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Verfahren und Vorrichtung z #m Herstellen von Schweißnähten Für diese
Anmeldung wird die Priorität vom 500ktober 1960 aus der üSAwhaten..tanmeidung
Serial No. 60o684 in Anspruch genommen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen, und insbemndere auf ein automatisches
Verfahren zur Herstellung von Umfangsverschweißungen, insbesondere an grossen Pipelines
und ähnlichen Bauwerken.
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Als eine ihrer bedeutendsten Anwendungen werden das Verfahren und
die Vorrichtung insbesondere unter Bezugnahme auf. Schweissverbindungen an einem
Stahlrohr beschrieben, wie sie an Pipelines zum Transport von Naturgas- und Mineralölerzeugnissen
verwendet wird.
Bisher sind verschiedene Vorschläge zur automatischen
oder halbautomatischen Verschweissung von Stossverbindungen an Rohren und ähnlichen
Bauteilen gemacht worden. Allgemein -gesprochen sind die früher vorgeschlagenen
automatischen Arbeitsweisen zu langsam und nicht an zu grossen Pipelines anwendbar.
Sie erfordern beträchtliche Handarbeit-und .eine grosse und schwerfällige Hilfsausrüstung
zur Ergänzung der Schweissmaschine, Es ist im Gelände allgemein üblich .gewesen,
Pipelines zu verschweissen, indem die Rohrenden, die vorher zu einer Abschrägung
bearbeitet worden sind, in aneinanderstossende Zage gebracht werden. Wenn die Rohrlängen
zusammengebracht werden, bilden die benachbarten Abschrägungen bezw. Fasen eine
Nut, die mit Schweissmaterial gefüllt werden muss. Die Schweissnähte werden normalerweise
hergestellt, indem die Verbindung verklammerjt-'-*rWird-- und das Schweissmaterial
mittels eines von Hand gesteuerten elektrisähen Bogens aufgebracht wird. Das Schweissmetall
ist in dem bisherigen Verfahren gewöhnlich in kleinen Zugaben aufgebracht worden,
um die V-Nut zu füllen. Üblicherweise werden die Rohrenden vor dem Zusammenbau in
der Pipeline bearbeitet. Diese Art der Verschweissung ist üblicherweise durchgeführt
worden, indem zuerst eine "Längsträger-Schweissraupel' aufprebracht wird, eine Teilverschweissung,
die die Rohrlängen mit um den Umfang aufgebrachten Schweissmetall aneinander hält,
und dann erfolgt eine stückweise Auftragung in einer Reihe von Handvorgängen,-um
die Verschweissung aufzubauen und f ertigzustellen. Es erfordert beträchtliches
Fachwissen sowie viel Zeit, Handarbeit und-Material"-um eine zufriedenstellende
Arbeit auszuführen. Einige Schweissungen,
die nach diesen Verfahren
hergestellt sind, neigen
zu einem rauhen und unebenen Aussehen und können
Höhlungent Blasen (warben, Riam) und adere Fehlstellen enthalten.
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Eine Aufgabe dieser Erfindung liegt in der Herstellung
ge-
nauer Maschinen-Schweissungen und dem schnellen Aufbau
mechanischer
Verschweissungen, insbesondere Verschweissungen an grossen
Rohren und insbesondere an nicht drehbaren Pipe-
lines, indem
zuerst sorgfältig kontrollierte, gleichförmig
bemessene Einschnitte
oder Räume zwischen den Teilen, die
verschweisst werden sollen, gebildet
und dann mit Schweissaaterial gefüllt werden, um die Schweissnähte
gleichmässig und vollständig in einem Einschritt-Vorgang
insbesondere bei
einem Normalmass 7,1 mm Rohr zu füllen. Bei stärkerem
Rohr,
beispielsweise 9,5 mm werden, auch wenn ein zweiter Schritt
erforderlich
ist, die Arbeitsvorgänge vermindert.
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Die Erfindung führt zu folgenden Ergebnissen: A. Zur befriedigenden
Herstellung von Verschweissungen mit
einer kleinstmöglichen Anzahl
von Arbeitsschritten, ins-
besondere an einer Platte oder einem Rohr von
etwa 6,3 bis
etwa 9,5 mm Stärke oder mehr in allen Stellungen,
beispiels-
weise bei einer Rohrverechweissung zur gleichförmigen,
zweckmässigen und vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsschritt
oben, an
den Seiten und unten an einem nicht verdrehten Rohr
durchzuführenden Verschweissung.
.
Zur Schweissung einer unüblich engen: Verbindung vortellhaft in einem einzigen Arbeitsschritt,
wobei die tatsächliche: Verbindung oder das Verhältnis von Spalttiefe zur Breite
von etwa 3 bis 7 ® 1 (vorzugsweise 4,5@bis 65 : 1) liegt und das Verhältnis von
Tiefe zu Breite der Schmelzzone in _ dem allgemeinen Bereich von etwa 2 s 1 odermehr
liegt.
