DE1615175A1 - Verfahren zur kontinuierlichen Verschweissung von Rohren - Google Patents

Description

BE 486/CE 2632 kö/ad

19o8.66

Anmelders Combustion Engineering, Inc._e Y/indaor, Connecticut, UoS.A₅

Verfahren zur kontinuierlichen Verschweißung von Rohren

Die Erfindung betrifft Schweißvorrichtungen und ein Verfahren zur Verschweißung paralleler Teile und insbesondere zur Verschweißung von Metallrohren zur Bildung von Rohrfeldern·

Es ist ein neuer Trend in der Dampfkesselindustrie, die Vt'ände der Brennkammer mit Siederohren auszukleiden, die zu Rohrfeldern zusammengeschweißt sind ο Die häufigsten Verfahren zum Zusammenschweißen der Rohre verwenden einen beweglichen Schweißkopf, der sich längs zwei Rohren bewegt und so eine Schweißverbindung längs der ganzen Rohrlänge herstellt. Eine zwischen den beiden Rohren angeordnete Kupferplatte dient als Führung für das Schweißaetall vor seiner Verfestigung ₀ Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß der notwendige lange Werktisch und die Zugvorrichtungen für den beweglichen Schweißapparat zusammen mit der großen Anzahl der zur Befestigung der Rohre erforderlichen hydraulichen Klammern sehr teuer ist· Außerdem ist das Aufbringen der Rohre auf den »erktisch und das Abnehmen sehr beschwerlich, und zeitraubend und das gleiche gilt für das Ausrichten und Festklammern der Rohre· Außerdem 1st die häufige Erneuerung des

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langen, kupfernen Führungsstrelf ens oder der Kopfplatte teuer und nimmt beträchtliche Zeit in Anspruch«

Bin weiteres Verfahren verwendet eine stationäre Schweißvorrichtung, an der die beiden zu verschweißenden Rohre vorbeibewegt 'rerdeno Dieses Verfahren verwendet ein rotierendes Kupferrad, dessen oberer Rand als Führung für das Schweißmetall vor seiner Verfestigung diente Obwohl dieses Verfahren die meisten Kachteile des Schweißens bei stationären Rohren vermeldet, hat es doch einige Schwächen» ZoBo sind die erreichbaren Schweißgeechwindigkeiten niedrig, die Breite des Schweiße te ge β mußte minimal gehalten werden und es war nicht möglich, Rohre verhältnismäßig geringen Durchmessers oder dünnwandige Rohre zusammenzuschweißen, wenn die Schweißnaht und die Rohrmittellinie in einer Ebene liegen sollten_o

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen stationären Schweißapparat und ein Verfahren zu seinem Betrieb anzugeben, bei dem die au verschweißenden Rohre an der Schweißvorrichtung vorbeibewegt werden, ohne daß die oben erwähnten Schwierigkelten auftreten»

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zur kontinuierlichen Verschweißung zweier länglicher, horizontal und parallel angeordneter Teile, wie z»Bp Metallrohre, bei dem die Teile in Längsrichtung an einer verzehrbaren Elektrode vorbeibewegt werden, und bei dem zwischen einem Schweißdraht und der verzehrbaren Elektrode ein Lichtbogen hergestellt wird, geschmolzenes Metall zwischen den beiden Teilen, während sie sich am Lichtbogen vorbeibewegen, abgelagert und danach für eine bestimmte Zeitdauer zusammen mit den Teilen in horizontaler Richtung weitergeführt wird, sodaß es sich bei geringer oder gar keiner Schrumpfung ausreichend verfestigt hat, um nach Entfernung der Führung seine Form zu halten_o

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Außerdem gibt die Erfindung eine SchweiBvorrlchtung zur kontinuierlichen VerechweiSung zweier länglicher, horizontal und parallel angeordneter Teile, wie S₀B₀ Sletallrohre, an mit Vorrichtung zur Führung und Längebewegung der horizontalen Teile alt einen versehrbaren Elektrodendraht, der in das Gebiet des abzulagernden Schweißmetalles reicht, und mit Führungsgliedern für das Schweißmetall zwischen den Teilen, die aus einem stationären Klotz bestehen» dessen Länge ausreicht, um das Schweißmetall zu führen, bis es selbsttragend geworden ist.

