DE1540745C3 - Lichtbogenschweißverfahren - Google Patents

Description

Verhindern des Absinkens und ein Unterdruck von nur etwa 40 mm WS zum Verhindern des Einsinkens ausreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Variation des Gasdruckes automatisch bewirkt. Dabei wird zweckmäßig eine Vorrichtung verwendet, die ein Schweißwerkzeug enthält, dessen . Elektrode durch einen Motor in Drehung versetzt wird, wobei ein inerter Schutzgasmantel unter konstantem Druck der Schweißzone zugeführt wird und durch den Motor ein Ventil angetrieben ist, welches entsprechend der gewünschten Druckänderung im Innern der Rohre automatisch und synchron mit der Drehung der Elektrode das Rohrinnere mit einer Unterdruckquelle verbindet oder an die freie Atmosphäre anschließt oder aber gegen die freie Atmosphäre absperrt.

Die Erfindung ist besonders für das stumpfe Verschweißen von horizontal liegenden Rohren geringen Durchmessers mit einer Innenrundnaht unter Verwendung eines Schweißwerkzeugs, wie es beispielsweise in der britischen Patentschrift 913 207 beschrieben ist, geeignet. Die Erfindung läßt sich jedoch auch darüber hinaus bei anderen Fällen anwenden.

Ein Beispiel der praktischen Anwendung der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei stellen dar

F i g. 1 diagrammatisch eine fehlerhafte Schweißnaht, wie sie mit der Erfindung vermieden werden soll,

F i g. 2 das Schaubild einer erfindungsgemäß eingerichteten Schweißanlage,

F i g. 3 einen Schnitt eines in der Anlage gemäß F i g. 2 verwendeten Steuerventils und

F i g. 4 einen Schnitt in der Ebene IV-IV der Fig. 3.

Der nachfolgenden Beschreibung liegt die Annahme zugrunde, daß zwei horizontal gelagerte Rohre T und T (Fig.2) von der Rohrinnenseite her mit . Hilfe eines Schweißwerkes WT des eingangs genannten Typs miteinander durch eine Innenrundnaht ver-, , bunden werden sollen. Das Schweißwerkzeug WT V besitzt eine drehbare, nicht-abschmelzende Elektrode, deren Antrieb über eine flexible Welle von einem Motor M aus erfolgt. Weiterhin wird dem Schweißwerkzeug über eine Leitung A Argon oder ein anderes Inertgas zugeführt, das in der Nähe der Schweißnaht einen Schutzgasmantel bildet. ^l

Das Schweißwerkzeug WT erzeugt eine Schweißverbindung zwischen den Rohren Γ und T, die die Form eines in einer Vertikalebene liegenden Ringes von geschmolzenem Metall besitzt. Dises ringförmige Schweißbad hat vor dem Abkühlen und Verfestigen in dem Bogen, der sich (ausgedrückt als Uhrzeigerrichtung) von etwa der Position »10« bis etwa zur Position »2« erstreckt, eine Tendenz zum Absacken oder Durchhängen in das Rohrinnere hinein, wie dies bei X in Fig. 1 angedeutet ist, während es in dem Bogen, der sich etwa von der Position »4« bis etwa zur Position »8« erstreckt, eine Tendenz zum Einsinken in die Rohrwandung und damit zum Durchhängen auf der Rohraußenseite besitzt, wie dies bei Y in F i g. 1 angedeutet ist. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Schweißnaht die Rohrwandung voll durchdrungen hat, wie dies für eine ordnungsgemäße Schweißnaht erforderlich ist.

Um der vorangehend erwähnten, unerwünschten Tendenz einer Verlagerung des im Schweißbad flüssigen Metalls unter Einwirkung der Schwerkraft entgegenzuwirken, wird innerhalb der Rohre während des Schweißvorganges über dem Bogen von etwa der Position »10« bis etwa zur Position »2« ein leichter Überdruck und während des Schweißvorganges über dem Bogen von etwa der Position »4« bis zur Position »8« ein leichter Unterdruck aufrechterhalten. • Während des Schweißvorganges über die Bögen von ίο der Position »2« zur Position »4« bzw. von der Position »8« bis zur Position »10« erfolgt die Arbeit jeweils bei einem im wesentlichen atmosphärischen Druck.