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C. Zur Bildung von Schweissnähten unüblicher aber in hohem Masse erwünschter
Sehmelzliniengeometrie, insbesondere f.@ür Einschritt oder. eine kleinstmögliche
Schrittzahl aufweisende Schweissungen. Bei der vorliegenden Erfindung verengt sich
die Schmelzzone bei Verwendung eines fortlaufend zugeführten Schweissdrahtes unter
der Draht-Abbrennstelle,%eitet sich aber infolge des unter dem Bogen überhitzten
Metalles an der Wurzel aus, so dass die Wurzelränder zurückgeschmolzen werden; das
stellt eine gute Wurzelverschmelzung sicher und ist einbedeutendes Ergebnis.
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D. Zur Verschweissung einer .Stahlplatte und/oder eines Rohres,. insbesondere
in dem ungefähren Stärkenbereich-von 6,3 bis 9,5 mm in irgendeiner Stellung, d.ha
flach, vertikal oder auch von unten und in einem Schritt sowie mit einer
hohen Vorschub-Geschwindigkeit, ohne dass eine Hinterlegung für die Schweis® sung
an der Wurzel der Verbindung erforderlich ist.
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E. Zur Herstellung einer wirksamen und wirtschaftlichen Schweissung:
durch eine einmalige Schweisswirkung, welche
durch die richtige
Kombination .und Steuerung der veränderlichen Schweisakenngrössen (Vorschubgeachwindigkeit,
Schweissdrahtzuführung, Spaltweite, elektrische Spannung und Strom etc.) in einem
gut gesteuerten automatischen Verfahren erreicht wird.
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F. Zur Verwendung eines durchgehenden Bogens bei verhältnismässig
geringer vorübergehender Schwankung incbr Stromstärke, während die vollständigen
Schweissungen in allen Stellungen durchgeführt werden, wie beim Verschweissen eines
nicht verdrehbaren Rohres erforderlich ist.
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G. Zur Ausbildung von Schweissungen mit einem unüblichen Gefüge und
hoher Festigkeit in einem tiefen, schmalen und mit vertikalen Wänden versehenen
Spalt oKtr Raum..
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H. Im Gelände und mit einer leichten Ausrüstung Pipelines grösseren
Durchmessers als bisher durchführbar unter Verwendung eines Schweissvorganges zu
verschweissen, der automatisch und sorgfältig gesteuert ist.
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Das Verfahren und die Vorrichtung können für gestreckte oder ebene
Verschweissung aneinanderstossender Teile, beispielsweise Verbindungen oder Säume
an flachen und gekrümmten Platten geeigneter Stärke, sowie zum Zusammenschweissen
der Enden benachbarter Rohrabschnitte und in verschiedenen
Stellungen
und von verschiedenenzRichtungen angewendet werden. Mit geeigneten Variationen,'wie
der Verwendung ausgewählter.inerter oder abschirmender Gase und geeigneter Flussmittel,etc'-,
welche Fachleuten bekannt sind-, kann daszugrundel.iegende Verfahren auch zur Verschweissung
vörn "anderen Metallen als Stahl verwendet werden. Seine prinzipielle Anwendung,
wie man sie sich gegenwärtig jedoch vor-Stellt, liegt in der Verschwessung der End-
oder Umfangsverbindungen growser Stahlrohre, beispielsweise von 35.5 oder 4o,6 cm
Durchmesser bis zu ?6,2-; 91a4;106,7 cm Durchmesser und grösser: Bei- der Herstellung
von-Umfangsschweissunf-en um horizontale Rohre in featgellegter oder relativer festgelegter
Stellung, -wie sie üblicherweise in Pipelines angeordnet sind,, toto das Rohr nicht
verdreht: werden kann, aber die Schweissnaht um es herum geführt werden muss:; treten
besondere Probleme bei der Steuerung des. Flusses von geschmolzenem Metall auf.J
Oben neigt das: Metall insbesondere bei üblichen Schweissungen dazu, zur Wurzel
der Schweissnaht an der Innenseite-.des Rohres zu fliessen und Perlen und andere
Eindringungen an der Innenseite zu belassen oder "Durehbrennungen" zu verursachen:
Beim Schweissen "ausserhalb der Stellung" in anderen als der flachen oder horizontalen
Stellung, z.B: an den Seiten
von Pipelines, neigt das geschmolzene
Schweissmetall zum
derartigen Rohrverbindung neigt das geschmolzene Metall infolge der Schwerkraft
zum Abfliessen nach unten und aus der Verbindung, anstelle in diese. Die Schwerkraftawirkung
an dem geschmolzenen Schweissmetall isst nur-.eines der Probleme, da die Wärme und
konvektive Wirkungen des Bogens und der Gase, die es umgeben, auch bedeutend sind.
Die Kraft des Bogens selbst (einschliesslich der Strömung ionisierter Gase verdampften
Metallesetc., welche von der Wärmequelle strömen) ist ein anderer Faktor, der berücksichtigt
werden muss und der Kapillarfluss ein weiterer. Darüberhinaus ist die Abkühlungsgeschwindigkeit
bestrebt, die Menge des geschmolzenen Metalles zu vermindern, welche bis zur Verfestigung
ihrer Stelle gehalten werden fuss.
