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Die Erfindung betrifft ein Schweißsystem, ein Verfahren zum Schweißen sowie eine Vorrichtung.
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Im Turbinenbau sowie im Anlagen-, Apparate-, Stahl- und Maschinenbau tritt häufig das Erfordernis des Schweißens großvolumiger Schweißnähte mit eingeschränkter und/oder einseitiger Zugänglichkeit auf. Ein Beispiel bildet das Einschweißen der Laufschaufeln von Wasserturbinenläufern oder die dickwandige T-Schweißverbindung von Stegen auf Gurtblechen. Bei einem häufig erforderlichen Vollanschluss beträgt die Nahttiefe oft deutlich mehr als 50 mm.
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Es ist bekannt, Vollanschlüsse der eingangs genannten Art mittels halber V-Nähte, V-Nähten und Doppel-V-Nähten zu verschweißen. Die Öffnungswinkel der genannten Nähte müssen groß genug gewählt werden, damit genügend Freiraum zum Anschmelzen der Nahtflanke mit dem Schweißbrenner erreicht wird. Die vorgenannten Nähte bedingen ein großes Schweißnahtvolumen. Daher wird häufig von einander abgewandten Seiten bis zur Nahtmitte geschweißt, d.h. es werden sogenannte doppelte V-Nähte oder HV-Nähte vorgesehen.
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Die unter diesen Umständen beengten Platzverhältnisse sowie die eingeschränkte Zugänglichkeit machen es erforderlich, manuell zu schweißen. Gerade bei hochbeanspruchten Schweißverbindungen ist dafür nur Schweißpersonal mit entsprechender Ausbildung, Erfahrung und nachgewiesener Handfertigkeit zugelassen. Ein häufig notwendiges Vorwärmen erschwert die Arbeitsbedingungen für das Schweißpersonal zusätzlich erheblich. Große Nahtvolumina bedeuten dabei einen hohen Materialbedarf und lange Fertigungszeiten, so dass Produktivität und Wirtschaftlichkeit nur sehr bedingt gegeben sind.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Schweißsystem sowie ein verbessertes Verfahren zum Schweißen zu schaffen, mit welchem die vorgenannten Nachteile überwunden werden können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche sich besonders wirtschaftlich fertigen lässt.
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Diese Aufgabe wird mit einem Schweißsystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, mit einem Verfahren zum Schweißen mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Vorrichtung mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
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Das erfindungsgemäße Schweißsystem weist einen Engspaltkopf auf. Das Schweißsystem weist zudem ein sich vom Engspaltkopf fortstreckendes Engspaltschwert mit zumindest einer ersten Flachseite auf. An dieser ersten Flachseite überragt der Engspaltkopf das Engspaltschwert an dessen erster Flachseite um höchstens 25 mm. Das Überragen des Engspaltkopfs an der ersten Flachseite des Engspaltschwerts um einen bestimmten Längenbetrag ist derart zu verstehen, dass sich der Engspaltkopf an der ersten Flachseite um höchstens diesen bestimmten Längenbetrag in Richtung quer, d.i. senkrecht, zur Oberfläche dieser ersten Flachseite des Engspaltschwerts fortstreckt. Auf diese Weise benötigt der Engspaltkopf quer zur Oberfläche der ersten Flachseite des Engspaltschwerts nur geringen Raum, d.h. quer zur Oberfläche der ersten Flachseite des Engspaltschwerts „baut der Engspaltkopf kaum auf“. Auf diese Weise lässt sich ein Engspalt mit dem erfindungsgemäßen Schweißsystem auch dann mittels Engspaltschweißens schweißen, wenn der Engspalt in einer Richtung quer zur Längserstreckung und quer zur Tiefe des Engspalts lediglich eingeschränkt zugänglich ist.
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Besonders bevorzugt überragt bei dem erfindungsgemäßen Schweißsystem der Engspaltkopf das Engspaltschwert an dessen erster Flachseite in Richtung quer zur Oberfläche dieser ersten Flachseite um höchstens 15 mm, insbesondere höchstens 10 mm. In dieser Weiterbildung der Erfindung ist der vom Engspaltkopf an der ersten Flachseite beanspruchte Bauraum weiter reduziert. Besonders bevorzugt überragt der Engspaltkopf das Engspaltschwert an dessen erster Flachseite in Richtung quer zur Oberfläche dieser ersten Flachseite lediglich um höchstens 5 mm. Besonders geeignet überragt der Engspaltkopf das Engspaltschwert an dessen erster Flachseite in Richtung quer zur Oberfläche dieser ersten Flachseite um höchstens 1 mm. Idealer Weise überragt der Engspaltkopf das Engspaltschwert an dessen erster Flachseite in Richtung quer zur Oberfläche dieser ersten Flachseite im Rahmen der Fertigungstoleranz gar nicht, d.h. der Engspaltkopf und das Engspaltschwert schließen miteinander nahezu bündig und flächig ab. Alternativ und ebenfalls besonders bevorzugt ist die Oberfläche des Engspaltkopfs an der ersten Flachseite des Engspaltschwerts gegenüber der Oberfläche dieser ersten Flachseite sogar um einen gewissen Längenbetrag zurückgenommen, d.h. vertieft.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung weist bei dem Schweißsystem der Engspaltkopf fern der ersten Flachseite, insbesondere der ersten Flachseite abgewandt, zweckmäßig an einer zweiten Flachseite, zumindest eine Schutzgaszuführung auf. Auf diese Weise beansprucht die Schutzgaszuführung an der ersten Flachseite keinen zusätzlichen Bauraum. Entsprechend lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Schweißsystem auch bei schwer oder einseitig zugänglichen Nahtstellen zuverlässig schweißen.