Zum besseren Verständnis wird die Erfindung jetzt anhand der Zeichnungen beschrieben« In den Zeichnungen stellen dar:

Figo 1 eine Vorderansicht der Rohrschweißvorrlchtisng nach der Erfindungι

Figo 2 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 2-2 der Figo 1j

Fig« 3 eine Vorderansicht des Führungsklotzes von Figo 2;

Figo 4 die Art und Welse, auf welche mehr als zwei Rohre gleichzeitig verschweißt werden können«

In den Figuren 1 und 2 ist die Schweißmaschine Bit den Kennzeiche 10 bezeichnet« Die Zahlen 12 und 14 bezeichnen zwei parallele, im Abstand voneinander angeordnet® Stahlrohre, die zusammengeschweißt werden sollen» Die zwei Rohre werden In die Schweißmaschine durch ein Paar von Elngangs-Antriebsrollon 16 und eingespeist, die auf geeignete V/eise über ein Getriebe oder über einen Kettenantrieb durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben werden können«. Die zwei Rohre werden mit den Antriebsrollen durch ein Paar von oberen Eingangs-Führungsrollen

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20 und 22 in Eingriff gehalten,, Biese Hollen bestimmen auch den endgültigen Rohrabstand und ihre Flüchtlings

Per Schweißdraht 24, der teilweise den Schweißsteg zwischen den beiden Rohren bilden wird, wird in die Maschine durch eine Schweißdrahtführung 26 eingespeist· Dieser Schweißdraht 24 füllt teilweis· den Baum zwischen beiden zu verschweißenden Bohren aus« Ein Terzehrbarer Elektrodendraht 30 ist über den Schweißdraht einer Elektrodendrahtführung 32 an« geordnet. Der Elektrodendraht und der Schweißdraht sind auf solche Weise elektrisch miteinander verbunden, daß zwischen dem veraehrbaren .Elektrodendraht 30 und den Schweißdraht 24 ein Lichtbogen hergestellt wird₀ Die ßpannungsquelle kann entweder Gleich- oder Wechselstrom, ganz nach Belieben, liefern. Zur Abschirmung der Schweißstelle gegen eine Oxydation verteilt ein Flußmittelverteiler 34 Flußmittel auf dem Schweißgebiet. Ein geeigneter Flußmittel-Auffänger 36 nimmt das überschüssige Flußmittel auf« Ein Preßluftmeißel 38 entfernt die Schlacke von der Schweißnahtο

Ein Führungsklotz 40 ist unter dem Gehweißkopf angeordnet und seine Oberfläche erstreckt sich zwischen den beiden parallelen Rohren (FIg₀ 2) und füllt im wesentlichen ihren Zwischenräume Das ist der Führungsklotz oder die Kopfplatte für das geschmolzene Metall _e ^v/ie in den FIg₀ 2 und 3 dargestellt, wird der Führungsklotz durch Wasser gekühlt, das durch eine Führung 64 strömtο

In Fig« 1 ist dargestellt, daß ein Paar von Ausgangs-Antriebsrollen 56 an der Auslaßseite des Schweißkopfes angeordnet sind. Die oberen Rollen 5Θ zwingen die Rohre zum Eingriff mit den unteren Antriebsrollen 56. Die Umfangsgeschwindigkeit der Antriebsrollen 16, 18 und 56 sollte auf allen Rollen gleich groß sein. Dies kann durch Antrieb dieser Rollen mittels des

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gleichen Motors oder durch die Verwendung von synchronisierten Motoren erreicht werden»

