DE1182374B

DE1182374B - Process for arc fusion welding of butt joint pipe ends

Info

Publication number: DE1182374B
Application number: DEF32283A
Authority: DE
Inventors: Ronald William Gotch; Arthur Lawrence
Original assignee: Foster Wheeler Ltd
Current assignee: Amec Foster Wheeler Holdings Ltd
Priority date: 1958-10-30
Filing date: 1960-10-06
Publication date: 1964-11-26

Description

Verfahren zum Lichtbogen-Schmelzschweißen von stumpf gegeneinanderstoßenden Rohrenden Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Lichtbogen-Schmelzschweißen von stumpf gegeneinanderstoßenden Rohrenden mit einer Innenrundnaht unter Verwendung einer nicht abschmelzenden Elektrode.Process for arc fusion welding of butt joints Pipe ends The invention relates to a method for arc fusion welding of butt against each other pipe ends with an inner round seam using a non-consumable electrode.

Ein derartiges Verschweißen von Rohrenden mit einer Innenrundnaht hat in letzter Zeit für die Herstellung von hochleistungsfähigen Wärmeaustauschern erhöhte Bedeutung bekommen. Bei diesen Wärmeaustauschern müssen nämlich zahlreiche Rohre von geringem Durchmesser in so engem Abstand voneinander an einem Kopfstück befestigt werden, daß äußere Schweißnähte nicht gelegt werden können. Die Enden der Rohre werden deshalb mit einer im Lichtbogen-Schmelzschweißverfahren gezogenen Innenrundnaht stumpf gegen Rohransatzstutzen geschweißt, die an dem Kopfstück ausgearbeitet oder als gesonderte Teile zuvor mit dem Kopfstück verschweißt wurden.Such welding of pipe ends with an internal round seam has lately been used to manufacture high performance heat exchangers get increased importance. Namely, in these heat exchangers numerous Small diameter pipes so closely spaced on a head piece be attached so that outer welds can not be placed. The ends the tubes are therefore drawn using an arc fusion welding process Inner round seam butt welded against the pipe socket, which is worked out on the head piece or were previously welded to the head piece as separate parts.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß es beim Lichtbogen-Schmelzschweißen von stumpf gegeneinanderstoßenden Rohrenden schwierig ist, eine gleichmäßige Innenrundnaht zu erzeugen, die einen glatten Übergang zwischen den beiden Rohrenden bildet. Häufig tritt nämlich ein Phänomen sehr störend in Erscheinung, das nachfolgend als »Einzieheffekt« bezeichnet werden soll und das darin besteht, daß sich das geschmolzene Metall nach innen gegen die Rohrachse auswölbt. Dadurch bildet sich im Bereich der fertigen Schweißnaht schließlich eine Einschnürung aus, die zu höchst unerwünschten und unkontrollierbaren Folgeerscheinungen führt. Beispielsweise kann sie Anlaß geben zu örtlichen gefährlichen Überdrücken sowie zu örtlichen Ablagerungen von Material und dadurch zu verstärkten Korrosionserscheinungen im Bereich der Schweißstelle.However, it has been found that it can with arc fusion welding It is difficult to achieve a uniform circular inner seam when the pipe ends butt against each other to produce, which forms a smooth transition between the two pipe ends. Frequently a phenomenon occurs in a very disturbing way, which is subsequently referred to as the "pull-in effect" is to be designated and that consists in the fact that the molten metal after bulges inside against the pipe axis. This forms in the area of the finished The weld seam eventually becomes a constriction, which becomes highly undesirable and uncontrollable Sequelae leads. For example, it can give rise to dangerous local conditions Overpressure as well as to local deposits of material and thereby to strengthen Corrosion in the area of the weld.