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Vorzugsweise weist bei dem erfindungsgemäßen Schweißsystem der Engspaltkopf fern der ersten Flachseite, insbesondere der ersten Flachseite abgewandt, zweckmäßig an einer zweiten Flachseite, zumindest eine Kühlfluidzuführung auf. Die Kühlfluidzuführung beansprucht somit am Engspaltkopf an der ersten Flachseite keinen zusätzlichen Bauraum. Entsprechend lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Schweißsystem auch bei schwer oder einseitig zugänglichen Nahtstellen zuverlässig schweißen.
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Zweckmäßigerweise streckt sich bei dem erfindungsgemäßen Schweißsystem das Engspaltschwert über eine Länge von zumindest 50 mm vom Engspaltkopf fort. In dieser Weiterbildung der Erfindung können somit Engspalte mit mindestens 50 mm Tiefe geschweißt werden.
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Besonders bevorzugt streckt sich bei dem erfindungsgemäßen Schweißsystem das Engspaltschwert entlang zumindest 100 mm vom Engspaltkopf fort. Das Schweißen besonders tiefer Engspalte ist mit dem erfindungsgemäßen Schweißsystem in dieser Weiterbildung zuverlässig möglich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Schweißen wird ein Schweißsystem mit einem Engspaltkopf und einem sich vom Engspaltkopf fortstreckenden Engspaltschwert mit zumindest einer ersten Flachseite verwendet. Dabei wird mittels des Engspaltschwerts ein Engspalt geschweißt. Es wird ein solcher Engspaltkopf genutzt, der das Engspaltschwert an dessen erster Flachseite in Richtung quer zur Oberfläche dieser ersten Flachseite um höchstens die Hälfte, vorzugsweise um höchstens ein Viertel, der Breite des Engspaltes überragt.
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Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein erfindungsgemäßes Schweißsystem wie oben erläutert verwendet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zumindest ein mit dem erfindungsgemäßen Schweißsystem geschweißtes Schweißteil auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher besonders zuverlässig und zugleich kostengünstig fertigbar.
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Vorteilhaft ist die Vorrichtung ein Gehäuse, insbesondere ein Turbinengehäuse, oder eine Turbine oder ein Rotor und/oder eine Welle, oder aber die Vorrichtung weist ein Gehäuse, insbesondere ein Turbinengehäuse, und/oder eine Turbine und/oder einen Rotor und/oder eine Welle, geschweißt mit einem Schweißsystem wie zuvor beschrieben, auf.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Schweißsystem zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schweißen eines einseitigen Nahtanschlusses zweier Bauteile schematisch im Längsschnitt und
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2 das erfindungsgemäße Schweißsystem gem. 1 bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schweißen einseitiger Nahtanschlüsse von Stegblechen an ein Gurtblech schematisch im Längsschnitt.
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Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Schweißsystem 5 ist zur Engspaltschweißung eines ersten Bauteils 10 und eines zweiten Bauteils 15 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens angeordnet. Dabei weist das erste Bauteil 10 (in einer Längsrichtung L) einen L-förmigen Längsschnitt auf, während das zweite Bauteil 15 quaderförmig ausgebildet ist. Das zweite Bauteil 15 stößt flächig an der Kehle des L-förmigen ersten Bauteils 10 an einen ersten Schenkel 25 des L-förmigen Längsschnitts des ersten Bauteils 10 an. Dabei bildet eine dem zweiten Schenkel 20 des L-förmigen ersten Bauteils 10 zugewandte Längsseite des zweiten Bauteils 15 mit den zweiten Schenkel 20 des L-förmigen Längsschnitts des ersten Bauteils 10 einen Engspalt 30 aus.
