DE102008014932A1

DE102008014932A1 - Vorrichtung zum Schweißplattieren

Info

Publication number: DE102008014932A1
Application number: DE102008014932A
Authority: DE
Inventors: Günter Schwarzer; Marcel Schwarzer; Alexander Warkentin
Original assignee: ThyssenKrupp Xervon Energy GmbH
Current assignee: Mitsubishi Power Europe GmbH
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißplattieren nach dem Metall-Aktivgasschweißen (MAG), bei dem ein Schweißbrenner eine Pendelbewegung ausgeführt und mit Schweißgeschwindigkeit entlang einer vorgegebenen Bahn verfahren wird. Um eine Vorrichtung für die Schweißplattierung von Kesselrohrwänden bereitzustellen, mit welcher ein höherer Grad an Automatisierung mit verbesserten Ergebnissen erreichbar ist, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, eine Vorrichtung zum Schweißplattieren von Kesselrohrwänden nach dem Metall-Aktivschweiß-Verfahren (MAG), bei welchem zwei in Schweißrichtung aufeinander folgende Brenner auf einer Pendeleinrichtung befestigt sind, die mittels einer Antriebsvorrichtung in einer für das Schweißen vorgegebenen Geschwindigkeit auf einer vorgegebenen gradlinigen Bahn verfahren wird, wobei die Brennerhalterung und die Pendeleinrichtung auf einem schienengeführten Schlitten montiert sind, welcher entlang der Schienen mittels einer Antriebsvorrichtung verfahrbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schweißplattieren nach dem Metall-Aktivgasschweißen (MAG), bei dem ein Schweißbrenner eine Pendelbewegung ausführt und mit Schweißgeschwindigkeit entlang einer vorgegebenen Bahn verfahren wird.
Kesselrohrwände sind einer hohen korrosiven Belastung ausgesetzt und werden in Abhängigkeit der verwendeten Medien plattiert. Dabei wird der Grundwerkstoff der Rohrwände, der aus einem im allgemeinen schweißbaren Baustahl besteht, mit einem niedriglegierten Nickelchromstahl beschichtet. Die Schichtdicke kann von wenigen Zehntelmillimetern bis hin zu 3,5 mm betragen.
Dieses Verfahren der Schweißplattierung wird zur Sanierung von bereits benutzten Kesseln eingesetzt, bei denen die Oberfläche aufgrund der Korrosion bereits stark mit Vertiefungen beschädigt ist. Sie wird aber auch bei der Erstauslieferung der Kessel verwendet, um eine vorgegebene Lebensdauer der Bauteile zu erreichen.
Die Ausführung der Schweißplattierung erfolgt mit einem Schweißbrenner im Metall-Aktivgasschweißverfahren (MAG), der auf einer Pendeleinrichtung befestigt ist und an einem Zentralbalken abwärts fährt. Bei der Erstauslieferung von plattierten Kesselrohrwänden stehen die Kessel in der Werkstatt mit ihrer Längsachse senkrecht auf dem Boden. Die entstehende Schweißraupe ist eine Fallnaht mit einer Breite von 10 bis 20 mm. Die Schweißraupen werden mit einer Überlappung von ca. 50% neben bzw. übereinander gelegt. Rohrwand-Ungänzungen werden mittels eines Supports unterhalb des Pendlers von Hand nachkorrigiert. Um passable Schweißparameter und somit die Qualität der Schweißplattierung zu gewährleisten, stellt der Schweißer den Lichtbogen mittels mechanischem Kurbelantrieb ein. Bei neuen Rohrwänden ist diese Verfahren noch praktikabel, da die metallischen Oberflächen noch eben sind und die Kesselwände sich noch nicht verzogen haben. Bei einer Kesselsanierung sind die Wände jedoch abgezehrt, vernarbt und sehr ungleichmäßig in ihrer Oberfläche und metallischen Dicke. Die Mulden und Vertiefungen, die bis zu 1,5 mm betragen, müssen bei der Sanierung ausgeglichen werden.
