durchaus erwünschte Überhöhung der Schweißnaht sowohl innen als auch außen ergibt.The Zweilagenschweißung distinguishes another advantage over the deposit welding, the fact that after introduction of the first welding position and the consequent shrinkage effect on the pipe ends in Result after completion of the second welding position a minor and quite desirable elevation of the Weld both inside and outside results.
Ein weiterer entscheidender erfinderischer Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in der Wärmeeinflusszone die Verteilung der Temperatur über den Umfang wenigstens eines Rohrleitungsendes fortlaufend ermittelt wird und dass das Schweißen bei Überschreiten der oberen Grenztemperatur aufgrund einer maximalen Temperatur der aktuellen Temperaturverteilung unterbrochen wird. Somit ist es möglich, die Temperatur im schweißnahtnahen Bereich, der Wärmeeinflusszone, wirksam zu kontrollieren und zu begrenzen. Um die erforderlichen Qualitätskriterien für die Schweißnaht einhalten zu können, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Schweißvorgang nach Unterschreiten der oberen Grenztemperatur aufgrund einer maximalen Temperatur der nunmehr aktuellen Temperaturverteilung dergestalt fortgesetzt wird, dass zunächst das Schweißwerkzeug, über den Umfang der Rohrleitungsenden gesehen, einen sektoralen Rücklauf erfährt und dass anschließend auf der dem Rücklauf zuzuordnenden Umfangsstrecke bis zum Ende der bislang fertiggestellten Schweißnaht eine Vorheizung erfolgt. Damit wird erreicht, dass die nachteilige Wirkung des beim Schweißen auftretenden Wärmeanfalls auf den Rohrwerkstoff, die überhitzungsbedingte Kornvergrößerung im Gefüge, nicht eintritt. Die Ausgestaltung des Schweißverfahrens nach einer temperaturbedingten Unterbrechung des Schweißvorganges stellt insbesondere sicher, dass an keiner Stelle des gesamten Nahtverlaufs ein wurzelseitiges Durchhängen der Naht auftritt.One another crucial inventive idea of the present Invention is that in the heat affected zone, the distribution of Temperature over continuously determines the circumference of at least one pipe end will and that welding when crossing the upper limit temperature due to a maximum temperature of current temperature distribution is interrupted. Thus it is possible the Temperature near the weld Area, the heat affected zone, effective to control and limit. To the required quality criteria for the Keep weld to be able to the invention further provides that the welding process after falling below the upper limit temperature due to a maximum Temperature of the now current temperature distribution such continues that first the Welding tool, over the Scope of the pipe ends seen, undergoes a sectoral return and that afterwards on the return to be assigned Circumference to the end of the previously completed weld one Preheating is done. This will ensure that the adverse effect when welding occurring heat accumulation on the pipe material, the overheating - caused grain enlargement in Structure, does not occur. The design of the welding process after a temperature-induced Interruption of the welding process in particular ensures that at no point in the entire seam course a root-side sagging the seam occurs.
Die Einbringung der zweiten Schweißlage kann bei der Verfahrensvariante „Zweilagenschweißung" erfindungsgemäß in vier verfahrenstechnischen Ausge staltungen erfolgen, wobei die jeweilige Auswahl der in Frage kommenden Ausgestaltung vom Rohrwerkstoff, der spezifischen Wärmebelastung beim Schweißen und von den Rohrabmessungen (Durchmesser/Wandstärken-Verhältnis) bedingt ist.The Introduction of the second welding layer can in the process variant "two-layer welding" according to the invention in four procedural events take place, with the respective selection the eligible embodiment of the pipe material, the specific heat stress when welding and the pipe dimensions (diameter / wall thickness ratio) is conditional.
Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen zweilagigen Verfahrens sieht vor, dass sich die zweite Schweißlage, zeitlich und örtlich gesehen, unmittelbar an das Ende der ersten Schweißlage anschließt. Diese Vorgehensweise ist bei weniger kritischen thermischen Belastungen angezeigt.A First embodiment of the inventive two-layer process provides that the second welding position, temporally and locally, immediately at the end of the first welding position followed. This approach is at less critical thermal loads displayed.
Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen zweilagigen Verfahrens sieht vor, dass sich die zweite Schweißlage mit zeitlicher Unterbrechung unmittelbar an das Ende der ersten Schweißlage anschließt. Diese Vorgehensweise ist bei kritischen thermischen Belastungen angezeigt.A Second embodiment of the inventive two-layer process provides that the second welding position with a time interruption immediately at the end of the first welding position followed. This procedure is for critical thermal loads displayed.
Eine dritte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen zweilagigen Verfahrens sieht vor, dass die zweite Schweißlage, zeitlich gesehen, unverzüglich an anderer Stelle als dem Ende der ersten Schweißlage ihren Anfang nimmt. Diese Vorgehensweise ist angezeigt, wenn die thermische Belastung weniger kritisch ist, die Rohrgeometrie dagegen ein Positionswechsel der Schweißelektrode beim Übergang zwischen der ersten und der zweiten Schweißlage ratsam erscheinen lässt.A third embodiment of the inventive two-layer process provides that the second welding position, in terms of time, immediately other than the end of the first welding position begins. These Procedure is indicated if the thermal load less critical is the pipe geometry, however, a change in position of the welding electrode at the transition between the first and second welding position seems advisable.
Eine vierte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen zweilagigen Verfahrens sieht schließlich vor, dass die zweite Schweißlage mit zeitlicher Unterbrechung an anderer Stelle als dem Ende der ersten Schweißlage ihren Anfang nimmt. Diese Vorgehensweise ist angezeigt, wenn sowohl die thermische Belastung als auch die Rohrgeometrie im vorg. Sinne kritisch sind.A fourth embodiment of the inventive two-layer process finally sees before that the second welding position with a time interruption elsewhere than the end of the first welding position it starts. This procedure is indicated when both the thermal load as well as the tube geometry in vorg. Sense critical are.
Um eine besonders hohe Kühlleistung des Formiergases bereitzustellen, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung sowohl mit Blick auf die Einlagen- als auch die Zweilagenschweißung vor, dass das Formiergas als kryogene Flüssigkeit bereitgestellt wird.Around a particularly high cooling capacity provide the Formiergases, sees an advantageous embodiment the method according to the invention both with regard to both deposit and double-layer welding, that the forming gas is provided as a cryogenic liquid.
Zur variablen Anpassung an die unterschiedlichsten thermischen Belastungen werden diesbezüglich zwei Verfahrensvarianten vorgeschlagen. Die erste Variante besteht darin, das tiefkalte verflüssigte Gas aus einem sogenannten Vorratsbehälter und Kaltverdampfer für kryogene Flüssigkeit zu entnehmen und in einem externen Verdampfer zu verdampfen. Der so erzeugte Sattdampf verlässt etwa mit Siedetemperatur, die beispielsweise für einen Umgebungsdruck von ca. 1 bar für Stickstoff bei etwa 77 K (Kelvin) und für Argon bei ca. 87 K liegt, den Verdampfer und wird mit etwa dieser Temperatur auch in die vorgeschlagene Anordnung eingeleitet.to variable adaptation to a wide variety of thermal loads be in this regard proposed two variants of the method. The first variant exists in it, the cryogenic liquefied gas from a so-called reservoir and cold evaporator for cryogenic liquid and evaporate in an external evaporator. Of the Saturated steam thus produced leaves for example, with boiling temperature, for example, for an ambient pressure of about 1 bar for Nitrogen at about 77 K (Kelvin) and argon at about 87 K, the evaporator and is at about this temperature also in the proposed Arrangement initiated.
