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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
von Schweißverbindungen zwischen Teilen rohrförmigen Materials mit großem Durchmesser,
beispielsweise Pipelineschüssen großen Durchmessers, wie etwa 40, 64 cm, vorzugsweise
60, 96 cm und größer, die im Boden oder im Gelände verlegt werden. Es sind bisher
zahlreiche Versuche angestellt worden, Pipelines im Freien mit Hilfe automatischer
Verfahren zu schweißen; diese waren aber im allgemeinen nicht erfolgreich, denn
es konnten bisher keine qualitativ den Anforderungen genügende gürtelartige Schweißverbindungen
geschaffen werden. Zwar ist beim Zusammenschweißen von Stahlbändern bekannt, die
Bandenden vor dem Schweißen stirnseitig zusammenzustoßen und in einem Arbeitsgang
zu besäumen. So wird beispielsweise bei einem bekannten Verfahren zum Verlängern
von zu Ringen aufgewickelten Walzstäben, vornehmlich Walzstahlbändern, durch Aneinanderschweißen
mehrerer Bänder dasZusammenschweißen der Bänder noch in der Walzhitze zwischen dem
Fertigstich und dem Warmaufhaspeln des Walzstahlbandes zu einem Ring vorgenommen,
und bei einem weiteren bekannten Schweißverfahren beginnt man damit, die Rohrschüsse
dadurch vorzubereiten, daß man einen sehr präzis bemessenen Spalt zwischen den einzelnen
Rohrschüssen, die mit ihren Enden dumpf aneinanderstoßen, vorbereitet, und nach
Herstellen dieses sehr genau kontrollierten Zwischenraumes erfolgt dann der eigentliche
Schweißvorgang. Bei diesen bekannten Verfahren ist es jedoch stets erforderlich,
zunächst einen erheblichen Zeitaufwand für den Vorbereitungsschritt in Kauf zu nehmen,
der darin besteht, daß man über eine große Bogenlinie einen Schnitt führt und danach
mit dem Verschweißen der Teile beginnt. Wenn man den Schweißvorgang dann beendet
hat, muß mit einem weiteren Vorbereitungsschritt begonnen werden, der rings um ein
weiteres Segment des Rohrumfangs durchgeführt wird. Nachdem diese Vorbereitung beendet
ist, wird dieser Teil des vorbereiteten Umfangs verschweißt, worauf das Verfahren
entsprechend absatzweise fortgesetzt wird, bis eine vollständige Schweißnaht gebildet
ist. Der Nachteil dieser bekannten Arbeitsweise besteht darin, daß sämtliche Vorrichtungen
zumindest während der Hälfte der Arbeitszeit unbenutzt bleiben bzw. leer laufen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn Rohrleitungen mit verhältnismäßig großem Durchmesser
zu verschweißen sind, denn bei diesen wirkt sich der relativ lange Weg der Vorbereitung
und der Rückführung während und zwischen den einzelnen Verfahrensschritten des Schneidens,
Schweißens und des Einrichtens für den nächsten Verfahrensschritt gemäß der bekannten
Arbeitsweise besonders zeitraubend und unvorteilhaft aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Arbeitsweise zu verbessern
und die Gesamtzeit für die einzelnen Vorgänge zu erhöhen. Diese Aufgabe wird gelöst
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aneinanderschweißen von Metallrohren
unter Verwendung einer um die ruhenden Rohrenden herumlaufenden Schneid- und Schweißvorrichtung,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß aus den ruhenden Rohrenden ein zur Aufnahme
des Zusatzwerkstoffs bestimmter Zwischenraum herausgeschnitten und anschließend
mit dem Zusatzwerkstoff gefüllt wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn man von der
höchsten Stelle des Rohrumfanges ausgehend in beiden Umfangsrichtungen schneidet
und schweißt.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Vorrichtung
zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen Rohrstücken aus Metall, insbesondere
im Zuge von Pipelines, als vorteilhaft erwiesen, die mit einem Führungsstück und
einem Schlitten, die rings um das Rohr rotieren können, ausgerüstet ist, so daß
sich sowohl der Vorbereitungs- als auch der Schweißvorgang durchführen läßt, und
die gekennzeichnet ist durch eine Schneidvorrichtung im mittleren Teil des Schlittens
sowie eine Schweißvorrichtung, die an dem einen Ende des Schlittens angebracht ist.