Um die kundenseitig geforderte Qualität in Bezug auf die Fe-Aufmischung bzw. Schichtdicke zu erreichen, wird im gleichen Verfahren eine zweite Lage (Decklage) darüber geschweißt. Zur Erhöhung der Schweißleistung wird ein zweiter Brenner parallel auf dem Support befestigt, was für den Schweißer kaum zu kontrollieren ist, da er permanent zwei Brenner zu beobachten und manuell einzustellen hat.
Bei einer Sanierung von Kesseln vor Ort ist dies für den Schweißer sehr ermüdend und nicht mehr auf Dauer praktikabel.
Aus der EP 1 486 284 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißplattieren der gattungsgemäßen Art bekannt. Demgemäß umfaßt die Vorrichtung zwei Brenner, die automatisch bzw. mechanisch schaltbar sind und aufeinanderfolgend ein Schweißplattiervorgang durchführen. Gemäß dieser vorbekannten Vorrichtung ist eine Schieneneinheit mittels Motoren ihrerseits auf Schienen verfahrbar. Auf der Schiene selbst ist wiederum mittels eines Motors ein Schlitten verfahrbar und trägt die beiden Brenner.
Bei der vorbekannten Vorrichtung lassen sich dem Grunde nach nur ebene Kesselwandanordnungen schweißen. Darüber hinaus hat die Anordnung den Nachteil, dass sie durch eine Bedienperson, die ihrerseits in einem Fahrkorb die Schweißstrecke abfährt, bedient werden muß. Zu diesem Zweck ist die Anordnung mittels Befestigungsplatten am Fahrkorb angeordnet.
Es hat sich gezeigt, dass die vorbekannte Führung nicht präzise genug ist und unterschiedlichen Bedarf an Brennergeschwindigkeiten, Abständen zur Schweißstelle und dergleichen nicht Rechnung getragen werden kann.
Ausgehend von dem vorbekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Schweißplattierung von Kesselrohrwänden bereitzustellen, mit welcher ein höherer Grad an Automatisierung mit verbesserten Ergebnissen erreichbar ist.
Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Weitere Vorteile und Merkmale sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Dadurch, dass nunmehr die Gesamteinheit aus Händeleinrichtung und Brenner an einem schienengeführten Schlitten angeordnet ist, kann nunmehr die Vorschubgeschwindigkeit entlang der Schweißbahn automatisiert werden, wobei eine sehr präzise Führung gegeben ist.
Gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung kann dies dadurch erfolgen, dass der Schlitten mittels Seilzügen entlang der Schienen verfahrbar ist. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Kettenanordnung kann hier eine sehr präzise Geschwindigkeitssteuerung erfolgen.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag der Erfindung ist an dem Schlitten ein Personenkorb angeordnet, so dass eine Bedienperson zumindest die Option hat, während des Schweißvorganges mitzufahren. In vorteilhafter Weise kann auch vorgesehen sein, dass eine Joystick-Steuerung für die unterschiedlichen Funktionen und Bewegungen der Brennereinheiten vorgesehen ist, um gegebenenfalls automatisiert ablaufende Bewegungsvorgänge übersteuern zu können.
Die Brenner ihrerseits sind grundsätzlich an einer Schwenkvorrichtung angeordnet, und zwar gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung durch eine Mehrfach-Schlitten-Anordnung. Befinden sich die Brenner gemeinsam an einer Grundplatte, ist diese schlittenartig auf einem Schlitten bewegbar, der seinerseits im wesentlichen rechtwinklig dazu auf einem wiederum bewegbaren Schlitten verfahrbar ist. Auf diese Weise können sehr komplexe Bewegungsabläufe sehr präzise und weitgehend automatisch gesteuert durchgeführt werden.
Gemäß einem besonders vorteilhaften Vorschlag der Erfindung kann die Vorschubposition der Brenner in Abhängigkeit von der Schwenkposition gesteuert werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, während eines Pendelvorganges um ein Rohr oder eine gekrümmte Fläche herum die Vorschubposition zu korrigieren und damit den jeweils optimalen Schweißabstand einzustellen.
