DE1615175B2 - Vorrichtung zum herstellen von staehlernen rohrwand-elementen durch lichtbogen-schmelzschweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von stählernen Rohrwand-Elementen, wie sie im einzelnen im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist. Solche Vorrichtungen sind z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 046 984 bekannt. Sie verwenden einen beweglichen Schweißkopf, der sich längs zweier Rohre bewegt und so eine Schweißverbindung längs der ganzen Rohrlänge herstellt. Eine zwischen den beiden Rohren angeordnete Kupferplatte dient als Führung für das Schweißmetall vor seiner Verfestigung. 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 hydraulischen Klammern sehr teuer ist. Außerdem ist das Aufbringen der Rohre auf den Werktisch und das Abnehmen sehr beschwerlich und zeitraubend und das gleiche gilt für das Ausrichten und Festklammern der Rohre. Außerdem ist die häufige Erneuerung des langen kupfernen Führungsstreifens oder der Kopfplatte teuer und nimmt beträchtliche Zeit in Anspruch.

Eine andere Konstruktion (USA.-Patentschrift 3127 503) verwendet eine stationäre Schweißvorrichtung, an der die beiden zu verschweißenden Rohre vorbeibewegt werden. Dieses Verfahren verwendet ein rotierendes Kupferrad, dessen oberer Rand als Führung für das Schweißmetall vor seiner Verfestigung dient. Obwohl dieses Verfahren die meisten Nachteile des Schweißens bei stationären Rohren vermeidet, hat es doch einige Schwächen. Zum Beispiel sind die erreichbaren Schweißgeschwindigkeiten niedrig, die Breite des Schweißsteges 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. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen stationären Schweißapparat und ein Verfahren zu seinem Betrieb anzugeben, bei dem die zu verschweißenden Rohre an der Schweißvorrichtung vorbeibewegt werden, ohne daß die obenerwähnten Schwierigkeiten auftreten.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 dargestellten Maßnahmen vermieden.

Die Bemessung der Vorrichtung kann zu optimalen Ergebnissen führen, wenn entsprechend dem Kennzeichen des Anspruches 2 verfahren wird.

Es gelingt so, den großen Zwischenraum zwischen den einzelnen Rohren durch Schweißgut zu überbrücken und das Schweißgut auch während des Erstarrungsvorganges über die Unterlage kontinuierlich hinwegzuziehen. Durch die intensive Kühlung der Kupferunterlage und die Zuführung des Lichtbogens von unten wird auch der Schweißdraht selbst gekühlt, so daß er nur beim Abschmelzvorgang erheblich erhitzt wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben. Es stellt dar

F i g. 1 eine Vorderansicht der Rohrschweißvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 1 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 eine Vorderansicht des Führungsklotzes von Fig. 2,

F i g. 4 die Art und Weise, auf welche mehr als zwei Rohre gleichzeitig verschweißt werden können.
In den F i g. 1 und 2 ist die Schweißmaschine mit dem Kennzeichen 10 bezeichnet. Die Zahlen 12 und 14 bezeichnen zwei parallele, im Abstand voneinander angeordnete Stahlrohre, die zusammengeschweißt werden sollen. Die zwei Rohre werden in die Schweißmaschine durch ein Paar von Eingangs-Antriebsrollen 16 und 18 eingespeist, die auf geeignete Weise 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 20 und 22 im Eingriff gehalten. Diese Rollen bestimmen auch den endgültigen Rohrabstand und ihre Fluchtung.