Zweckmäßig besteht die Schweißvorrichtung dabei aus zwei symmetrisch zueinander
an jedem Ende des Schlittens liegenden Schweißköpfen, und vorteilhaft werden .Schweißkopf
und Schneidkopf so angeordnet, daß der Schweißkopf von dem Schneidkopf einen kleineren
Abstand als 90 Bogengrade hat.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür zweckmäßig einsetzbare
Vorrichtung haben den Vorteil, daß eine beträchtliche Verringerung der »Totzeit«
zwischen den Halbzyklen eintritt und eine überlappung zwischen dem Schneidvorgang
und dem Schweißvorgang erfolgt, die eine »Totzeit« zwischen zwei Halbzyklen überkompensiert,
so daß die »Totzeit« praktisch eliminiert ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Ansicht eines schematischen Schnitts quer
durch einen Rohrschuß, der ein abnehmbares Führungsstück und eine Vorrichtung nach
der Erfindung trägt, F i g. 2 ein Zeitdiagramm, F i g. 3 und 4 je eine schematische
Darstellung der zeitlichen Folge des Schneidens und Schweißens, wenn man das Zeitdiagramm
nach F i g. 2 erreichen will, F i g. 5 und 6 eine schematische Darstellung der weiteren
Vorgänge gemäß den Diagrammen nach den F i g. 3 und 4, F i g. 7 ein zweites Zeitdiagramm,
F i g. 8 eine schematische Darstellung einer Schneidvorrichtung, deren Arbeitsvorgänge
der in der F i g. 7 wiedergegebenen Folge entspricht, F i g. 9 eine schematische
Darstellung einer anderen Folge der Arbeitsvorgänge unter Benutzung der gleichen
Vorrichtung wie in F i g. 8, F i g. 10 ein Zeitdiagramm für geänderte Arbeitsvorgänge,
F i g. 11 ein Zeitdiagramm für weitere geänderte Arbeitsvorgänge, F i g. 12 eine
schematische Darstellung einer Einrichtung, F i g. 13 die schematische Darstellung
einer weiteren Einrichtung, und F i g.14 ein Zeitdiagramm für eine Einrichtung nach
F i g. 12.
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In F i g.1 ist im Querschnitt ein Rohrschuß 11 gezeigt, der von einer
ringförmigen Führungsvorrichtung 13 umgeben ist, die aus einer Anzahl von Segmenten
14, 15 besteht. Die Segmente sind relativ zueinander bewegbar und in einem Gelenk
16 um einen Drehpunkt drehbar. Die einander gegenüberstehenden Enden der Segmente
können an einem Verriegelungspunkt 17 miteinander verbunden werden. Die
erforderlichen
Befestigungsmittel und Halteteile sind in der Figur nicht dargestellt.
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Die Vorrichtung wird als Ganzes auf den Rohrschuß 11 angeordnet und
dient zum Tragen und Führen eines Schlittens 21. Der Schlitten besitzt eine umkehrbare
Vorschubeinrichtung, so daß er auf einer Kreisbahn oder Planetenbahn in beiden Richtungen
rund um den Rohrschuß bewegbar ist. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform
besteht der Schlitten aus einem Schlittenkörper 23 mit Führungswalzen 25, 27, einem
Antriebsrad 29 und einem damit verbundenen Antriebsmotor 31. In der Mitte des Schlittens
ist eine Schneidvorrichtung mit einem Schneidrad 32 angeordnet. Das Schneidrad ist
mit hoher Drehzahl um seine Achse 33 drehbar und wird von einem Motor 35 angetrieben.
Ein Schub 37 dient als Schutzblech für dieses Rad und ist zu diesem konzentrisch
angeordnet. Alle diese Teile werden von einem Dreharm 39 getragen, der auf einem
drehbaren Support 41 an dem Schlittenkörper 23 angeordnet ist. Das Schneidrad kann
in jeder Stellung des Schlittens auf den Rohrschuß zu oder von diesem weg geschwenkt
werden, An jedem Ende des Schlittenkörpers 23 ist ein Schweißkopf 45, 51 angeordnet.
Der Schweißkopf 45 auf der rechten Seite der Vorrichtung empfängt seinen Elektrodendraht
von einem Rad 47, das drehbar bei 49 in dem Rahmen gelagert ist und dem Schneidwerkzeug
im Gegenuhrzeigersinn der Drehbewegung des Schlittenkörpers um die Rohrachse folgen
kann. In gleicher Weise empfängt der Schweißkopf 51 auf der linken Seite seinen
Schweißdraht von einem Rad 53, welches im Punkt 55 im Schlittenkörper gelagert ist;
die gesamte Führungsvorrichtung 13 kann in der Weise von dem Rohrschuß abgenommen
werden, daß man die Verriegelung 17 löst und die relativ zueinander bewegbaren Segmente
14 und 15 seitlich ausschwenkt. Der Schlitten kann ebenfalls von der Vorrichtung
abgenommen werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens trifft man zweckmäßig
die Vorbereitungen so, daß die Schweißung immer in der bevorzugten Richtung durchgeführt
werden kann, wie dies in den F i g. 2 bis 6 dargestellt ist. Dabei werden der Schneidkopf
und der Schweißkopf in herkömmlicher Weise in einer Entfernung von etwa 180° voneinander
angeordnet, und der Schweißvorgang wird von oben nach unten und nicht umgekehrt
durchgeführt. Man erreicht dabei einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad des Verfahrens,
weil vom Beginn bis zum Ende sehr wenig oder praktisch gar keine Totzeiten vorkommen.