Falls die thermische Belastung beim Schweißen derart ansteigt, dass eine hinreichende Kühlung mit dem tiefkalten Formiergas-Dampf, der im günstigsten Fall Sattdampftemperatur hat, nicht mehr sichergestellt ist, sieht eine zweite Verfahrensvariante vor, unter Umgehung des Verdampfers das dem Vorratsbehälter und Kaltverdampfer unmittelbar entnommene tiefkalte verflüssigte Gas direkt der erfindungsgemäßen Anordnung zuzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, die Verdampfungswärme des tiefkalten verflüssigten Gases zu nutzen und so eine noch intensivere Kühlung der Anordnung und letztlich des in Frage kommenden schweißnahtnahen Bereichs des Rohrwerkstoffes zu erreichen. Auf dem Weg in den schweißnahtnahen Bereich wird das tiefkalte verflüssigte Gas zwar verdampfen, jedoch steht dann dort ein Formiergas zur Verfügung, das in jedem Falle eine tiefere Temperatur besitzt, als dies bei einer Beschickung der erfindungsgemäßen Anordnung mit Formiergas in gasförmiger Phase der Fall ist. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die über den Verdampfer geleitete kryogene Flüssigkeit dort bereits ihre Verdampfungsenthalpie bereitstellt, ohne dass diese zur Kühlung der Schweißnaht bzw. der schweißnahtnahen aufgeheizten Bereiche der erfindungsgemäßen Anordnung genutzt werden konnte.If the thermal load during welding increases in such a way that sufficient cooling with the cryogenic forming gas vapor, which in the best case has saturated steam temperature, is no longer ensured, a second process variant provides, bypassing the evaporator, the storage tank and cold evaporator immediately removed deep cold to supply liquefied gas directly to the arrangement according to the invention. In this way it is possible to use the heat of vaporization of the cryogenic liquefied gas and thus to achieve an even more intensive cooling of the arrangement and ultimately of the area of the tube material which is near the weld region. On the way to the region close to the weld area, the cryogenic liquefied gas will indeed evaporate, but then there is a forming gas available, which in any case has a lower temperature than is the case with a charging of the arrangement according to the invention with forming gas in the gaseous phase. This results from the fact that the cryogenic liquid passed over the evaporator already provides its enthalpy of vaporization there without this could be used for cooling the weld or the welded seam near heated areas of the inventive arrangement.
Die miteinander zu verschweißenden Rohrenden werden innenseits vorzugsweise mit der sogenannten Innenspannvorrichtung gespannt und koaxial zueinander ausgerichtet. Ein auf der Außenseite der Rohrleitungen positioniertes Schweißwerkzeug und die Rohrleitungen führen eine auf die Achse der Rohrleitungen bezogene Rotationsbewegung relativ zueinander aus. In der Innenspannvorrichtung sind zwei sogenannte Spannerköpfe vorgesehen, deren Spannbacken beiderseits der Schweißnaht kreisförmig angeordnet sind und die zwischen sich einen Ringraum bilden, der rohrseitig vom Wurzelbereich der Schweißnaht (Wärmeeinflusszone) berandet ist. Eine derartige Innenspannvorrichtung ist beispielsweise in dem Gebrauchsmuster DE-U-90 05 893 oder auch in der EP-B-0 215 868 beschrieben. Der vorgenannte ringförmige Raum zwischen den Spannbacken innerhalb der umlaufenden Schweißnaht wird in an sich bekannter Weise im Zuge der Herstellung der Rundnaht mit dem notwendigen Formiergas beaufschlagt, das in der Regel im Bereich der Längsachse (Rohrachse) der Innenspannvorrichtung letzterer zugeführt wird und zu beiden Seiten der Rundnaht, jeweils über Abströmöffnungen der gasdurchlässig ausgebildeten Spannbacken, abströmen kann.The to be welded together Pipe ends are on the inside preferably with the so-called inner clamping device stretched and aligned coaxially with each other. One on the outside the piping positioned welding tool and the piping to lead relative to the axis of the pipes relative rotational movement to each other. In the inner clamping device are two so-called Spanner heads provided, the clamping jaws arranged on both sides of the weld circular are and between them form an annular space, the tube side from the root area of the weld (Heat affected zone) is bounded. Such an inner clamping device is for example in the utility model DE-U-90 05 893 or also in EP-B-0 215 868 described. The aforementioned annular space between the jaws within the circumferential weld is known per se Way in the course of production of the round seam with the necessary forming gas acted upon, usually in the region of the longitudinal axis (tube axis) of the inner clamping device fed to the latter is and on both sides of the round seam, each formed via outflow openings of the gas permeable Clamping jaws, can flow out.