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Das erfindungsgemässe Schweissverfahren hat die bedeutenden Vorteile
einer weiten Anpassungsfähigkeit in Verbindung mit Zuverlässigkeit. Es macht mit
vernünftiger Menge an Ausrüstung und mit Ausrüstung massvoller Grösse, Gewicht und
beträchtlicher Vielseitigkeit möglich, Umfangsschweissungen hoher Qualität mit Geschwindigkeiten
herzustellen, welche es mit den hohe Geschwindigkeiten aufweisenden Rohrauslegeverfahren
im Gelände bei wesentlich verminderten Kostenaufnehmen können. Schweissnähte von
angemessener Bruchfestigkeit und Dehnungsvermögen, welche gleichwirkend oder grösser
als die
der zugrundeliegenden Rohrmetalle sind.; können einwandfrei
und gleichbleibend hergestellt. werden. Menschliche., v'eränderliche Einflüsse :sind
inihohem Masse eliminiert, was zu einer überlegeneren Schweisequalität und Gleichförmigkeit
führt, und es werden, kleinere Mengen an Schweißstangen oder Drahtverbraucht...
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Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass wasserstoffarme Schweissmaterialien
verwendet werden können, was einen Bruch des Grundmetallen vermeidet, der
häufig, insbesondere an Verbindungs-Schweissraupen, auftritt, die solche Materialien
,verwenden.
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In-der früheren Anmeldung,-Az. E 19,488 YIIId /21h:, ist eine
automatische Schweissvorrichtung beschrieben worden und die vorliegende Erfindung
benutzt das gleiche@Grundprinzip, enthält aber zur besseren Anpassung an crr-össere
Pipelines Verbesserungen und Abwandlungen desselben. Insbesondere enthält die vorliegende
Erfindung neue Merkmale wie leichtere, besser tragbare Spurelemente und verhältnismässig
kleine, in sich abgeschlossene und selbst angetriebene "olanetenartige" oder kreisende
Arbeitseinheiten zum Schneiden und Schweissen: Die Anordnungen sind derart, dass
dieAusrüstung schnell montiert., betätigt, auseinandergebaut und zur nächsten Arbeitsstelle
bewegt werden kann, wie die Pipeline. fortschreitet. Dadurch t-rd die Bewegung und
Aufstellung
einer schweren Schweissmaschine an jeder Verbindung
unnötig.
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Die Erfindung wird besser. durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
verstanden. In diesen sind Ausführungsbeispiele dargestellt und es zeigen:
Allgemein. werden bei der Ausführung dieser Erfindung zwei Rohr-Abschlussstücke
in aneinanderstossende Lage gebracht. Die Fuge zwischen diesen ist im wesentlichen
rechteckig, obgleich eine leichte Abweichung von dem Rechteck zulässig ist. Die
aneinanderstossenden Rohrabschnitte werden dann
starr, vorzugsweise unter
Verwendung einer inneren Klemmanordnung, verklammert, welche die Umfangsflächen
im wesentliehen vollständig um den Umfang der Verbindung zur Fluchtung bringen.
Wenn die Rohre im wesentlichen in dieser Stellung
gehalten sind, wird ein
schmaler Einschnitt oder Schlitz zwischen die anenanderatossenden Verbindungsstücke
geschnitten, um einen Spalt optimaler Breite für .die bevorzugte
Typ* der
Schw:issnag zu schaffen. Yür ein Normalmaß-:Rohr von 7,1 u Btärke liegt dieser Einschnitt
vorzugsweise
in der otaB®enordnung von 1,59 nu Breite und erstreckt zieh
vollständig durch die Rohrwandatärke. Davon kann etwas abgewichen werden, solange
das Schweissmaterial, der Schweiss-Strom eta. angemessen eingestellt werden: Im
allgemeinen soll jedoch die Breite des Spaltes oder Einschnittes vorzugsweiss zwischen
etwa 1,27 und 1,77 mm für ein Rohr mit dem Normalmase von 7,1 mm Stärke betragen.
Für ein dickeres Rohr kann der Spalt etwas weiter gemacht werden,-als für das Normalmaß-Rohr"
wenn andere Materialien und Veränderliche richtig eingestellt werden. Allgemein
müssen die folgenden Steuerungen durchgeführt werden.
a)
richtig,-ausgerichtete Einstellung der Rohrabschnitte zueinander ; -b) die Einstellung
der Schweissvorrichtung und der anderen zugeordneten Ausrüstungen in Bezug zu der
Verbindung.; 'c) eine Geschwindigkeit "R", riclitungsmässig durch einen Pfeil in
Figur 1 angezeigt, d,-es Vorlaufes eines Schweisskopfes längs der Verbindung, d.h.
umfangsmässig-um das Rohr. Diese Geschwindigkeit soll während eines gegebenen -Schweißschrittes
vorzugsweise im wesentlichen gleich-. fÖrmig sein und vorteilhaft innerhalb einer
Gleichförmigkeit von 1 %± bezogen auf die Vorlaufgeschwindigkeit betragen; d) die
Geschwindigkeit "WR", Figur
1, der Zuführung des Schweissmaterials, das vorzugsweise.