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In F i g. 7 ist schematisch eine andere Folge von Arbeitsvorgängen
gezeigt. Hiernach erfolgt der erste Schnitt im Uhrzeigersinn von oben nach unten,
beginnend im Zeitpunkt Null, während ein Schweißvorgang kurze Zeit später beginnt,
und zwar, wie F i g. 8 zeigt, am oberen Ende des Rohres. Zur Durchführung dieser
Arbeitsweise kann man sich der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung bedienen. Ist der
Schneidvorgang ein Stück weit geführt, wie dies die Linie 61 in F i g. 8 erkennen
läßt, dann kann der Schweißvorgang vorgetrieben werden, wie es die relative Zeitspanne
zwischen den Punkten A' und B'
in F i g. 7 erkennen läßt. Der Schneidvorgang
bis zum Boden der beabsichtigten Verbindung wird dabei in etwa 0,85 Zeiteinheiten
vollendet, während der Schweißvorgang der ersten Hälfte in etwa 1,12 Zeiteinheiten
beendet ist. Zu diesem Zeitpunkt hat das Schneidwerkzeug etwa die Stellung erreicht,
die in F i g. 8 durch die gestrichelte Linie 63 gekennzeichnet ist; bevor ein neuer
Schneidvorgang beginnen kann, muß noch das übrige Stück bis zum oberen Ende des
Rohres zurückgelegt werden. Es entsteht dabei eine Totzeit bis zum Punkt C, der
nach etwa 1,69 Zeiteinheiten erreicht ist. Die Vorschubrichtung wird dann umgekehrt,
und das Schneidwerkzeug rückt im Gegenuhrzeigersinn vor, wobei der Schweißkopf nachfolgt
und mit seiner Schweißarbeit bei D' beginnt, so daß das gesamte Verfahren in etwa
2,8 Zeiteinheiten beendet ist. Dies bedeutet eine erhebliche Verringerung der erforderlichen
Bearbeitungszeit im Vergleich zu dem in F i g. 2 schematisch veranschaulichten Verfahren,
setzt jedoch die Verwendung einer komplizierten Vorrichtung voraus, weil der Schlitten
so aufgebaut und ausgerüstet sein muß, daß dem Schneidkopf in jeder Richtung ein
Schweißkopf folgen kann.
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In F i g. 9 ist die relative Lage des Schneidkopfes und des Schweißkopfes
zueinander einerseits am Ende der ersten Hälfte des Zyklus und andererseits bei
Beginn der zweiten Hälfte des Zyklus gezeigt, wobei erstere im gestrichelten Linienzug
und letztere in ausgezogenen Linien wiedergegeben ist.
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F i g. 10 zeigt das Diagramm einer weiteren Ausführungsform zur Verbesserung
des zeitlichen Ablaufs des Verfahrens nach der Erfindung, bei der praktisch keine
Totzeit weder bei der Einstellung des Schneidkopfes noch bei der Einstellung des
Schweißkopfes in die Startstellung für den zweiten Halbzyklus entsteht. In der dafür
erforderlichen Anordnung beginnt der Schneidvorgang im Zeitpunkt Az, der Schweißvorgang
im Zeitpunkt B2; der zweite Zyklus beginnt bei C2, und dieser Zeitpunkt fällt praktisch
mit dem Ende der ersten Schweißzeit zusammen. Der Schweißvorgang für den zweiten
Halbzyklus beginnt bei D2, und man erkennt, daß der gesamte Zeitaufwand auf 2,4
Zeiteinheiten reduziert ist.
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Mit einer Anordnung, deren Diagramm in F i g. 11 dargestellt ist,
kann unter Anwendung zweier getrennt angeordneter Schneidvorrichtungen und zweier
getrennt angeordneter Schweißköpfe die erforderliche Verarbeitungszeit noch weiter
verringert werden. Dabei muß der Schneidkopf dem Schweißkopf immer weit genug vorangehen,
um sich außerhalb von dessen Bahn zu bewegen. Der erste Schneidvorgang beginnt im
Punkt A3; hierauf folgt im Punkt B3 der Schweißvorgang so dicht nach, wie dies in
mechanischer Hinsicht mit der durch die Vorrichtung gegebenen räumlichen Beschränkung
vereinbar ist. Der zweite Schneidzyklus setzt im Punkt C3 ein, und im Anschluß daran
erfolgt der zweite Schweißzyklus im Zeitpunkt D s. Wie man aus dem Diagramm der
F i g. 11 erkennt, wird der gesamte Bearbeitungsvorgang in etwa 2,15 Zeiteinheiten
zum Abschluß gebracht.