In vorteilhafter Weise ist die Schwenkeinheit mit der Brenneranordnung ihrerseits am Schlitten schienengeführt. Somit können Bewegungsbeschränkungen des Schlittens gegenüber der zu schweißenden Einheiten ausgeglichen werden.
In Schweißrichtung folgt einem ersten Schweißbrenner (oder Zweidrahtbrenner) ein zweiter Schweißbrenner (oder Zweidrahtbrenner) in einem vorgegebenen Abstand, wobei der erste Schweißbrenner die Pufferlage einer Schweißraupe erzeugt und der zweite Schweißbrenner die Decklage einer Schweißraupe erzeugt, wobei die Decklage die Pufferlage vollständig überdeckt. Damit ist eine gleichmäßige Plattierung möglich, da die Pufferlage die Unebenheiten und Vertiefungen ausgleicht und die Decklage mit sehr genauer Dickeneinstellung geschweißt werden kann. Es sind nach diesem Verfahren sehr dünne und gleichmäßige Plattierungen möglich, was sich vorteilhaft für die Schweißgeschwindigkeit auswirkt. Bei einer Pufferlage von 1 mm Dicke und einer Decklage von 1 mm Dicke sind Schweißgeschwindigkeiten bis 0,8 m/min möglich. Bei dem neu entwickelten Zweidrahtdoppelbrennerhalter können Schweißgeschwindigkeiten ohne Pendelvorgang von bis zu 1,75 m/min erreicht werden. Da gleichzeitig jede Schweißposition nur einmal angefahren wird, und durch die hohe Schweißgeschwindigkeit die eingebrachte Streckenergie reduziert wird, ergibt sich eine geringere Schrumpfung des Werkstoffes und damit die Spannungen im Kessel.
Dadurch, dass der Abstand der Schweißbrenner in Schweißrichtung 50 bis 200 mm beträgt, und der zweite Schweißbrenner auf die noch heiße Pufferlage die Decklage aufbringt, reduziert sich die Fe-Aufmischung im Werkstoff. Dies ergibt eine feinere Kristallisaiton und damit bessere mechanisch technologische Gütewerte.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, mit den Schweißbrennern unterschiedliche Schweißwerkstoffe zu verarbeiten. So kann die Pufferschicht beispielsweise aus Inconel 625 bestehen, und die Deckschicht aus Inconel 686.
Eine weitere Produktivitätssteigerung läßt sich dadurch erreichen, dass ein zweites Paar Schweißbrenner (oder Zweidrahtbrenner) parallel zu den bisherigen Schweißbrennern angeordnet sind, so dass parallel zur ersten Schweißraupe in einem Abstand von 10 mm bis 1830 mm eine zweite Schweißraupe erzeugt wird. Es ist offensichtlich, dass diese Verfahren nicht nur zum Schweißplattieren verwendet werden kann, sondern auch zum Panzern und zum Puffern.
Dadurch, dass der erste Brenner, der die Pufferlage erzeugt, automatisch gezündet und abgeschaltet werden kann, verringert sich die Schweißzeit erheblich, da die gesamte Vorrichtung damit automatisch in eine neue Schweißlage verfahren kann. Das Zünden und Abschalten des zweiten Brenners erfolgt unter Anpassung an unterschiedliche Brennerabstände ebenfalls automatisch.
Die Erfindung ist an den folgenden Zeichnungen beispielhaft erläutert. Dabei zeigen
1 eine nach der Erfindung erzeugte Schweißplattierung von Kesselrohrwänden;
2 eine Doppelbrenneranlage in Seitenansicht;
3 eine Seitenansicht für ein Ausführungsbeispiel auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
4 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 3;
5 eine Ansicht der Brennerbewegungseinheiten;
6 eine Detailansicht der Brenneranordnung und
7 eine Ansicht einer Schweißposition.
In 1 ist ein Ausschnitt eines Querschnittes einer Kesselrohrwand dargestellt, wie sie nach der Erfindung plattiert wird.