Der 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 teilweise den Raum zwischen beiden zu verschweißenden Rohren aus. Ein verzehrbarer Elektrodraht 30 ist über den Schweißdraht einer Elektrodendrahtführung 32 angeordnet. Der Elektrodendraht und der Schweißdraht sind auf solche Weise elektrisch miteinander verbunden, daß zwischen dem verzehrbaren Elektrodendraht 30 und dem Schweißdraht 24 ein Lichtbogen hergestellt wird. Die Spannungsquelle 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-

3 4

Auffänger 36 nimmt das überschüssige Flußmittel wenn es abkühlt und beginnt, sich zu verfestigen, auf. Ein Preßluftmeißel 38 entfernt die Schlacke von zusammenzieht oder schrumpft. Wenn das geschmol-

der Schweißnaht. zene Metall während des vorliegenden Schweiß-

Ein Führungsklotz 40 ist unter dem Schweißkopf Vorganges ausreichend schrumpft, bedeutet das, daß angeordnet und seine Oberfläche erstreckt sich zwischen 5 die beiden Rohre nach innen gezogen werden und die den beiden parallelen Rohren (F i g. 2) und füllt im Tendenz haben, sich mit den Seiten des Führungswesentlichen ihren Zwischenraum. Das ist der Füh- klotzes zu verbinden. Deshalb sollte die Länge D des rungsklotz oder die Kopfplatte für das geschmolzene Führungsklotzes zwischen dem Punkt, an dem die Metall. Wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt, wird Elektrode 30 geschmolzenes Metall ablagert und dem der Führungsklotz durch Wasser gekühlt, das durch io hinteren Ende 41 des Klotzes ausreichend groß sein, eine Führung 64 strömt. daß sich das geschmolzene Metall verfestigen kann

In F i g. 1 ist dargestellt, daß ein Paar von Aus- und selbsttragend wird und seine Form nach dem gangs-Antriebsrollen 56 an der Auslaßseite des Schweiß- Verlassen des Endes des Führungsklotzes hält und kopfes angeordnet sind. Die oberen Rollen 58 zwingen demnach kurz genug sein, so daß keine wesentliche die Rohre zum Eingriff mit den unteren Antriebs- 15 Schrumpfung des geschmolzenen Metalls stattfindet, rollen 56. Die Umfangsgeschwindigkeit der Antriebs- Die Länge D wird von einer Anzahl Faktoren abrollen 16, 18 und 56 sollte auf allen Rollen gleich hängen, z. B. wird die Länge D des Führungsklotzes groß sein. Dies kann durch Antrieb dieser Rollen um so größer sein, je schneller sich die Rohre durch die mittels des gleichen Motors oder durch die Ver- Schweißmaschine bewegen. Außerdem, je größer der Wendung von synchronisierten Motoren erreicht 20 Abstand der beiden Rohre ist, desto mehr geschmolwerden. zenes Stegmetall muß abgelagert werden und desto

In folgendem wird der Betrieb der Schweißmaschine größer wird die Länge D. Einige weitere Faktoren, beschrieben. Die zu verschweißenden Rohre werden welche zur endgültigen Festlegung der Länge D bei in die Schweißmaschine 10 mittels der Rollen 16, 18, irgendeinem bestimmten Schweißbetrieb berücksichtigt 20 und 22 eingespeist und in geeignete Lage gebracht. 25 werden müssen, sind die zugeführte Wärmeleistung, Der Schweißdraht 24 wird in die Maschine in den die Masse und die Abmessungen der zu verschweißen-Zwischenraum zwischen den beiden Rohren mittels den Rohre und die Geschwindigkeit, mit der sich das der Schweißdrahtführung 26 eingespeist. Ein Licht- geschmolzene Metall durch die Rohre und den wasserbogen wird zwischen dem Elektrodendraht 30 und gekühlten Führungsklotz abkühlt,
dem Schweißdraht 24 hergestellt, um sie beide zu 30 Damit ein glatter, kontinuierlicher, automatischer schmelzen und zu einem die beiden Rohre 12 und 14 Schweißbetrieb gesichert ist, halten die Rohre bei ihrer verbindenden Steg zu vereinigen. Die Oberfläche des Vorbeibewegung an dem Führungsklotz einen kleinen Führungsklotzes 40 dient als Führung oder Kopfplatte Abstand von ihm. Es wurde bestimmt, daß ein Abfür das geschmolzene Metall, wenn es sich verfestigt. stand von ungefähr 0,08 cm (0,03") zwischen dem Rohr Der den Elektroden zugeführte Stromfluß und die 35 und der Seitenfläche des Klotzes vorhanden sein sollte. Bewegungsgeschwindigkeit der Rohre durch die Dieser Zwischenraum füllt sich im wesentlichen mit Schweißmaschine sollten so eingestellt sein, daß der Flußmittel an, das vor der Schweißelektrode abgelagert Schweißdraht 24 vollständig geschmolzen wird, sich wird und so verhindert, daß irgendwelches geschmoljedoch nicht mit der Oberfläche des kupfernen zene Metall auf diese Weise abläuft.
Führungsklotzes verbindet. 40 Die Länge des Führungsklotzes zwischen seinem