Der beschriebene Einzieheffekt ist eine Besonderheit, die nur bei der oben erläuterten Erzeugung einer Innenrundnaht durch Schmelzschweißung mittels eines Lichtbogens auftritt und die bei anderen Schweißverfahren (beispielsweise bei äußeren, mit einer abschmelzenden Wolframelektrode arbeitenden Schweißverfahren) nicht vorhanden ist. Wahrscheinlich wird der Einzieheffekt hervorgerufen durch ein sich um den Lichtbogen herum ausbildendes Magnetfeld, das auf das geschmolzene eisenhaltige Metall einwirkt, jedoch sind die Ursachen für den Einzieheffekt noch nicht geklärt. Besonders ausgeprägt ist der Einzieheffekt bei Stählen von etwa 1% Cr und 1,'2 0/0 Mo, die bei Wärmeaustauschern der hier in Frage stehenden Art im allgemeinen verwendet werden. Gemäß der Erfindung soll ein derartiger Einzieheffekt dadurch vermieden werden, daß die Verbindungsstelle zwischen den Rohrenden an ihrer Außenseite während des Schweißvorganges in an sich bekannter Weise von einer dicht angepaßten ringförmigen Metallmuffe umgeben 'ist, die mit den Rohrenden verschweißt wird.The drawing-in effect described is a special feature that only applies to the above-mentioned creation of a circular inner seam by fusion welding by means of arc occurs and that occurs during other welding processes (for example for external welding processes using a consumable tungsten electrode) does not exist. The pull-in effect is probably caused by a magnetic field that forms around the arc and acts on the molten ferrous Metal has an effect, but the causes of the pull-in effect have not yet been clarified. The pull-in effect is particularly pronounced in steels with about 1% Cr and 1.2% Mo, which is generally used in heat exchangers of the type in question here will. According to the invention, such a pull-in effect is intended to be avoided that the junction between the pipe ends on their outside during of the welding process in a manner known per se from a tightly fitted ring-shaped Metal sleeve surrounded ', which is welded to the pipe ends.

Die ringförmige Metallmuffe kann als gesondertes Teil ausgebildet sein, sie kann aber auch mit einem der beiden Rohrenden aus einem Stück bestehen. Bei Ausbildung als gesondertes Teil ist die Metallmuffe zweckmäßig auf ihrer Innenseite mit einem Flansch zu versehen, der zwischen den stumpfen Enden der Rohre liegt.The annular metal sleeve can be designed as a separate part but it can also consist of one piece with one of the two pipe ends. When designed as a separate part, the metal sleeve is useful on its inside to be provided with a flange which lies between the butt ends of the pipes.

Eine weitere Verbesserung läßt sich noch dadurch erzielen, daß die Außenseite der Rohre in der Nähe der Schweißstelle in an sich bekannter Weise von einem granulierten Flußmittel umgeben wird.A further improvement can be achieved in that the Outside of the tubes in the vicinity of the weld in a manner known per se from surrounded by a granulated flux.

Es ist zwar bereits bekannt,' beim Schweißen von Rohrrundnähten, bei denen die Wurzel der Schweißnaht nicht nachgeschweißt werden kann, einen Metallring auf der Wurzelseite der Schweißnaht anzuordnen und die Rundnaht auf diesen Metallring durchzuschweißen. Hierbei werden jedoch nicht die beiden stumpf gegeneinanderstoßenden Rohrenden nach dem Lichtbogen-Schmelzschweißverfahren unter Verwendung einer nicht abschmelzenden Elektrode zusammengeschweißt,, sondern zwischen die entsprechend bearbeiteten Rohrenden wird eine Füllnaht gelegt, so daß irgendwelche mit dem eingangs beschriebenen Einzieheffekt in Zusammenhang stehende Schwierigkeiten überhaupt nicht auftreten können. Der Erfindung liegt nun die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die Anordnung einer relativ kleinen ringförmigen Metallmuffe auf der Außenseite der Innenrundnaht das Entstehen eines Einzieheffektes wesentlich zu verhindern oder sogar vollständig zu vermeiden vermag, obgleich die Metallmuffe beim Schweißvorgang mit erweicht.It is already known 'when welding round pipe seams where the root of the weld cannot be re-welded, a metal ring to be arranged on the root side of the weld seam and the circumferential seam on this metal ring weld through. Here, however, the two butted against each other are not Pipe ends after the arc fusion welding process using a non consumable electrode welded together, but between the corresponding machined pipe ends a fill seam is placed so that any with the initially described pull-in effect in context standing difficulties cannot occur at all. The invention now lies in the surprising finding based on the fact that the arrangement of a relatively small annular metal sleeve on the Outside of the inner round seam to prevent the occurrence of a pull-in effect significantly or even completely avoid it, although the metal sleeve during the welding process with softened.