In Folgendem wird der Betriet» der Schweißmaschine beschrieben«. Die zu verschweißenden Rohre werden in die Schweißmaschine mittels der Rollen 16, 18, 20 und 22 eingespeist und in geeignete Lage gebracht, Der Schweißdraht 24 wird in die Maschine in den Zwischenraum zwischen den beiden Rohren mittels der ßehwelßdrahtführung 26 eingespeist₀ Ein Lichtbogen wird «wischen dem Elektrodendraht 30 und dem Schweißdraht 24 hergestellt, um sie beide zu schmelzen und zu einem die beiden Rohre 12 und 14 verbindenden Steg zu vereinigen« Die Oberfläche des Führungsklotzes 40 dient als Führung oder Kopfplatte für das geschmolzene Metall, wenn es sich verfestigt. Der den Elektroden zugeführte Stromfluß und die Bewegungegeschwindigkeit der Rohr· durch die Schweißmaschine sollten so eingestellt sein, daß der Schweißdraht 24 vollständig geschmolzen wird, sich jedoch nicht mit der Oberfläche des kupfernen Führungeklotaes verbindet₀

lie in Fig« 3 dargestellt, läuft der Schweißdraht 24 durch eine Führung 25 in den Führungsklotz 40 und tritt aus ihm so aus, daß sein Ende unter dem Elektrodendraht 30 zentriert ist* Das ist viel vorteilhafter, als den Schweißdraht nur oberhalb des Führungsklotzes anzuordnen, da der wassergekühlte kupfern· Führungsklotz einen außerordentlich guten Kontakt für den Erdplattenstrom bietet, der von dem Elektrodendraht zum Schweißdraht fließt_o Dadurch wird die Erosion der Oberfläche des Klotzes durch den elektrischen Lichtbogen so klein wie möglich gehalten, da die elektrische Entladung fast vollständig zwischen dem Elektrodendraht und dem Schweißdraht stattfindet_β Diese Schweißdrahtführung bietet auch eine bessere Auenutzung der Energie, da ein großer Prozentsatz der gesamten aufgebrauchten Energie im Schweißbogen verbraucht wirdo Außerdem äußert sich der ver-

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besserte Kontakt zwischen de» Schweißdraht 24 und den Wänden der Führung 25 in geringeren elektrischen Regelechwankungen (hunting), sodaß eine verbesserte und stabilere Regelung gesichert istο Außerdem hat der Schweißdraht keine Möglichkeit» von dem Funkt direkt unterhalb des Elektrodendrahtes wegzuwandern, wie es der Fall wäre, wenn der Schweißdraht völlig oberhalb des Führungsklotzea eingespeist würde«

Wie in KLg. 3 dargestellt, ist die Abmessung oder Länge D des kupfernen Führungsklotzes kritische Ea ist wohl bekannt, dass sich geschmolzenes Metall, wenn es abkühlt und beginnt, sich su verfestigen, zusammenzieht oder schrumpft« Wenn das geschmolzene Metall während des vorliegenden Schweißvorganges ausreichend schrumpft, bedeutet das, daß die beiden Rohre nach innen gesogen werden und die Tendenz haben, mit den Seiten des Führungsklotzee zu pendeln« Deshalb sollte die Länge B des Führungsklotzee zwischen dem Funkt, an dem die Elektrode 50 geschmolzenes Metall ablagert und dem hinteren Ende 41 des Klotzes ausreichend groß . sein, daß sieh das geschmolzene Metall verfestigen kann und selbsttragend wird und seine Form nach dem Verlassen des Qades des Führungsklotzes hält und demnach kurz genug sein, sodaB keine wesentliche Schrumpfung des geschmolzenen Metalles stattfindet»

Faktoren Die Länge D wird von einer Anzahl» abhängen, z»B· wird die Länge D des Führungsklotzee um so größer sein, je schneller sich die Rohre durch die Schweißmaschine bewegen« Außerdem, je größer der Abstand der beiden Rohre ist, desto mehr geschmolzenes Stegmetall muß abgelagert werden und desto größer wird die Länge D· Einige weitere Faktoren, welche zur endgültigen Festlegung der Länge B bei irgendeinem bestimmten Schweißbetrieb berücksichtigt werden müssen, sind die zugeführte Wärmeleistung, die Masse und die Abmessungen der zu verschweißenden Rohre, und die Geschwindigkeit, mit der sich das geschmolzene Metall durch