Im vorliegenden Beispiel wird die Variation des Druckes im Rohrinnern dadurch vorgenommen, daß das Gasaustrittsende der Rohre periodisch an Unterdruck bzw. Überdruck bzw. atmosphärischen Druck angeschlossen wird. Das Gaseintrittsende der Rohre, d. h. das mit dem Schweißwerkzeug WT versehene Ende wird dabei während des gesamten Schweißvorganges, d. h. während einer Umdrehung der Schweißelektrode durch den Motor M, mit einem konstanten Gasstrom versorgt. Wie sich aus F i g. 2 ergibt, ist zum Zwecke des periodischen Umschaltens auf eine variable Druckhöhe das Gasaustrittsende der Rohre über eine Leitung P mit einem drehbaren Steuerventil CV verbunden, das über ein Untersetzungsgetriebe/? vom Motor M aus synchron mit der Schweißelektrode angetrieben wird und damit bei einer Umdrehung der Elektrode ebenfalls eine Umdrehung ausführt.

Das Ventil CV ist in größeren Einzelheiten in F i g. 3 und 4 erläutert. Es enthält innerhalb eine* stationären Gehäuses 10 einen Rotor 12, der mit einem Durchtrittskanal 14 versehen ist. Das eine Ende 14 a dieses Kanals 14 kann bei Drehung des Rotors 12 zur Verbindung mit dem einen oder Puderen von zwei Kanälen 16 und 16' gebracht wer , die sich in die freie Atmosphäre hin öffnen, oder aber zur 4P Verbindung mit einem Kanal 18, der seinerseits an ein Gebläse V oder eine andere geeignete Unterdruckquelle angeschlossen ist. Das andere Ende 14 b des Kanals 14 mündet in einer in den Rotor 12 eingelassenen Umfangsnut 20, die ihrerseits während der Drehung des Rotors ständig in Verbindung mit einer Auslaßöffnung 22 steht. Die Auslaßöffnung 22 ist an die zum Gasaustrittsende der zu verschweißenden Rohre führende Leitung P angeschlossen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ventils sei angenommen, daß der Schweißvorgang bei der Uhrzeiger-Position »4« beginnt und im Uhrzeigersinn fortschreitet. Da, beginnend etwa bei der Position »4« und endend etwa bei der Position »8« das Gehäuse 10 eine Ausnehmung 24(Fi g. 4) besitzt, wird während der Bewegung der Elektrode von der Position »4« bis zur Position »8« das Gasaustrittsende der zu verschweißenden Rohre über die Leitung P, den Kanal 14 und den Kanal 8 mit der Unterdruckquelle V verbunden, so daß ein Unterdruck am Gasaustrittsende der Rohre entsteht. Nach Durchlaufen der Position »8« tritt der Kanal 14 über eine der Ausnehmung 24 funktionsmäßig entsprechende Ausnehmung 26 im Gehäuse 10 mit dem in F i g. 4 linken Kanal 16, der an die freie Atmosphäre angeschlossen ist, in Verbindung. Daher wird über den Bogen von der Position »8« bis etwa zur Position »10« (d.h. über den Bogen, über den die Ausnehmung 26 reicht) das Gasaustrittsende der zu ver-

schweißenden Rohre mit der freien Atmosphäre verbunden. Nach dem Erreichen der Position »10« bleibt das Ende 14 a des Kanals 14 bis etwa zur Position »2« durch die Wandung des Gehäuses 10 verschlossen. Von der Position »2« bis zur Position »4« steht der Kanal 14 schließlich wiederum mit der freien Atmosphäre in Verbindung, und zwar über den in Fig.4 rechten Kanal 16' und eine entsprechende Ausnehmung 26'in der Gehäusewand.