Die Erfindung soll nachfolgend in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden. Dabei stellt dar F i g. 1 einen aus zwei verschiedenen Hälften zusammengesetzten Teilschnitt, der die Verwendung zweier unterschiedlicher Rippen von gesonderten Ringmuffen veranschaulicht, F i g. 2 einen Teilschnitt, der die Verwendung eines Außenflußmittels erläutert, und F i g. 3 einen Teilschnitt einer Kopfstückwandung, der Ringmuffen in Form von um die Bohrungen herum ausgearbeiteten ringförmigen Rillen zeigt.The invention is intended below in exemplary embodiments on the basis of Drawings are described in more detail. F i g. 1 one off two different halves assembled partial cut, making the use of two different ribs of separate ring sleeves illustrated, F i g. 2 one Partial section illustrating the use of an external flux, and FIG. 3 one Partial section of a head piece wall, the ring sleeves in the form of around the holes shows worked ring-shaped grooves around.

Die in F i g. 1 gezeigten beiden unterschiedlichen Formen von gesonderten ringförmigen Metallmuffen haben sich als sehr brauchbar zum Verhindern des Einzieheffektes erwiesen. Die in der linken Hälfte der Fig.l erkennbare Ringmuffe 10A besitzt etwa 1,6 mm Breite und 0,8 mm Stärke und weist einen solchen Innendurchmesser auf, daß sie im Bereich der stumpf gegeneinanderstoßenden Enden dicht an den Außenflächen eines Rohransatzstutzens 12 und eines Rohres 14 anliegt. An ihrer Innenseite ist die Ringmuffe 10A mit einem vorspringenden Flansch 16A von 0,5 mm Breite und gleicher Tiefe versehen. Dieser Flansch liegt in einer entsprechend geformten Rille, die durch Ausarbeiten einer ringförmigen Ausnehmung in dem Ende des Ansatzstutzens 12 und einer entsprechenden Ausnehmung in dem Ende des Rohres 14 geschaffen wurde.The in F i g. The two different forms of separate annular metal sleeves shown in Figure 1 have been found to be very useful in preventing the pull-in effect. The ring sleeve 10A recognizable in the left half of Fig.l is about 1.6 mm wide and 0.8 mm thick and has an inner diameter such that it is close to the outer surfaces of a pipe socket 12 and a pipe in the region of the butt ends abutting one another 14 is present. On its inside, the ring socket 10A is provided with a projecting flange 16A of 0.5 mm width and the same depth. This flange lies in a correspondingly shaped groove which was created by machining an annular recess in the end of the connecting piece 12 and a corresponding recess in the end of the tube 14.

Der Flansch 16B der Ringmuffe 10B, die auf der rechten Seite der F i g. 1 gezeigt ist, ragt in einen Spalt zwischen den stumpfen Enden des Rohransatzstutzens 12 und des Rohres 14 hinein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Flansch 16B etwa 1,0 mm tief und etwa 0,5 mm breit. Die gleiche Breite weist auch der Spalt zwischen den beiden Rohrenden auf.The flange 16B of the ring socket 10B, which is on the right-hand side of the F i g. 1, protrudes into a gap between the butt ends of the pipe socket 12 and the tube 14 into it. In this embodiment, the flange is 16B about 1.0 mm deep and about 0.5 mm wide. The gap also has the same width between the two pipe ends.

Die Wirkung der ringförmigen Metallmuffen 10A bzw. 10B läßt sich noch dadurch steigern, da.ß die Außenseite des Rohransatzstutzens und der Endteil des Rohres, das mit dem Ansatzstutzen verschweißt werden soll, eng mit granuliertem Flußmittel umgeben wird, und zwar an Stelle des sonst verwendeten äußeren Schutzmantels aus Argongas. Es scheint so, daß Oberflächenspannungseffekte in dem während des Schweißvorganges teilweise schmelzenden Flußmittels auf das geschmolzene Metall einwirken und die Tendenz des Verlagerns des Metalls gegen die Achse der Rohre zusätzlich vermindern. Es ergibt sich bei der Anordnung von Flußmittel auf der Außenseite der Rohre auf eine glattere äußere Schweißnaht und eine kleinere innere Schweißnaht, die ebenfalls glattere Rippen aufweist. Darüber hinaus wird der gesamte Schweißvorgang flexibler gestaltet, und die Einflüsse kleiner Fehler in Stromstärke und Zeitfolge auf die Kontur der fertigen Schweißnaht werden vermindert.The effect of the ring-shaped metal sleeves 10A and 10B can be further increased by the fact that the outside of the pipe socket and the end part of the pipe that is to be welded to the socket is closely surrounded with granulated flux instead of the one otherwise used outer protective sheath made of argon gas. It appears that surface tension effects in the flux, which partially melts during the welding process, act on the molten metal and further reduce the tendency of the metal to shift against the axis of the tubes. The arrangement of flux on the outside of the tubes results in a smoother outer weld seam and a smaller inner weld seam, which also has smoother ribs. In addition, the entire welding process is made more flexible, and the effects of small errors in current strength and time sequence on the contour of the finished weld seam are reduced.