ein verhältnismässig dünner Schweissdraht ist,, muss sorgfältig gesteuert werden
und'soll während eines gegebenen Arbeitsvorganges für optimale Schweissqualität
im wesentlichen gleichförmig sein. Das'Verhältnis zwischen "R" und "WR" ist wesentlich
und muss so gesteuert werden, dass genug Materie_ Zugeführt wird, um den Spaltrichtig
ohne wesentlichen-Überschuss zu fülleng e) der Abstand des Schweisskontaktrohres
"CT" von der
äusseren Oberfläche der Verbindung, die geschweisst
werden soll, muss innerhalb geeigneter Grenzen gesteuert werden. Dieser Abstand,
der als der Abstand Kontaktrohr zu Verkstück oder "CTWD`° bezeichnet wird und in
Figur 3 gezeigt ist, erfordert eine sorgfältige und besondere Steuerung; f) der
Spalt oder Einschnitt, der mit Schweissmaterial gefüllt werden soll, muss auf seiner
sorgfältig hergestellten gleichförmigen Breite gehIten werden. Dies erfordert eine
sichere Halterung der Rohrabschnitte gegen äussere . Kräfte und auch innere Kräfte,
wie-solche, die durch Zusammenziehung oder .Ausdehnung des Metallee infolge der
Wärmewirkung des Schweissvorganges verursacht werden. g) die angelegte Spannung,
die den Schweissbogen betreibt, muss innerhalb sehr enger Grenzen gleichförmig gehalten
werden; h) der gesamte Schweissvorgang muss so gehandhabt werden, dass eine durchgehende
Steuerung über das kleine Schmelzbad aus geschmolzenem Metall, das durch den Schweissbogen
gebildet wird, aufrechterhalten wird, und zwar unabhängig von der augenblicklichen
Zage der Schweissung an den Rohrumfang. Die Schwerkraftswirkung ändert -sich an
verschiedenen Stellungen, beispielsweise oben,
an den Seiten oder an dem unteren Teil des Rohres beträchtlich und der Metallfluss.
ändert sich- oder neigt zu.Änderungeh, so dass der Schweissbogen und
da s
geschmolzene Material, das von ihm fortfliesst, in passender Weise gelenkt und immer
gesteuert werden muss-, .i) die durch den Bogen erzeugte Flitze und die Wirkung
von atmosphärischen und anderen gasförmigen Stoffen um den Schweissvorgang muss
gesteuert werden: Vorzugsweise wird ein Abschirmgas verwendet, -um atmosphärischen
Sauerstoff zwecks besserer Steuerung der Art und Qualität der Schweissüng auszuschliessen.
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Die kritischen, oben erwähnten Faktoren werden in Verbindung mit en
verschiedenen .Arbeitsgängen in grösserer Ausfuhrlichkeit diskutiert, welche den
einbezogenen Schweissvorgang und die Vorrichtung umfassen.. . In dem vorliegenden
.Falle ist ein trenn- und tragbares, Spurelement vorgesehen, das entweder aus einem
durchgehenden Element oder aus. mehreren trennbaren, kreisförmigen Spurabschnitten
besteht. Dieses kann um ein Rohr angeordnet und: an diesem gehalten werden, um eine
ringförmige Spur zur Führung und Steuerung des Weges der Arbeitsausrüstung zu bilden,
Diese Ausrüstung besitzt den Schweisskopf und. die. Schneidvorrichtung, die mit.
diesem verwendet wird: Das
trennbare Spurglied und die Arbeitsausrüstung,
die in den verschiedenen Zeichnungen gezeigt sind, werden nun im einzelnen beschrieben.
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Zuerst wird auf Figur 1 Bezug genommen. In dieser ist ein übliches
Rohr relativ grossen Durchmessers, es sei angenommen 50,8_bis 76,2 mm oder mehr,
gezeigt, das mit P bezeichnet ist. Es ist nur der Schnitt gezeigt. Es wird darauf
hingewiesen, dass zwei solche Rohre P, und ä'29 Figuren 2, 3, 5 und 6, axial ausgerichtet
und in aneinanderstossende Lage mit einer rechteckigen Stoßfuge zwischen
sich gebracht werden. Übliche Klemmeinrichtungen' vorzugsweise in der Art
einer ausdehnbaren inneren Spindel, die .teilweise bei 13 gezeigt ist, wird
in die Rohre eingesetzt und ausgedehnt oder in anderer Weise betätigt,
um diese fest in ihrer Stellung zur Verschweissung zu halten. Die Klemmeinrichtung
bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. An jeder Seite der Verbindung
sollten sie zweckmässig über eine ge-nügende Strecke hinausgehen' um die_Rohrenden
in, der richtigen Form zu halten.