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Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung nach
der Erfindung ist in F i g. 12 veranschaulicht. Es sind dabei zwei relativ zueinander
bewegbare voneinander getrennte Schneid- und Schweißvorrichtungen U1 und U2 abnehmbar
auf einer Vorrichtung aus relativ zueinander beweglichen Teilen Ti und 4 angeordnet.
Diese können an den Stellen Si und S2 voneinander getrennt werden. Beim üblichen
Gebrauch stehen die beiden Einheiten sich
praktisch diametral gegenüber.
Angenommen, der Schneidkopf CA der Vorrichtung U1 beginne seine Arbeit im
Gegenuhrzeigersinne, dann bewegt sich der leer laufende Schneidkopf CB der Einheit
U2 ebenfalls im Gegenuhrzeigersinne, und zwar vom oberen Ende im Uhrzeigersinne
bis zum Boden des Rohres P12. Beim allmählichen Vorrücken des Schneidkopfes
CA (in F i g. 14 vom Punkte CA12 an) bewegt sich der ihm zugeordnete Schweißkopf
in eine Stellung für den Beginn der Verschweißung der frisch geschnittenen Kerbe.
Die Verschweißung beginnt im Punkt W12 der F i g. 14. Die Leerlaufbewegung des Schneidkopfes
CB ist gegeben durch den Anfangspunkt CB". Da nun CB mehr als 180° hinter
CA
liegt, dauert der Verfahrensschritt CB12 länger als der Schneidvorgang
CA12. Der erste Schritt des Schweißverfahrens ist ungefähr nach 57° des Bogens nach
dem ersten Schneidvorgang vollendet. Inzwischen hat der zweite Schneidvorgang CB22
begonnen. Ihm folgt 57 Bogengrade später der zweite Schweißvorgang W22. Man arbeitet
zweckmäßig so, daß die Schweißvorgänge sich nicht überlappen. Man kann gegebenenfalls
in einem einzigen Verfahrensschritt arbeiten; für sehr dicke Rohrschüsse ist es
jedoch notwendig, zwei oder auch mehrere Verfahrensschritte vorzusehen.
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In F i g.13 ist schematisch eine Vorrichtung für ein Verfahren mit
mehreren Verfahrensschritten veranschaulicht. Hier folgen auf einen Schneidkopf
C12 Mehrfachschweißköpfe W12, W23, die alle auf demselben Schlitten aufgebaut sind.
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Es können gegebenenfalls auch zwei Vorrichtungen in der Ausführungsform
nach F i g. 12 benutzt werden, oder es kann auch ein einzelner Schlitten mehrere
Schweißköpfe an jedem Ende aufweisen. In jedem Fall wird der Zeitbedarf für eine
vollständige »Gürtelverschweißung« auf einen praktisch vertretbaren Mindestwert
verringert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Bildung einer Schweißverbindung,
insbesondere bei Rohrschüssen aus Metall, bei einem Minimum von Zeitaufwand und
Wegfall bzw. mindestens erhebliche Verringerung der Totzeit zwischen einzelnen Arbeitszyklen.
Die zur Durchführung dieses Verfahrens vorteilhafte Vorrichtung arbeitet mit hohem
technischem und wirtschaftlichem Wirkungsgrad und ist vorteilhaft so ausgebildet,
daß auf jeder Seite der Vorrichtung zur Vorbereitung je ein Schweißkopf liegt, so
daß unabhängig von der Bewegungsrichtung zwischen der Ausrüstung und dem Umfang
der Schweißstelle das eigentliche Schweißelement immer ganz dicht hinter der Schneidvorrichtung
oder einer anderen Vorrichtung für die Vorbereitung folgen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die dafür zweckmäßige Vorrichtung
eignen sich zum Schweißen von Rohrleitungen, wie in Pipelines, und ganz allgemein
zur Bearbeitung der verschiedensten rohrförmigen Gebilde, wie beispielsweise zylindrische
Behälter.
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Es ist auch auf Verbindungen und Verschweißungen anwendbar, bei denen
zusätzliche Füllvorgänge erforderlich sind. In der Praxis sind einstufige Verfahren
bei Rohrleitungen mit 7,11 mm Durchmesser durchgeführt worden, wobei sich eine qualitativ
hochwertige Verschweißung ergab. Für Rohrverschweißungen an Rohren mit größerer
Wandstärke ist es schwieriger, in einem einzigen Verfahrensschritt zu arbeiten,
und bei Wandstärken von 9,52 mm ist eine zusätzliche Füllmethode nützlich.