Das vorgeschlagene Verfahren führt nun diesem vorstehend beschriebenen Ringraum zwischen den Spannerköpfen, einer Kühl- und Formiergaskammer, das tiefkalte Formiergas zu, welches hier dann die vom Schweißen bestimmte, beiderseits der Schweißnaht in den Rohrleitungsenden sich ausbreitende Wärmeeinflusszone intensiv kühlen kann. Die Kühl- und Formiergaskammer wird außenseits begrenzt von der Wärmeeinflusszone und sie erstreckt sich jeweils beiderseits der Schweißnaht in Richtung der Achsen der Rohrleitung.The proposed method leads now this annular space described above between the clamping heads, a Cold and Forming gas chamber, the deep-cold forming gas, which here then from welding certain, on either side of the weld in the pipe ends spreading heat-affected zone cool intensively can. The cooling and forming gas chamber becomes outside limited by the heat affected zone and it extends on either side of the weld in Direction of the axes of the pipeline.
Um die Kühlung der Wärmeeinflusszone wirksam und hinreichend regeln zu können, ist in deren Bereich eine Einrichtung zur Temperaturmessung vorgesehen, mit der die Temperatur der Außenwand eines Rohrleitungsendes erfasst wird. Darüber hinaus ist eine erste Steuereinheit vorgesehen, die über Messleitungen mit der Einrichtung zur Temperaturmessung und über Steuerleitungen mit Absperrventilen einer Formiergasversorgung verbunden ist.Around the cooling the heat affected zone effective and be able to regulate sufficiently is in the area provided a device for measuring temperature, with the temperature of the outer wall a pipe end is detected. In addition, a first control unit provided that over Test leads with the device for temperature measurement and via control lines connected to shut-off valves of a Formiergasversorgung.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die vorstehend kurz umrissene Anordnung vor, dass über den Umfang wenigstens eines Rohrleitungsendes mehr als eine Temperaturmessstelle der Einrichtung zur Temperaturmessung verteilt angeordnet ist und dass eine zweite Steuereinheit vorgesehen ist, die über eine dritte Steuerleitung mit dem Schweißwerkzeug verbunden ist und dieses steuert und die über eine Leitung für Signalverarbeitung mit der ersten Steuereinheit in Verbindung steht, um die Daten zur Steuerung des Schweißwerkzeuges zu empfangen.to execution the method according to the invention the above briefly outlined arrangement that above the Scope of at least one pipe end more than one temperature measuring point the device is arranged distributed for temperature measurement and that a second control unit is provided, which has a third control line is connected to the welding tool and this controls and the over a line for Signal processing is in communication with the first control unit, to receive the data for controlling the welding tool.
Unter den gegebenen Betriebsbedingungen ist es von Vorteil, wie dies eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung gemäß der Erfindung vorsieht, dass die Temperaturmessstellen berührungsfrei arbeitend realisiert sind.Under the given operating conditions, it is advantageous, like this one advantageous embodiment of the proposed arrangement according to the invention Provides that the temperature measuring realized without contact are.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigenOne embodiment an arrangement for carrying out the method according to the invention is shown in the drawing and will be described below. Show it
- 1
- erstes Rohrleitungsende
- 2
- zweites Rohrleitungsende
- 3
- Innenspannvorrichtung
- 3*
- erster Spannerkopf
- 3a*
- erster Innenteil
- 3aa*
- erster Außenteil
- 3**
- zweiter Spannerkopf
- 3a**
- zweiter Innenteil
- 3ab**
- Verlängerung
- 3aa**
- zweiter Außenteil
- 3c
- erste Antriebsstange
- 3c*
- erster Antriebskolben