F i g. 2 zeigt eine derartige Verwendung von granuliertem Flußmittel auf der Außenseite der Schweißnaht. Man erkennt, daß das Flußmittel24 den Rohransatzstutzen 20 und den Endteil des anzuschweißenden Rohres 22 eng umgibt. Darüber hinaus erläutert F i g. 2 auch noch eine abgewandelte Ausführungsform einer ringförmigen Metallmuffe, nämlich eine solche, die mit einem der beiden Rohrenden aus einem Stück besteht. An dem Ende des Rohransatzstutzens 20 ist durch Ausfräsen eine ringförmige Schulter 28 gebildet, die das anzuschweißende Rohr 22 außen dicht übergreift. Diese Ausführungsform ist zweckmäßig, wenn eines der beiden Rohrenden eine größere Wandstärke und damit (wegen der Forderung nach möglichst konstantem Innendurchmesser) einen größeren Außendurchmesser aufweist als das andere Rohrende.F i g. Figure 2 shows such a use of granulated flux on the outside of the weld. It can be seen that the flux 24 closely surrounds the pipe socket 20 and the end part of the pipe 22 to be welded on. In addition, FIG. 2 also shows a modified embodiment of an annular metal sleeve, namely one which consists of one piece with one of the two pipe ends. At the end of the pipe socket 20, an annular shoulder 28 is formed by milling, which tightly overlaps the pipe 22 to be welded on the outside. This embodiment is useful when one of the two pipe ends has a greater wall thickness and thus (because of the requirement for an inner diameter that is as constant as possible) a greater outer diameter than the other pipe end.

Die Rohransatzstutzen brauchen keine gesonderten Teile zu sein, die zuvor mit dem Kopfstück verschweißt wurden und über die Vorderfläche des Kopfstückes hinausragen, sondern sie können auch an dem Kopfstück ausgearbeitet sein. Auch in einem solchen Fall hat sich die Verwendung ringförmiger Metallmuffen mit oder ohne zusätzliche Verwendung von außen angeordnetem Flußmittel als sehr vorteilhaft zur Verhinderung von Einzieheffekten erwiesen.The pipe sockets do not need to be separate parts that were previously welded to the head piece and over the front surface of the head piece protrude, but they can also be worked out on the head piece. Also in one such case has proven to be the use of annular metal sleeves with or without additional use of externally arranged flux as very advantageous for Proven to prevent pull-in effects.