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Die Spurelemente, welche in Figur 1 in zwei Segmenten gezeigt sind,
welche verbunden werden können. und so eine vollständig kreisförmige Abstützungs-
und Führungseinrichtung für die Bearbetungs- und die den spalt bildenden Einheiten
schaffen, welche später beschrieben werden, sind mit 15 und 17 bezeichnet. Vorteilhaft-sind
diese Segmente identisch
Md insbesondere in der in Fgür- I gezeigeriFormt
auetesusch-= bar. Sie können durch geeignete Mittel, wie einfache Vorbiridnnga-Geleak-;ß'inhet'on
19 zusammengehalten werden, die an diametral: entgegengesetzten
Stellen oben und unten gezeigt sind, welche 'über Ansätze oder
erhöhte Blockelemente . 21 gesetzt sind, die_an denBpurgliedern 15 und 17
angegossen oder in anderer Weise ausgebildet sein können. Gleiche, aber
:kleinere- Verbindungs-Gelenk-Einheiten 23 können -an der Vordernete
des Ringes verwendet werden, der über den etwas vertagenden Elementen oder
Ansätzen 25 befestigt ist' filhe' Figur 1s Me.Querechntteform: der ßpurelemente
15 und 17, die iden-@tisch.sind, i»t im Schnitt in den Figuren 3 bezw.. 2 angegeben.
Jedes dieser Hauptf.ihrungs-Spurelemente von halbkreisartiger Form besitzt ein zylindrisches
Grundelement oder einen Steg 2'7, der im allgemeinen konzentrisch zu der Pipe--.
lins liegt, ein verhältnismässig breites, vertikales Flanschelement 29 an der Rückseite,
wie in Figur 1, links in Figur 2 und rechts in den Figuren 3 und-.4 gezeigt ist,
und einen schmaleren Flansch 31 an der Vorderseite. Der Flansch 29 ist so ausgebildet,,
dass er horizontal nach vorn vorsteht, um einen äusseren Rand 33 zu schaffenOelcher
wiederum nach unten oder radial-nach innen verformt ist, wie bei 35 angegeben ist,
um:-ein ringförmiges Führungselement zu bilden.
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Die radial-innere Kante des Flansches
37 ist bearbeitet, so
Spur in Bezug zu
.der Verbindung sorgfältig einzustellen und nie
genau während de# Schweinevorganges und
der zugeord-
neten Arbeitsvorgänge
gegenüber der Verbindung
sicher gegen
Verschiebung in
ihrer
Lage zu halten. Andere bekannte Verriegelungs-
und eine genaue Einstellung
bewirkende Einrichtue.gen,
Wie Einete11eohrauben
oder 14uiValente,
können ver-Wendet
werden, aber it.Binne einer guten Arbeitßgeschwindigkeit
werden die gezeigten Vorrichtungen bevorzugt.
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Der Grundflansch an den Spurgliedern 15 und 17 ist auch mit
einem Zugelement oder einer Zahnstange 61 versehen, wie in en Figuren 2,
3, 4, 5 und 6 gezeigt ist. Der obere oder Aussenumfang des Gliedes 27 ist
in Figur 1 durch die gestrichelte Kreislinie gezeigt. Das Zugelement oder die Zahnstange
61 ist mit gleichmässig entfernten Zähnen oder Aussparungen, siehe 14® Figuren 4,
5, 6, versehen, um eine zwangsläufige Zugkraft auf die albst angetriebene Wageneinrichtung
zu geben, die zur Wanderung um die Spur ausgeführt ist, wie im folgenden
beschrieben wird.
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Insoweit einhandelsübliches Stahlrohr normalerweise nicht Bogenau
in den Abmessungen, Querschnitt etc. herstellbar
ist, wie
ideal sein würde, ist normalerweise ein Versuch undurchführbar,
die zwei Rohrabschnitte bloss in nahe, endweise aneinanderstossende Lage
zu bringen und zu versuchen,
sie im Abstand auf die genaue optimale
Entfernung (beispiels-
weise etwa 1,6 nm) einzustellen, die für
eine saubere,
schnelle automatische Verschweissung durch das vorliegende
Verfahren
erwünscht ist. Herstellungstoleranzen, Einbuchtungen oder Vorsprünge infolge der
Handhabung etc. haben häufig einen Einfluss.. Daher hat es sich als vorteilhaft
herausgestellt, die benachbarten Rohrabschnitte so eng und voll, wie in üblich ausgeführt
werden kann, in Anerkennung dessen aneinanderzubringen, dass sie nicht in vollständig
dichte, aneinanderstossende Lage um den gesamten Umfang gebracht werden können.
Nachdem die Rohre in dieser Stellung fest-
geklemmt Korden sind, wird ein
Einschnitt oder Spalt optimaler Breite und von in hohem Maße gleichförmigen
Abmessungen zwischen den Rohrenden hergestellt. Für diesen Zweck wird
ein Schneidrad der gewünschten Stärkeange-
nommen 1,6 mm in
diesem Beispiel, verwendet, um den gewünschten Spalt oder Einschnitt
herzustellen. Die Schneideinrichtung oder der Spaltbildner wird in Einsatz gebracht
und um die Verbindungsstelle vorgeschoben, um den Spalt zu schneiden, bevor die
Schweissung gemacht wird.