- 3d
- zweite Antriebsstange
- 3d*
- zweiter Antriebskolben
- 3e
- erste Druckmittelbohrung
- 3f
- zweite Druckmittelbohrung
- 3g
- Formiergasbohrung
- 3g*
- Querbohrung
- 3h
- Schaf
- 3i
- Versorgungsrohr
- 3k
- Kupplungsvorrichtung
- 3l
- Verteilungskammer
- 3m
- Verteilungsbohrung
- 3n
- feinporig strukturierte Verteilungshülse (Sintermetall)
- 3o*
- erste Abströmöffnungen
- 3o**
- zweite Abströmöffnungen
- 4
- Schweißwerkzeug
- 5
- Gasleitung
- 6
- Leitung für Flüssiggas
- 7
- Sammlerteil
- 8.1
- erste Steuereinheit (Gaszufuhr)
- 8.2
- zweite Steuereinheit (Schweißwerkzeug)
- 9
- erstes ferngesteuertes Absperrventil
- 10
- zweites ferngesteuertes Absperrventil
- 11
- Einrichtung zur Temperaturmessung
- 11.1a
- erste Temperaturmessstelle
- 11.2a
- zweite Temperaturmessstelle
- 11.ia
- i-te Temperaturmessstelle
- 11.na
- n-te Temperaturmessstelle
- 12
- Anzeige- und Umschalteinrichtung
- 13
- Messleitung der Temperaturmessstelle, allgemein
- 13a
- erste Messleitung der Temperaturmessstellen, allgemein
- 13.1a
- erste Messleitung der ersten Temperaturmessstelle
- 13.2a
- erste Messleitung der zweiten Temperaturmessstelle
- 13.ia
- erste Messleitung der i-ten Temperaturmessstelle
- 13.na
- erste Messleitung der n-ten Temperaturmessstelle
- 13b
- zweite Messleitung
- 14
- Steuerleitung, allgemein
- 14a
- erste Steuerleitung
- 14b
- zweite Steuerleitung
- 14c
- dritte Steuerleitung
- 14d
- Leitung für Signalverarbeitung
- A
- Antriebszylinder
- D
- Druckmittel (z.B. Druckluft oder Hydrauliköl)
- G
- Formiergas
- K
- Kühl- und Formiergaskammer, ringförmig
- LG
- tiefkaltes verflüssigtes Gas (kryogene Flüssigkeit)
- R1
- erste Rohrleitung
- R2
- zweite Rohrleitung
- S
- Schweißnaht
- Z
- Wärmeeinflusszone
- ϑgo
- obere Grenztemperatur
- ϑgu
- untere Grenztemperatur
- 1
- first pipe end
- 2
- second pipe end
- 3
- Interior fixture
- 3 *
- first tensioner head
- 3a *
- first inner part
- 3aa *
- first outer part
- 3 **
- second tensioner head
- 3a **
- second inner part
- 3ab **
- renewal
- 3aa **
- second outer part
- 3c
- first drive rod
- 3c *
- first drive piston
- 3d
- second drive rod
- 3d *
- second drive piston
- 3e
- first pressure medium bore
- 3f
- second pressure medium bore
- 3g
- Formiergasbohrung
- 3g *
- cross hole
- 3h
- sheep
- 3i
- supply pipe
- 3k
- coupling device
- 3l
- distribution chamber
- 3m
- distribution bore
- 3n
- fine-pored structured distribution sleeve (sintered metal)
- 3o *
- first outflow openings
- 3o **
- second outflow openings
- 4
- welding tool
- 5
- gas pipe
- 6
- Line for liquefied gas
- 7
- collectors part
- 8.1
- first control unit (gas supply)
- 8.2
- second control unit (welding tool)
- 9
- first remote-controlled shut-off valve
- 10
- second remote-controlled shut-off valve
- 11
- Device for temperature measurement
- 11.1a
- first temperature measuring point
- 11.2a
- second temperature measuring point
- 11.ia
- i-th temperature measuring point
- 11.na
- nth temperature measuring point
- 12
- Display and switching device
- 13
- Measuring line of the temperature measuring point, general
- 13a
- first measuring line of the temperature measuring points, general
- 13.1a
- first measuring line of the first temperature measuring point
- 13.2a
- first measuring line of the second temperature measuring point
- 13.ia
- first measuring line of the i-th temperature measuring point
- 13.na
- first measuring line of the nth temperature measuring point
- 13b
- second measuring line
- 14
- Control line, general
- 14a
- first control line
- 14b
- second control line
- 14c
- third control line
- 14d
- Cable for signal processing
- A
- drive cylinder
- D
- Pressure medium (eg compressed air or hydraulic oil)
- G
- forming gas
- K
- Cooling and forming gas chamber, ring-shaped
- LG
- cryogenic liquefied gas (cryogenic liquid)
- R1
- first pipeline