Die Plattierung wird nach folgender Reihenfolge durchgeführt: Zuerst werden alle Stege (2, 2') zwischen den Rohren (1', 1) mit Schweißraupen plattiert. Dazu wird zum Beispiel auf dem Steg (2) eine Pufferlage (11) geschweißt und anschließend direkt durch einen zweiten Brenner die Decklage (11') nachgezogen. Danach erfolgt die Schweißung der Puffer- und Decklage (12, 12'), (13, 13'), (14, 14'), (15, 15') und (16, 16'). Die Überdeckung der Schweißraupen beträgt dabei etwa 5 mm. Überdeckt werden auch die Kehlnähte (3). Eine gleichmäßige Plattierung ist möglich, da die Pufferlagen die ungleichmäßigen Oberflächen und Vertiefungen ausgleichen und die Decklagen dabei die Pufferlagen zu 100% überdecken. Damit kann jederzeit durch die Decklage die erforderliche Plattierungsdicke eingehalten werden. Dieses Verfahren ist nicht nur für Kesselrohrwände geeignet, sondern für alle großen Bauteile, die großflächig plattiert, gepanzert oder gepuffert werden. Neben der Verwendung für Fallnähte eignet sich das Verfahren auch für Überkopfnähte.
Eine bekannte Doppelbrenneranlage in Seitenansicht wird in 2 dargestellt. Zwei übereinander liegende Brenner (20, 21) sind an einem Abstandshalter (22) befestigt. Der Abstand zwischen dem unteren Brenner (20) und dem oberen Brenner (21) kann zwischen 80 und 200 mm betragen. Der Abstandshalter (22) ist geteilt und über einen feststellbaren Zapfen drehbar ausgeführt. Damit sind unterschiedliche Brennerabstände von der Rohrwand und damit eine Anpassung an z. B. eine gewölbte Kesselwand möglich. Die Brenner (20, 21) mit dem Abstandshalter (22) sitzen auf einem gemeinsamen Pendler (23), der an einem Fahrmast (26) abwärts fährt. Mit dem Pendler (23) kann die Breite der Schweißraupe eingestellt werden, die zwischen 10 und 20 mm liegen kann. Die eingestellte Lichtbogenspannung an der Kesselwand steuert über die Schweißstromquelle den Abstand des Quersupportes (24) und damit den Abstand der Brenner (20, 21) von der Kesseloberfläche. Der Quersupport (24) kann über einen manuellen Taster (31) eingerichtet werden. Ein manuelles Verstellen durch einen Schweißer ist damit nicht mehr nötig. Bei Beginn des Schweißvorganges wird erst der untere Brenner (20) automatisch gezündet. Da der obere Brenner (21) zwischen 80 und 200 mm in Schweißrichtung dem unteren Brenner (20) nachfolgt, wird der obere Brenner (21) mit einem mechanischen Ein/Ausschalter gezündet, wenn der obere Brenner (21) die Pufferlage der Schweißraupe erreicht hat. Beim Schweißende schaltet der untere Brenner (20) automatisch ab, und der obere Brenner wird bei Erreichen des Schweißendes mit dem mechanischen Ein/Ausschalter abgeschaltet.
3 ist eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Auf einem im gezeigten Ausführungsbeispiel kippbaren Haltegestell (32) ist eine zu schweißende Kesselrohrwandung (33) aufgelegt und im gezeigten Ausführungsbeispiel in eine vertikale Position gebracht.
Eine im gezeigten Ausführungsbeispiel gezeigte Vertikalschiene (34) ist zwischen einer Deckenschiene (35) und dem Boden (36) eingespannt. An dieser ist der Schlitten (37) geführt, an diesem ist eine Schieneneinheit (38) angeordnet, an welcher die Brennereinheit (39) verfahrbar positioniert ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der Schlitten (37) auch einen Personenkorb (40).