Mithin ist im Bogen zwischen der Position »4« und der Position »8« der Gasdruck in den zu verschweißenden Rohren Γ und T gleich dem Zufuhrdruck des Argons minus dem an das Gasaustrittsende der Rohre angelegten Unterdruck. In den Bögen zwischen den Positionen »8« bis »10« bzw. »2« bis »4« herrscht in den Rohren Γ und T* atmosphärischer Druck. Im Bogen zwischen der Position »10« und der Position »2« schließlich ergibt sich in den Rohren Γ und T ein Druck, der dem Zufuhrdruck des Argons entspricht. Es stellt sich also während des Schweißvorganges ein vollständiger Zyklus von unterschiedlichen Drücken ein, wobei die Variationen dieser Drücke jeweils so beschaffen sind, daß nachteilige Verlagerungen des schmelzflüssigen Metalls in

., der Schweißzone nicht auftreten können.

ίο Wie bereits erwähnt, sind die Absolutwerte der Druckvariationen, die zum Erzielen befriedigender Ergebnisse benötigt werden, nur sehr klein. Im allgemeinen reichen Überdrücke von etwa 30 mm Wassersäule und Unterdrücke von etwa 40 mm Wassersäule aus. Diese Zahlen können jedoch in einzelnen Fällen auch bis beispielsweise etwa 63 mm ansteigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 verschweißenden Rohre vor der ruhenden Schweiß-Patentansprüche: elektrode vollzogen wird. Der Schutzgasdrück, der in diesem Fall nötig ist, um eine Deformation zu ver-

1. Verfahren zum stumpfen Lichtbogenschwei- hindern, ist für alle Abschnite der Schweißnaht der ßen von Rohren unter Verwendung einer nicht- 5 gleiche.

abschmelzenden Elektrode sowie eines Inert- Das Erzeugen eines statischen Überdruckes führt

gas-Schutzmantels, wobei innerhalb der zu ver- jedoch nicht zum erwünschten Ergebnis, wenn die schweißenden Rohre ein bestimmter Inertgas- einzelnen Abschnitte der Schweißnaht in unter-• druck eingestellt wird,, um einer Verlagerung des schiedlicher Weise durch Schwerkraft beeinflußt werschmelzflüssigen Metalls in der Schweißzone un- io den. Ein derartiger Fall liegt beispielsweise vor beim ter dem Einfluß der Schwerkraft entgegenzuwir- stampfen Verschweißen von Rohren, deren Achsen ken, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Winkel zur Vertikalebene angeordnet sind, beim Schweißen einer Rundnaht mit einer umlau- und bei denen die Schweißnaht nicht dadurch um fenden .Elektrode der Inertgasdruck in Abhängig- den Rohrmantel gelegt werden kann, indem man die keit von der Winkelstellung der Elektrode zwi- xs Rohre um ihre Achse dreht und dadurch an einer rüschen einem Überdruck und einem Unterdruck henden Schweißelektrode vorbeibewegt. In der variiert wird. Mehrzahl der in der Praxis auftretenden Fälle gehört

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- eines der zu verschweißenden Rohre einer unbewegkennzeichnet, daß der Druck innerhalb der liehen oder zumindest schwer beweglichen Anlage Rohre zwischen einem Überdruck von etwa ao an, so daß die Schweißelektrode um den Rohrmantel 30 mm Wassersäule und einem Unterdruck von herumgeführt werden muß. Hierbei tendiert nun der etwa 40 mm Wassersäule variiert wird. obenliegende Abschnitt der Schweißnaht zum