- R2
- second pipeline
- S
- Weld
- Z
- Heat affected zone
- θ go
- upper limit temperature
- θ gu
- lower limit temperature
- W
- Wurzelbereich
- ϑ
- Temperatur in der Wärmeeinflusszone Z
- ϑa ; ϑa*
- Temperatur an der Außenwand des Rohrleitungsendes
- W
- root area
- θ
- Temperature in the heat affected zone Z
- θ a ; θ a *
- Temperature at the outer wall of the pipe end
- a, b, c,a, b, c,
- d, ed, e
- Schweißnahtposition der ersten Steignaht N1 Weld seam position of the first stitching seam N 1
- f, g, h, if g, h, i
- Schweißnahtposition der zweiten Steignaht N2 Weld seam position of the second stitch seam N 2
- NN
- Vorheizungpreheating
- N1 N 1
- erste Steignahtfirst Vertical welding
- N11 N 11
- erster Teil der ersten Steignaht N1 first part of the first stitching seam N 1
- N12 N 12
- zweiter Teil der ersten Steignaht N1 second part of the first stitching seam N 1
- N2 N 2
- zweite Steignahtsecond Vertical welding
- RR
- Rücklaufreturns
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Über eine
Schweißnaht
S (
Der
erste Spannerkopf
Die
vorstehend beschriebene Innenspannvorrichtung
Das
Antriebsgehäuse
A ist auf seiner den Spannerköpfen
Das
erste und das zweite Rohrleitungsende
Der
Antriebszylinder A endet in dem Versorgungsrohr
Bei
einer Entnahme über
einen nicht dargestellten Verdampfer der Formiergasversorgung strömt das tiefkalte
Gas entweder als Sattdampf oder, bei hinreichender Wärmezufuhr,
als kaltes Gas G über
die Gasleitung
Der
erfindungsgemäßen Anordnung
ist eine erste Steuereinheit
Des
weiteren ist eine zweite Steuereinheit
In
Die über den
Umfang der Rohrleitungsenden
Verfahrensvariante 1Process variant 1
In
der ersten Steuereinheit
Der
vorstehend kurz dargestellte Schweißvorgang ist in
Die vorstehend beschriebene Abfolge der beschriebenen Schweißnahtabschnitte gilt bei der Verfahrensvariante „Zweilagenschweißung" sowohl für die Einbringung der ersten Schweißlage als auch der zweiten Schweißlage. Bei der Einbringung der zweiten Schweißlage kann nach den vorstehend beschriebenen vier verfahrenstechnischen Ausgestaltungen vorgegangen werden.The above-described sequence of the described weld sections applies in the Method variant "two-layer welding" for the introduction of the first welding layer as well as the second welding layer In the introduction of the second welding layer, it is possible to proceed according to the above-described four procedural embodiments.
Bei
der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen zweilagigen Verfahrens
schließt
sich die zweite Schweißlage,
zeitlich und örtlich
gesehen, unmittelbar an das Ende der ersten Schweißlage an die
Schweißposition
e an (
Bei
der zweiten Ausgestaltung schließt sich die zweite Schweißlage mit
zeitlicher Unterbrechung gleichfalls unmittelbar an das Ende der
ersten Schweißlage
an die Schweißposition
e an (
Die
dritte Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Schweißlage, zeitlich
gesehen, unverzüglich an
anderer Stelle als dem Ende der ersten Schweißlage (Schweißposition
e;
Die
vierte Ausgestaltung sieht vor, dass die zweite Schweißlage mit
zeitlicher Unterbrechung an anderer Stelle als dem Ende der ersten
Schweißlage (Schweißposition
e;
Verfahrensvariante IIProcess variant II
Stellt
sich im Zuge der Durchführung
der Verfahrensvariante
Bei
beiden Verfahrensvarianten ist sichergestellt, dass beim Ausbleiben
des Formiergases G und damit auch der Kühlung die der Steuerung des Schweißwerkzeuges
Claims (11)
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-
2005
- 2005-01-20 DE DE102005002618A patent/DE102005002618A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KALBERG, MARTHA, 22885 BARSBUETTEL, DE |
|
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: KAHLBERG, FRIEDL PAUL, 22885 BARSBUETTEL, VERS, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110802 |