Wie in F i g. 3 dargestellt, läuft der Schweißdraht 24 Anfangsende 39 und dem Punkt, an dem die Elektrode

durch eine Führung 25 in den Führungsklotz 40 und 30 eintritt, ist nicht kritisch. Dieser Abstand sollte

tritt aus ihm so aus, daß sein Ende unter dem Elek- jedoch groß genug sein, .damit kein geschmolzenes

trodendraht 30 zentriert ist. Das ist viel vorteilhafter, Metall von der Oberfläche des Führungsklotzes ab-

als den Schweißdraht nur oberhalb des Führungsklotzes 45 läuft.

anzuordnen, da der wassergekühlte kupferne Führungs- Alle Rollen 16, 18, 20, 22, 56 und 58 (F i g. 1) sind klotz einen außerordentlich guten Kontakt für den lösbar befestigt, so daß noch mehrere hinzugefügt Erdplattenstrom bietet, der von dem Elektrodendraht werden können, wenn Rohrpaare zu weiteren Paaren zum Schweißdraht fließt. Dadurch wird die Erosion zusammengeschweißt werden sollen oder wenn Rohrder Oberfläche des Klotzes durch den elektrischen 50 felder von vier Rohren zusammengeschweißt werden Lichtbogen so klein wie möglich gehalten, da die sollen. Außerdem können Rohre verschiedener Abelektrische Entladung fast vollständig zwischen dem messungen zusammengeschweißt werden, und zwar Elektrodendraht und dem Schweißdraht stattfindet. einfach durch die Verwendung von Rollen und Diese Schweißdrahtführung bietet auch eine bessere Schweißdrähten oder Metallstegen verschiedener AbAusnutzung der Energie, da ein großer Prozentsatz 55 messungen. Der kupferne Führungsklotz ist ebenfalls der gesamten aufgebrauchten Energie im Schweiß- lösbar befestigt, so daß verschiedene Klötze ausbogen verbraucht wird. Außerdem äußert sich der ver- gewechselt werden können, falls der Abstand zwischen besserte Kontakt zwischen dem Schweißdraht 24 und den Rohren oder die Rohrabmessungen geändert den Wänden der Führung 25 in geringeren elektrischen werden sollen. Die oberen Rollen 20, 22 und 58 sollten Regelschwankungen (hunting), so daß eine verbesserte 60 in ihrem entsprechenden Rahmen so montiert werden, und stabilere Regelung gesichert ist. Außerdem hat der daß sie geringes Spiel haben und sich kleinen Unregel-Schweißdraht keine Möglichkeit, von dem Punkt mäßigkeiten der Rohre anpassen. Dies kann durch direkt unterhalb des Elektrodendrahtes wegzuwandern, die Verwendung geeigneter Federn oder Luftzylinder wie es der Fall wäre, wenn der Schweißdraht völlig oder anderer ausreichender Vorrichtungen geschehen, oberhalb des Führungsklotzes eingespeist würde. 65 F i g . 4 stellt dar, auf welche Weise zwei oder mehr

Wie in F i g. 3 dargestellt, ist die Abmessung oder Stege gleichzeitig gegossen oder geschweißt werden