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Das zweite Bauteil 15 überragt in seiner Längserstreckung L den zweiten Schenkel 25 des ersten Bauteils 10, so dass die Öffnung 35 des Engspalts 30 nur einseitig zugänglich ist. Sowohl der zweite Schenkel 20 des ersten Bauteils 10, als auch das zweite Bauteil 15 erstrecken sich in Längsrichtung L um 50 mm. Folglich weist der Engspalt 30 eine Tiefe von 50 mm auf. Die Breite des Engspalts 30 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 15 mm. In nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Engspalt 30 eine Tiefe von 100 mm auf. Das Schweißsystem 5 umfasst einen Engspaltkopf 50 mit einem sich von diesem fortstreckenden Engspaltschwert 40. Die Längserstreckung des Engspaltschwerts 40 entspricht der Tiefe des Engspalts 30.
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Das Engspaltschwert 40 des Schweißsystems 5 ist während des erfindungsgemäßen Schweißvorgangs im Engspalt 30 angeordnet. Zur Schweißung weist das Engspaltschwert 40 eine Drahtelektrode 45 auf. Mittels des Engspaltschwerts 40 lässt sich ein einseitiger Nahtanschluss zwischen erstem Bauteil 10 und zweitem Bauteil 15 erreichen. Das Engspaltschwert 40 weist eine erste Flachseite 55, welche in der in 1 dargestellten Situation dem zweiten Bauteil 15 zugewandt ist, sowie eine von dieser ersten Flachseite 55 abgewandte zweite Flachseite 57, welche in der in 1 dargestellten Situation dem ersten Bauteil 10 zugewandt ist, auf.
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Der Engspaltkopf 50 des Schweißsystems 5 schließt dabei an der dem zweiten Bauteil 15 zugewandten ersten Flachseite 55 des Engspaltschwerts 40 mit diesem flächig und bündig ab. Der Engspaltkopf 50 überragt das Engspaltschwert 40 des Schweißsystems 5 an der dem ersten Bauteil 10 abgewandten, zweiten, Flachseite 57 quer zu dieser Flachseite 57 das Engspaltschwert 40 um mehrere 10 mm.
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An dieser dem zweiten Bauteil 15 angewandten Flachseite 57 weist der Engspaltkopf 50 jeweils einen Anschluss für eine Kühlflüssigkeit und einen Anschluss für ein Schutzgas (jeweils nicht im Einzelnen dargestellt) auf.
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In der in 2 dargestellten Schweißsituation ist das Schweißsystem 5 an einem ersten Bauteil 100 angeordnet, welches als Gurtblech ausgebildet ist. Das erste Bauteil 100 weist einen rechteckigen Längsschnitt auf. Das Schweißsystem 5 ist dabei wie vorhergehend beschrieben und in 1 abgebildet aufgebaut.
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Das Engspaltschwert 40 des Schweißsystems 5 ist in einem Engspalt 105 angeordnet, welcher durch ein vom ersten Bauteil 100 beabstandetes Stegblech 110 mit rechteckigem Querschnitt und einer sich in einer Längsrichtung L erstreckenden Längsseite 101 des ersten Bauteils 100 in der Art eines T-Stoßes gebildet ist.
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In der in 2 dargestellten Situation sind mehrere gleichabständig voneinander beabstandete Stegbleche vorhanden, welche in gleichartiger Weise nah dem ersten Bauteil 100 angeordnet sind. Die Längserstreckung des Engspaltkopfs 50, d.h. die Erstreckung des Engspaltkopf 50 in Richtung L ist dabei geringer als der lichte Abstand d der Stegbleche in Richtung L voneinander. Der zwischen zwei Stegblechen 110, 110’ und erstem Bauteil 100 befindliche Bauraum 120 bietet dem Engspaltkopf 50 des Engspaltsystems 5 folglich genügen Raum.
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Der Engspaltkopf 50 überragt das Engspaltschwert 40 fern dem ersten Bauteil. An der dem ersten Bauteil 100 zugewandten ersten Flachseite 55 des Engspaltschwerts 40 hingegen schließt die Oberfläche des Engspaltkopfs 50 des Schweißsystems 5 flächig und bündig mit der Oberfläche dieser ersten Flachseite 55 des Engspaltschwerts 40 ab. Der Engspaltkopf 50 überragt das Engspaltschwert 40 des Schweißsystems 5 an einer dem ersten Bauteil 100 abgewandten Flachseite 57 quer zu dieser Flachseite 57 des Engspaltschwerts 40 um mehrere 10 mm.
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Das in 1 dargestellte erste Bauteil 10 bildet mit dem zweiten Bauteil 15 – wie auch das in 2 dargestellte erste Bauteil 100 mit den Stegblechen 110, 110’ – nach dem Schweißen einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, im dargestellten Fall ein Gehäuse. In nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung jeweils eine Turbine oder ein Rotor oder eine Welle.