4 zeigt die beschriebenen Elemente, wobei der Schweißträger (32) mit der Rohrwandung (33) in einer abgeklappten Position gezeigt ist. Der Schlitten ist mittels eines Antriebes (41) entlang von Seilen (42) verfahrbar und damit sehr exakt hinsichtlich seiner vertikalen Position einerseits aber auch hinsichtlich der Vorschubgeschwindigkeit andererseits sehr präzise führbar. Die Vorschubgeschwindigkeiten variieren in der Regel doch erheblich, und können beispielsweise zwischen 0,4 und 0,7 m/min liegen.
Gemäß den 5 bis 7 sind die Brenner (50a bis 50d) an einem Brennerhalter (51) bzw. (52) angeordnet. Dieser Brennerhalter (52) seinerseits ist an einem Brennerschlitten (53) angeordnet, der gegenüber einer Tragschiene (54) hin und her bewegbar ist. Diese Details sind vorzugsweise sehr deutlich in 6 gezeigt. Die Schiene (54) ihrerseits ist am Kopf eines Schlittens (55) positioniert, der wiederum auf einer Schiene (56) verfahrbar ist. In den Figuren sind diese Bezugszeichen identisch für die jeweils gleichen Bauteile jeweils eines Brennerpaares verwendet, selbst wenn mehrere Brennerpaare am Schlitten angeordnet sind. Auch in diesem Fall sind gleiche Bauteile mit gleicher Funktion eingesetzt.
Die Schiene (56) ihrerseits ist auf einer Schwenkeinheit (57) angeordnet.
Auf diese Weise können die Brenner in nahezu jeder beliebigen Richtung pendelnd positioniert werden. So ist es beispielsweise auch möglich, wie beispielsweise in 7 gezeigt, je nach Schwenkposition gegenüber dem jeweiligen Rohr einen entsprechenden Vorschub des Brenners in Richtung der Schweißstelle vorzusehen, um auf diese Weise je nach Schweißposition den richtigen Abstand einstellen zu können.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele dient nur der Erläuterung und ist nicht beschränkend.

1, 1': Rohr
2, 2': Steg
3: Kehlnaht
11, 11a, 11b: Pufferlage
11': Decklage
12, 12a: Pufferlage
12': Decklage
13, 13a: Pufferlage
13': Decklage
14, 14a: Pufferlage
14': Decklage
15, 15a: Pufferlage
15': Decklage
16, 16a: Pufferlage
16': Decklage
20, 21: Brenner
22: Abstandshalter
23: Pendler
24: Quersupport
25: Support
26: Fahrmast
28: Fahrschiene
29: Antrieb
30: Panelwand
31: Taster
32: Traggestell
33: Kesselwand
34: Schiene
35: Deckenträger
36: Boden
37: Schlitten
38: Schiene
39: Brennereinheit
40: Gondel
41: Antrieb
42: Seile
50a bis 50d: Brenner
51: Brennerhalter
52: Brennerhalter
53: Brennerschlitten
54: Schlittenschiene
55: Schlittenschiene
56: Schlittenschiene
57: Schwenkeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1486284 [0007]

Claims

Vorrichtung zum Schweißplattieren von Kesselrohrwänden nach dem Metall-Aktivschweiß-Verfahren (MAG), bei welchem zwei in Schweißrichtung aufeinander folgende Brenner auf einer Pendeleinrichtung befestigt sind, die mittels einer Antriebsvorrichtung in einer für das Schweißen vorgegebenen Geschwindigkeit auf einer vorgegebenen gradlinigen Bahn verfahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerhalterung und die Pendeleinrichtung auf einem schienengeführten Schlitten montiert sind, welcher entlang der Schienen mittels einer Antriebsvorrichtung verfahrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten über Seilzüge verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schlitten ein Personenkorb angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner an der Pendeleinrichtung mittels einer Mehrfach-Schlitten-Anordnung befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelgeschwindigkeit/Pendelfrequenz automatisch steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Brennerpositionierung in Abhängigkeit von der Schwenkposition einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkvorrichtung am Schlitten auf Schienen verfahrbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, für die Brennerbewegung eine Joystick-Steuerung vorgesehen ist.