3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfah- Durchhängen in das Rohrinnere hinein, während der rens nach einem oder mehreren der vorhergehen- untenliegende Teil der Schweißnaht zum Durchhänden Ansprüche unter Verwendung eines Schweiß- 25 gen nach außen neigt. Ein statischer Überdruck des Werkzeuges, dessen Elektrode durch einen Motor Schutzgases im Rohrinneren kann deshalb nur im in Drehung versetzt wird, wobei ein inerter obenliegenden Teil der Schweißnaht eine Deforma-Schutzgasmantel unter konstantem Druck der tion verhindern, im untenliegenden Teil der Schweiß-Schweißzone zugeführt wird, dadurch gekenn- naht würde der gleiche Druck zu einer Verstärkung zeichnet, daß durch den Motor ein Ventil ange- 30 der Deformation führen. Das Verfahren gemäß der trieben ist, welches entsprechend der gewünsch- USA.-Patentschrift 2 747 065 kann also nicht erfolgten Druckänderung im Innern der Rohre automa- reich eingesetzt werden, wenn beim stumpfen Vertisch und synchron mit der Drehung der Elek- schweißen von geneigten Rohren die Schweißelektrode das Rohrinnere mit einer Unterdruckquelle trode am Rohrmantel entlang bewegt werden soll verbindet oder an die freie Atmosphäre an- 35 oder muß.

schließt oder aber gegen die freie Atmosphäre Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein

absperrt. Schweißverfahren der eingangs genannten Art ver

fügbar zu machen, welches auch dann eine Schweißnaht von befriedigender Kontur erzeugt, wenn die

40 stumpf zu verschweißenden Rohre geneigt vorliegen

. . und die Schweißelektrode beim Legen der Schweißnaht am ruhenden Mantel entlang geführt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stump- löst, daß beim Schweißen einer Rundnaht mit einer fen Lichtbogenschweißen von Rohren unter Verwen- 45 umlaufenden Elektrode der Inertgasdruck in Abhändung einer nicht-abschmelzenden Elektrode sowie gigkeit von der Winkelstellung der Elektrode zwieines Inertgas-Schutzmantels, wobei innerhalb der zu sehen einem Überdruck und einem Unterdruck variverschweißenden Rohre ein bestimmter Inertgas- iert wird. Damit wird der Schutzgasdruck den jeweidruck eingestellt wird, um einer Verlagerung des ligen Anforderungen während des Schweißvorganges schmelzflüssigen Metalls in der Schweißzone unter 5° angepaßt.

dem Einfluß der Schwerkraft entgegenzuwirken. Ausmaß und Zeitmaß der Variation des Gasdruk-

Beim Verschweißen zweier Metallteile mittels des kes hängen von der Art der durchzuführenden vorgenannten Verfahrens bildet sich ein Bad von ge- Schweißoperation, von der Masse des Schweißbades schmolzenem Metall aus, das unter dem Einfluß der und auch von anderen Faktoren ab. Sie lassen sich Schwerkraft einer Deformation unterliegen kann. 55 für jeden Anwendungsfall leicht experimentell oder Es ist aus der USA.-Patentschrift 2747 065 be- durch einfache Überlegungen auffinden. Generell kannt, daß beim Schweißen einer Außenrundnaht wurde gefunden, daß das Ausmaß der zum Erzeugen eine Deformation oftmals in ausreichendem Ausmaß befriedigender Ergebnisse notwendigen Variation des , dadurch vermieden werden kann, daß im Innern der Gasdruckes überraschend klein ist. Beispielsweise erzu. verschweißenden Rohre in der Nähe der Schweiß- 60 gab sich beim stumpfen Verschweißen von Rohren naht ein statischer Überdruck in der Schutzgasatmo- eines Wärmeaustauschers mit einem Rohrinnensphäre erzeugt wird. Diese Maßnahme führt dann durchmesser von etwa 13 mm — wobei die Rohre zum Erfolg, wenn die einzelnen Abschnitte der während des Schweißens horizontal gehalten wurden, Schweißnaht in gleicher Weise durch die Schwerkraft so daß sich für das Schweißbad in der oberen Rundung beeinflußt werden, was dann der Fall ist, wenn die 65 eine Tendenz zum Wegsacken von der Rohrwandung Längsachsen der Rohre senkrecht verlaufen oder, und in der unteren Rundung eine Tendenz zum Einwie im Falle der zitierten USA.-Patentschrift, das sinken in die Rohrwandung ergab —, daß bereits ein Legen der Schweißnaht durch Vorbeidrehen der zu leichter Überdruck von nur etwa 30 mm WS zum