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die Rohre und den wassergekühlten Führungsklo tu abkühlte

Damit ein glatter, kontinuierlicher, automatischer Schweißbetrieb gesichert ist, halten die Rohre bei ihrer Vorbeibewegung an dem Führungeklot£ einen kleinen Abstand von ihn ο Es wurde bestimmt, diß ein Abstand von ungefähr 0,08 cn (6,05") «wischen dem Rohr und der Seitenfläche des KLotteiB vorhanden sein sollte«» Dieser Zwischenraum füllt sich in wesentlichen mit Flußmittel an, das vor der Schweißelektrode abgelagert wird und so vor-. hindert,..daß irgendwelches, geschmolzenes.Metall auf diese tfeise abläuft«, ·..■.., ...,·.. ....·..·

Die Länge des Führungsklotsee «wischen seinem Anfangsende 39 und dem Punkt, an dem die Elektrode 30 eintritt, ist nicht kritisch. Dieser Abstand sollte jedoch groß genug sein, damit kein geschmolzenes Metall von der Oberfläche des Führungsklotzes abläuft _o -

Einige Beispiele -von Betriebsbedingungen für den Schweißvorgang, welche ausprobiert worden sind und welche zufriedenstellende Schweißnahte hervorgebracht haben, sind folgende:

Rückstand zwischen den 0,95 cm 1,2? ca 1,91 cm 2,54 cm

Rohren (3/8") (1/2·) (3/4») (1")

Rohrabmeeaung - 2,54 cm 4,45 cm 4.45 cm 4,45 cm Außen-Durchmesser (1^M) . (1 3/4") (1 3/4") (1 3/4") Yandetärke der Rohre 0,345 cm 0,559 cm 0,45? cm O₉457 cm

• (0,136") (0,220") (0,180") (0,180^M)

Spannung (Volt) 36 43 40 38

Amperes 620 1020 900 800

Schweißgeschwindigkeit

cm/min 66,04 60,96 40,64 50.80

("p/min) (2έ) (24) (16) (20)

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15₉24cm 15,24cm 20,32cm 23,02cm (6^R) (6*) (8*5 (13")

Wasserdurehfluß durch

den Kloti l/min, 22,75 22,75 22_f75 22.75

(galoper min) (5) (5) (5) (5)

Gesamte Klotzlänge 20,32cm 20,32cm 25,4cm 38.1 ca

(8^S) (8") (10") (15")

Klotzlänge von der
Elektrode bis zum
hinteren üide

Zahl der senkrechten

Drähte 1 1 1 2

Zahl der horizontalen

Drähte 112 2

Alle Rollen 16, 18, 20, 22, 56 und 58 (PIg₀ 1) sind lösbar befestigt, sodaß noch mehrere hinzugefügt werden können, wenn Rohrpaare zu weiteren Paaren zusammengeschweißt werden sollen oder wenn Rohrfelder von vier Rohren zusammengeschweißt werden sollen· Außerdem können Rohre verschiedener Abmessungen zusammengeschweißt werden und zwar einfach durch die Verwendung von Rollen und Gchweißdrähten oder lletallstegen verschiedener Abmessungen« Der kupferne Pührungsklotz ist ebenfalls lösbar befestigt, so daß verschiedene Klötze ausgewechselt werden können, falle der Abstand zwischen den Rohren oder die Rohrabmessungen geändert werden sollen<, Die oberen Rollen 20, 22 und 58 sollten in ihrem entsprechenden Rahmen so montiert werden, daß sie geringes Spiel haben und sich kleinen Unregelmäßigkeiten der Rohre anpassen«, Dies kann durch, die Verwendung geeigneter Federn oder Luftzylinder oder anderer ausreichender Vorrichtungen geschehen<?