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Ein Wagen 70, Figuren
1 und 2, trägt dieses Sehaeidrad,
das eine mit
hoher Geschwindigkeie. arbeitende Schneidscheibe
oder
nach Wunsch ein fräsartiger Schneider sein kann. Das Sohneidrad 77 selbst ist in
weitem Maße in eine Schutzeinrichtung oder einen-Schild 73 eingeschlossen, der konzentrisch
oder koaxial aber unverdrehbar auf einem Wellenelement 75 gelagert ist, das
in geeigneter Weise an einem Kipphebel 7e angeordnet ist, das drehbar in dem Wagenrahmen
7® abgestützt ist. Die Schneidscheibe %7 ist in geeigneter Weise an der Welle 75
befestigt, die drehbar .ist. Die Welle 75 wird durch geeignete Mittel angetrieben,
die in Figur 2 als eine Riemenscheibe 79 gezeigt sind., welche wiederum durch einen
Riemen oder eine Kette 81 über eine Riemenscheibe 83 angetrieben wird, die auf der
Achse oder Hauptwelle des elektrischen Antriebsmotores 85 gelagert ist. Letzterer
ist konzentrisch zu der Achse des Kipphebels
76 gelagert. Der Schneider 77
wird um die Roto.rachse verschwenkt, wenn er angehoben oder abgesenkt wird. -Insoweit,
wie der Schneidvorgang schnell durchgeführt werden muss, muss die Schneidscheibe
mit hoher Geschwindigkeit und mit angemessener Leistung angetrieben werden, um ihren
Schneidvorgang in der gewünschten Geschwindigkeit durchzufÜhren. Ein luftangetriebener
Motor kann anstelle des Motors 85 eingesetzt werden, wo eine gute Druckluft-Quelle
verfügbar ist. -v
Der Motor 85 und die andere Vorrichtung, die gerade beschrieben
worden
ist, sind auf einem Rahmen 87 eines
Schneider in jeder Richtung nach Wunsch angetrieben werden kann.
Der Wagen 70 ist durch ein Paar Hauptrollen,lll'abgestützt, die auf Wellen 112 gelagert
sind, welche an einem nach unten ragenden Element 113 des Rahmenteiles 89 befestigt
sind. Dieses stützt den Wagen axf der horizontalen oder kornzentrischen Zylinderfläche
oder dem Steg 27 der Spur ab. Ein Bügelglied
115 ragt von dem Element 11.3
nach vorn fort und lagert
eine Schnecke 117, die in Figur 2 und auch in gestrichelten
Linien in Figur 1, gezeigt ist. Letztere wird durch einen Motor 119, Figur 1., (ein
ähnlicher aber anderer Motor ist bei 139 in Figur 4 gezeigt) angetrieben. Der Motor
119 ist umkehrbar und in der Drehzahl genau steuerbar, so dass die Drehgeschwindigkeit
der Schnecke sorgfältig reguliert werden kann. Wenn der Motor 119 in Betrieb gesetzt
wird, treibt die Schnecke 117, die mit den Zähnen oder dem Getriebeteil in 14o Figur
4 des Bpurelements 61 kämmt, den Wagen 70 in jeder Richtung um -die Spur nach Wunsch
in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Motors 119. Der elektrische Anschluss zu
dem Motor 85 ist nur teilweise bei 120 gezeigt, wo er als einfaches elektrisches
Kabel gezeigt ist. Geeignete Führungsmittel (nicht gezeigt) sind vorgesehen, um
alle elektrische und/oder pneumatisches gasführende und ähnliche Leitungen vor Verfitzung
und/oder Beeinflussung von anderen Elementen zu schützen. Eine fortlaufende Bewegung
des Wagens 7o für mehr als eine einzige volle Umdrehung in jeder Richtung
wird
normalerweise nicht benötigt. Schleifringe können anstelle elektrischer Zeitungen
an der spur 15, 17 ver-
wendet werden, um einen durchgehendes elektrischen
Strom
zu liefern.
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Der Spurrahmen 15, 17 in der in den Figuren 1 - 6 gezeigten Form ist
vorzugsweise aus Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium eta.,
hergestellt, um das Gewicht der Spuren in
zur Handhabung vernünftigen Grenzen
zu halten, die Zug-oder Zahnstange 61 besteht. vorzugsweise aus härterem Material
wie Stahl.
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Nach Zusammenbau der Vorrichtung 15, 17 und Anordnung des
Wagens
70 auf der Spur und nachdem elektrische Anschlüsse in geeigneter Weise erregt
worden sind,@kann das Schneidrad seine Arbeit beginnen; nachdem der Schneider seinen
Weg durch.,das Rohr zu einem Schnitt voller Tiefe durchgeführt hat, beginnt der
Wagen 70 seinen Umlauf um die Spur. Geeignete Steuerelemente sind in die Spur 15,
17 eingebaut, um Steuerschalter zu betätigen, d.h. zuerst, um die Schneidleistung
einzuschalten, und dann, um die Umlaufleistung einzuschalten, wie unten erläutert
wird.