F i g. 3 läßt solche Rohransatzstutzen erkennen, die an dem Kopfstück ausgearbeitet sind und mit dem Kopfstück aus einem Stück bestehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind konzentrisch um die Bohrungen 34 in der Kopfstückwandung 30 herum auf der Außenseite des Kopfstückes Rillen 32 so ausgefräst, daß von jeder der Bohrungen ein rohrähnlicher zylindrischer Ring 36 stehenbleibt. Auf diese Ringe werden die Rohre 38 (von denen F i g. 3 nur ein einziges zeigt) stumpf aufgeschweißt. Falls dabei die Wandstärke der Ringe 36 etwa gleich der Wandstärke der Rohre gehalten wird, lassen sich Ringmuffen nach Art der F i g. 1 verwenden. Zweckmäßiger ist es jedoch, die Wandstärke der Ringe 36 etwas größer zu halten (beispielsweise etwa 0,8 mm größer) als die Wandstärke der Rohre 38 und analog zum Ausführungsbeispiel der F i g. 2 in ihre Endflächen ringförmige Ausnehmungen 40 einzuarbeiten, so daß eine ebenfalls ringförmige Schulter 42 stehenbleibt, die die anzuschweißenden Rohre 38 außen umgreift. Die letztgenannte Möglichkeit läßt F i g. 3 erkennen. Die Rillen 32 sind, wenn Stahlrohre 38 von etwa 9,5 mm Innendurchmesser und 1,4 mm Wandstärke aufgeschweißt werden sollen, etwa 1,6 mm breit und etwa 9;5 mm tief. Am Grunde sind die Rillen 32 aus Festigkeitsgründen gerundet, und zwar zweckmäßig mit einem Radius, der etwa gleich der Rillenbreite ist.F i g. 3 shows such pipe socket pieces that are worked out on the head piece and consist of one piece with the head piece. In this embodiment, grooves 32 are milled out concentrically around the bores 34 in the head piece wall 30 on the outside of the head piece so that a tubular cylindrical ring 36 remains from each of the bores. The tubes 38 (of which FIG. 3 only shows a single one) are butt welded onto these rings. If the wall thickness of the rings 36 is kept approximately the same as the wall thickness of the pipes, ring sleeves according to the type of FIG. 1 use. However, it is more expedient to keep the wall thickness of the rings 36 somewhat larger (for example approximately 0.8 mm larger) than the wall thickness of the tubes 38 and analogously to the exemplary embodiment in FIG. 2 to incorporate annular recesses 40 into their end faces, so that a likewise annular shoulder 42 remains, which surrounds the pipes 38 to be welded on on the outside. The latter possibility allows F i g. 3 recognize. The grooves 32 are, if steel pipes 38 of about 9.5 mm inside diameter and 1.4 mm wall thickness are to be welded on, about 1.6 mm wide and about 9.5 mm deep. At the bottom, the grooves 32 are rounded for reasons of strength, specifically expediently with a radius that is approximately equal to the groove width.

Soweit bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen numerische Daten angegeben wurden, dienen diese lediglich zur Veranschaulichung der größenordnungsgemäßen Verhältnisse. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch nicht auf das Vorhandensein bestimmter Dimensionen einzelner Teile oder der gesamten Anordnung beschränkt.So much for numerical data in the previous exemplary embodiments were given, these are only used to illustrate the scale Conditions. In principle, however, the invention is not based on the presence certain dimensions of individual parts or of the entire arrangement.

Claims

Claims: 1. Method for arc fusion welding of butt butt against each other pipe ends with an inner round seam using a non-melting electrode, characterized in that the connection point between the pipe ends (12, 14; 20, 22; 36, 38) on their outside during the Welding process in a manner known per se by a tightly fitted, annular metal sleeve (10A, 10B; 28; 42), which is welded to the pipe ends.

2. The method according to claim 1, characterized by the use of a separate metal sleeve (10A, 10B) which is located with an inwardly facing flange (16A, 16B) between the butt ends of the tubes (12, 14) (Fig. 1 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that the flange (16A) extends into an annular recess fits in the end of each tube (12, 14).

4. The method according to claim 1, characterized in that the metal sleeve (28; 42) is formed with one of the pipe ends in one piece by a pipe (20; 36) of larger diameter is provided at its end with an annular recess which the blunt end of a tube (22; 38) receives a smaller diameter (Figs. 2 and 3).

5. Procedure according to one of the preceding claims, characterized in that one of the pipe ends (36) in a manner known per se by milling out an annular groove (32) in the Distance around a hole (34) in a plate (head piece 30) is formed around (F i g. 3).

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the outside of the tubes (z. B. 20, 22) in the vicinity of the weld is surrounded by a granulated flux (24) in a manner known per se. Considered publications: German Patent Nos. 145 941, 491 371, 616 151, 750 192, 918 544, 1089 898; Swiss patent specification No. 202 285; Belgian Patent No. 520 891; British Patent Nos. 564,931, 897 059; U.S. Patent Nos. 2,348,601, 2,446,481, 2,659,966; F. Erdmann-Jesnitzer, "Material and Welding", Vol. I, Berlin 1951, pp.982 / 983, 995 and 997; EO Paton, "Automatic Arc Welding", Halle (Saale) 1958, p. 197.