Länge D des kupfernen Führungsklotzes kritisch. Es können, um drei oder mehr Rohre zur gleichen Zeit

ist wohl bekannt, daß sich geschmolzenes Metall, zu verschweißen. Dies wird durch die Verwendung

einer Vielzahl von Antriebs- oder Führungsrollen, Führungsklötzen, Schweißköpfen usw. erreicht. Die drei oder mehr Rohre werden gleichzeitig durch die Schweißmaschine geführt, und ein Steg wird zwischen jedes parallele Rohrpaar gegossen oder geschweißt, und zwar durch eine Vielzahl von Schweißköpfen, und die Stege werden durch eine Vielzahl von kupfernen Führungsklötzen geführt.

In F i g. 4 ist dargestellt, wie vier Rohre 70, 72, und 76 durch die Schweißmaschine mittels der nicht dargestellten Führungs- und Antriebsrollen geführt werden. Die Schweißelektroden 84, 86 und 88 lagern drei Stege von geschmolzenem Metall ab und zwar je einen zwischen die benachbarten Rohre eines Paares. Diese Stege aus geschmolzenem Metall werden durch drei kupferne Führungsklötze 78, 80 und 82 geführt. Einige Beispiele von Betriebsbedingungen für den Schweißvorgang, welche ausprobiert worden sind und welche zufriedenstellende Schweißnähte hervorgebracht haben, sind folgende:

Rückstand zwischen den Rohren ..

Rohrabmessung — Außen-Durchmesser

Wandstärke der Rohre

Spannung (Volt)

Ampere

Schweißgeschwindigkeit

cm/min

(in per min)

Wasserdurchfiuß durch den Klotz

l/min

(gal. per min)

Gesamte Klotzlänge

Klotzlänge von der Elektrode bis zum hinteren Ende

Zahl der senkrechten Drähte

Zahl der horizontalen Drähte

0,95 cm (3/8")

2,54 cm

d")

0,345 cm

(0,136")

36

620

66,04 (26)

22,75

(5)

20,32 cm (8")

15,24 cm

1,27 cm
(1/2")

4,45 cm

0-³U")

0,559 cm

(0,220")

43

1020

60,96
(24)

22,75

(5)

20,32 cm
(8")

15,24 cm
(6")
1
1

1,91 cm (3/4")

4,45 cm

0,457 cm

(0,180")

900

40,64
(16)

22,75

(5)

25,4 cm (10")

20,32 cm (8")

2,54 cm (1")

4,45 cm

0-³U")

0,457 cm (0,180") 38 800

50,80 (20)

22,75

(5)

38.1 cm (15")

23.02 cm (13")

2 2

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von stählernen Rohrwand-Elementen durch Bilden eines Steges aus dem Schweißgut einer abschmelzenden, stromführenden Draht-Elektrode und eines abschmelzenden Zusatzdrahtes zwischen parallelen, im Abstand voneinander angeordneten und unter einem ortsfesten Lichtbogen-Schweißkopf auf einer kupfernen Unterlage vorgeschobenen Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß als Schweißgut-Unterlage ein ortsfester, wassergekühlter (64), mit der Schweißstrom-Rückleitung verbundener Führungsklotz (40) mit einer Bohrung (25) zur Führung des Zusatzdrahtes (24) verwendet wird, die derart angeordnet ist, daß der Zusatzdraht parallel zwischen den Rohren von der Unterseite der Schweißebene her und in einem spitzen Winkel zu ihr der Schweißstelle unterhalb der etwa senkrecht von oben zugeführten Draht-Elektrode (30) zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorschubglieder (16, 18, 56), die die Rohre (12, 14) in Längsrichtung an der Elektrode (30) und dem Führungsklotz (40) vorbeitransportieren, und daß Vorschubgeschwindigkeit und Länge des Führungsklotzes so bemessen sind, daß das geschmolzene Metall bis zur ausreichenden Verfestigung ohne schädliche Schrumpfung geführt ist.