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Das Schneidrad und seine Antriebselemente
79, 81j83 sind
auf dem Kipphebel 76, Fig. 2, angeordnet, so dass
die Schneid-;
kante des Rades 77 in Berührung mit der Fläche
des Rohres, das geschnitten werden soll, abgeseAkt werden kann. Ein Elektromotor.
sowie eia in geeigneter Weise gedämpfter Betätigungsmagnet ist zu diesem Zweck geeignet
und all- . gemein bei 4-50, Figur 12, gezeigt. Aus den anderen Zeichnungen ist er
fortgelassen. Ein umlaufender Motor mit geeignetem Vorgelege kann natürlich zum
gleichen Zwecke verwendet werden.
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Bei weiterer Abs®nkung wird der Schneider 77 vollständig .durch das
Rohr schneiden und fortfahren, dieses zu tun, wenn der Wagen 70 um die Spur umläuft.
Normalerweise wird bevorzugt, das Schneiden annähernd an dem oberen Mittelrunkt
des Rohres. zu beginnen und einen Teil des Umfangs in einer Richtung zu schneiden,
worauf das Schweissen des geschnittenen Teiles folgt, Dann wird der Schneidapparat
wieder auf die Oberseite des Rohres be@°,Acxgt und in entgegengesetzter Richtung
geschni tten, _ wonach dieser Teil verschweisst wird. Es ist normalerweise nicht
erwünscht, mehr als den halben'
Weg um das Rohr in. einem einzige. Vorgang
an Rohren von Mittelgrässe zu schneiden, und es äst erwünscht, an sehr grossen Rohren
auch weniger zu schneiden, bevor der Schweissvorgang beginnt, weil die Ausdehnungswirkung
der Schweisshitze und die Zusammenziehung, wenn die Schweissnaht abkühlte bestrebt
sind, den Spalt zwischen den-Rohrenden zu verzerren, nachdem er über eine grössere
Strecke Beschnitten worden:iste Diese Vorgänge werden unten genauer erläutert.
an dessen hinterem feil befestigt, wie in Figur 1 gezeigt ist,
und steht mit dem bearbeiteten Führungselement
.Eingriff und. ein anderes Führungsrad 155, das auf einem Zapfen 156 an, einem Schwenkhebel
157 gelagert ist, der um einen.an dem Wagenrahmen befestigten Stift 158 verschwenkbarist,
steht mit dem vorderen Führungselement 41 .in Eingriff.. Der Schwenkhebel 15? kann
durch den Hebel
159,
Figur 4, bewegt werden, um ihn aus dem Eingriff von'der
Führungsspur 41 zu ziehen, wenn es erwünscht ist, den Wagen 130 von der Spur abzuheben.
Verriegelungseinrichturigen, wie die, welche bei 105, Figur 2, beschrieben sind,
sind vorgesehen, aber in Figur 4 nicht gezeigt. Diese halten das Rad 155 in richtiger
FÜhrungsstellung, wenn der Wagen ih Betrieb ist. Durch Verschwenkurig des Hebels
159, um die Rolle 155 von dem Führungeapurelement 41 ausser Eingriff zu bringen,
kann der Wagen körperlich von"der Spur abgehoben
werden. -
Die Schweisevorrichtung, welche an dem Wagen 130 angeordnet ist, besitzt
ein Schweisskontaktrohr 160, durch welches Schweissdraht, der bei "W" angeteigt
ist, durch Zuführungsrollen 161 und 162 zugeführt wird. Letztere werden durch einen
in geeigneter Weise in der Geschwindigkeit gesteuerten Elektromotorantrieb 163 betrieben.
Der Draht wird von einer Spule 164 abgezogen, die an einer vor-
Die Bache der Schnittlänge vo
r jeder BohweißUng
ist
weeentlioh,
auch weil die Zusammenziehung
der Verbindung
dazu
neigt, die Sohneidscheibe einzuklemmen
und zu brechen.-In tigur
6 ist eine Abwandlung
gezeigt, in welcher
zwei Rohrabschnitt®
21 und p2
zur Verechweißung verbunden
sind und
zwei vollständige
Spurbaugruppen
T1 anal T2* in
ihrer
Lage angeklammert
sind. Die eine an der linken Seite, die als
T1 bezeichnet
ist, kann
für
den Sohneidwagen,
und die rechte,
T2, kann für
den Schweißvorgang verwendet
werden oder umge-
kehrt. Durch
Verwendung
eines Spurpaaresakann
die Fertigstellung
für Bohweißverbindung
beschleunig=t
werden. Zwei
oder mehr Einheiten können
auf jeder
Spur angeordnet werden,
um
das Verschweißen sehr langer
Rohre zu
be-
-
heraus bewegen, indem er auf StiftAn ,gelagert
ist, welche in Schlitzen, wie vorher in Verbindung mit Figur 3 beschrieben.
is t, auf und ab gleiten können. Durch diese Mittel
wird
der Schweißdraht
immer in die Mitte der engen Nut eingeführt und der Schweißkopf ist immer um den
richtigen CTWD-Abstand entfernt, so daß der Bogen richtig ausgahildet und aufrecht
erhalten vntrd. Es ist während desc@wc ä.@vorga.nges erwünscht, daß der Draht in
die .1,jfitte vorg$echcben wird und keine Seite der Schweißnut berührt. Dies erfordert
eine sorgfältige und genaii.a Ehrung dem Drahtes zu dem vagen.