Fig* 4 stellt dar, auf welche Weise zwei oder mehr Stege gleichzeitig gegossen oder geschweißt werden können, um drei oder mehr Rohr· zur gleichen Zeit zu verschweißen«. Dies wird durch die Verwendung einer Vielzahl von Antrieb« oder Führungerollen

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Führungsklötsen, Schweißköpfen usw« erreicht ₀ Die drei oder mehr Bohre werden gleichzeitig durch die Schweißmaschine geführt und ein Steg wird zwischen jedes parallele Hohrpaar gegossen oder geschweißt und zwar durch eine Vielzahl von Schweißköpfen und die Stege werden durch eine Vielzahl von kupfernen Führungsklötzen geführte

In Fig_o 4 ist dargestellt, wie vier Rohre 70, 72, 74 und 76 durch die Schweißmaschine mittels der nicht dargestellten Führungs-und Antriebsrollen geführt werden«. Sie Schweißelektroden 84, 86 und 88 lagern drei Stege von geschmolzenen Metall ab und zwar je einen zwischen die benachbarten Rohre eines Paares₀ Diese Stege aus geschmolzenem Metall werden durch drei kupferne Führungsklötze 78« 80 und 82 geführt₀

Obwohl die Vorrichtung und ihr Betriebsverf ahren in Verbindung mit der Herstellung von wassergekühlten Rohrfeldern beschrieben wurde, die aus zusammengeschweißten dünnwandigen Rohren bestehen und in modernen Dampferzeugern hoher Kapazität verwendet werden, versteht es sich, daß die Schweißmaschine auch andere Anwendungen hat als die hler zur Darstellung verwendeten»

Anlage: 6 Patentansprüche

1 Blatt Zeichnungen mit
4 Figuren

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Claims (1)

1615T75

Patentansprüche

Verfahren zur kontinuierlichen Verschweißung zweier länglicher, horizontal und parallel angeordneter !Teile, wie z.B_o Metallrohr β , bei dem die Teile in Längsrichtung an einer verzehrbaren Elektrode, vorbeibewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Schweißdraht (24) und der versehrbaren Elektrode (30) ein Lichtbogen hergestellt wird» geschmolzenes Metall zwischen dem beiden Teilen (12,14), während sie sich am Lichtbogen vorbeibewegen, abgelagert und danach für eine bestimmte Zeitdauer zusammen mit den Teilen (12,14) in horizontaler Richtung weitergeführt wird, sodaS es sich bei geringer oder gar keiner Schrumpfung ausreichend verfestigt hat* um nach Entfernung der Führung (40) seine Form zu halten«

2ο Schweißvorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch mit Vorrichtungen zur Führung und Längsbewegung der horizontalen Teile, mit einem verzehrbaren Elektrodendraht, der in das Gebiet des abzulagernden Sehweißmetalles reicht, und mit Führunga gliedern für das Schweißmetall zwischen den Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsglieder aus einem stationären Klotz (40) bestehen, dessen Länge ausreicht, um das Schweißmetall zu führen, bis es selbsttragend geworden ist_p

3« Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet! daß die Länge des Führungsklotzes (40) von dem Punkt unterhalb der verzehrbarsn Elektrode bis zu seinem hinteren Ende so groß ist, daß das von der verzehrbaren Elektrode abgelagerte, geschmolzene Metall geführt wird, bis es ausreichend abgekühlt ist, damit es seine Form hält, aber noch nicht so weit abgekühlt ist, daß eine Kon tra&tion der Teile (12,14) eine Verbindung mit dem Führungsklotz verursachte

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Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnete daß der Führungeklotz ζ 40) wenigstens eine Führung (64) zur Wasserkühlung enthalte

5» Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet_s daß der Führungsklotz (40) mit einer Führung (25) für einen Schweißdraht versehen ist, deren Auslaßöffnung unter den verzehrbaren Elektrodendraht angeordnet ist, und daß Förderglieder vorgesehen sind, die den Schweißdraht mit bestimmter Geschwindigkeit durch die Führung fördern₀

Vorrichtung nach irgendeinen der Ansprüche 2 bis 5« gekennzeichnet durch einen über dem Führungsklotz vor dem Schweißgebiet angeordneten Flußmittel-Verteiler (34) und eix£&ber den Führungsklotz und hinter dem Schweißgebiet angeordneten Flußmittel-Auffänger (36)ο

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