Stärke ausgeführt, um eine sichere Wagenabetützung zu liefern,
aber dünn genug, um eich um das Rohr zu biegen. Es ist mit Mehrpunkt-Abatandahaltern
422 in der form von Stehbolzen oder Nieten versehen, die sehr eng zueinander angeordnet
sind und eine passende gleichförmige länge haben, um die Spur von dem Rohr abzuhalten.
Sie können so kurz
sein
wie der Raum für Greifrollen zwischen dem Band 421
und der Oberfläche eines Rohres P1 erforderlich ist.
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Obliche Spanneinrichtungen, die bei 423 Big. 13 gezeigt Bind, sind
zum Anziehen des Bandes um ein Rohr vorgesehen, wobei die Stehbolzen oder Nieten
422 radial nach innen gegen die Außenfläche des Rohres vorstehen. Durch geeignete
Wahl dee Materials und einen engen Abstand der Trag-Stehbolzen wird das Band eine
sehr feste Spur für die Sehneid- und/oder Schweißwagen der allgemeinen vorher beschriebenen
Typen bilden. Ein derartiger Wagen ist in den Piguren 11 und 12 gezeigt. Er besitzt
einen Hauptgrundteil 424 und Endplatten 425, die in geeigneter Weise miteinander
verbunden oder aneinander befestigt sind. Zwei Paare oberer Antriebsrollen 426.,
die, mit gerändelten Greifflächen versehen.aind, liegen
gegenüber unteren
Rollen 42?. Lagerarme 428 an der unteren Seite
des Hauptgrundteils 424 stützen
zwei Querwellen 430 ab, na denen die Rollen 426 befestigt sind. Zahnräder 431 sind
auch an diesen dellen befestigt, und an einem Ende werden die
den Spalt schließt und die Schneidscheibe zerbricht. Die bedienende
Person des Schtteides CY beginnt nun an des Rohreg und bewegt sich an der anderen
Seite herab# wobei in einem geeigneten Zeatab- . stand die Schweißeinrichtung WZ
folgt.
Diese Schritte ' sind
bei III
und IV
in Figur 15
gezeigt, Bei dieser
Anordnung stellen vier Maschinenwärter für die Einheiten
eine grosse Umfangssehweißung in einer kleinstmöglichen Zeit und ohne gegenseitige
Behinderung her.
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Das gerade beschriebene Schema macht es möglich, dass eine kleine
Schweißmannschaft mit einer Rohrauslegunsleitung Schritt hält, wodurch die erforderliche
Zeit zu Verschweißen grosser Rohrverbindungen auf
einen Bruchteil der vorher
erforderlichen vermindert werden kann. Die tatsächlichen Schweißvorgänge, die gegenwärtig
bevorzugt werden mit einer Schweißkopfverlaufgeschwindigkeit von etwa 88,9 bis 152,4
cm je Minute ausgeführt. Beim Verschweißen von Rohren mit Nenngrössen von 7,1 mm
Wandstärke, mit einer Berbindungsspaltbreite von etwa 1,5 mm und einem Drahtdurchmesser
von 1 mm soll die Drahtzuführungegeschwindigkeit zwischen etwa 10,14 m und 1798
m je Minute liegen. Für verscheidene Typen der Schweißvorgänge kann eine Drahtzuführungsgeschwindigkeit
5 bis 20 mal so groß wie die Schweißvorlaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem
Drahtdurchmesser, der Breite
ersten Schweißschritt fertigzuatellen, wird er automatisch
durch geeignete Steuerung angehalten, die vorzugsweise
an
t
der Spur befestigt sind,
und der Schweißstrom,
die Gaazu-
den andere Schritte für die Rückführung des nicht im Betrieb befindlichen Schneidwagens
70 zur Oberseite den Rohren
aus-
geführt, wonach die Schreidung nach unten
an der anderen Seite den Rohren stattfindet. Danach folgt in der richtigen Zeit
der nächste Schweißvorgang. In Figur13 ist ein Teilschnitt aber noch nicht der geschweißte
Einschnitt bei gezeigt, Wo das Schneiden und Schweißen abwechselnd
führt werden, akann eine Rälfte (oder ein Viertel) den Rohren geschnitten und dann
verschweißt werden,und dann wird die andere Hälfte (oder das andere Viertel) geschnitten
und danach geschweißt. Die Schritte werden in richtiger Reihenfolge fortgesetzt
bin eine vollständige Schweißung gemacht worden ist. Wie oben ausgeführt worden
ist, wird an grossen Rohren bevorzugt, kleine Abschnitte als Halbkreise in einzelnen
Vorgängen zu schneiden und zu schweißen.
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Daher können die Schneid- und Schweißschritte durch kleinere Bogenabschnitte
vorschreiten. Beispielsweise kann ein
60
oder 900 Schneideschritt durchgeführt
werden, dem die Yernchweißung folgt und inzwischen ein zweiter 60 oder 90o Schnitt
angefangen werden, bevor die erste Schweißung voll fertiggestellt
worden ist,
So können aufeinanderfolgende Schritte überlappt werden, wenn es erwünscht ist;
die Zeit