DE1615175C3 - Vorrichtung zum Herstellen von stählernen Rohrwand-Elementen durch Lichtbogen-Schmelzschweißen - Google Patents

Description

Auffänger 36 nimmt das überschüssige Flußmittel auf. Ein Preßluftmeißel 38 entfernt die Schlacke von der Schweißnaht.

Ein Führungsklotz 40 ist unter dem Schweißkopf angeordnet und seine Oberfläche erstreckt sich zwischen den beiden parallelen Rohren (F i g. 2) und füllt im wesentlichen ihren Zwischenraum. Das ist der Führungsklotz oder die Kopfplatte für das geschmolzene Metall. Wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt, wird der Führungsklotz durch Wasser gekühlt, das durch eine Führung 64 strömt.

In F i g. 1 ist dargestellt, daß ein Paar von Ausgangs-Antriebsrollen 56 an der Auslaßseite des Schweißkopfes angeordnet sind. Die oberen Rollen 58 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 gleichen Motors oder durch die Verwendung von synchronisierten Motoren erreicht werden.

In folgendem wird der Betrieb der Schweißmaschine beschrieben. Die zu verschweißenden Rohre werden in die Schweißmaschine 10 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 Schweißdrahtführung 26 eingespeist. Ein Lichtbogen wird zwischen 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 Bewegungsgeschwindigkeit der Rohre durch die Schweißmaschine sollten so eingestellt sein, daß der Schweißdraht 24 vollständig geschmolzen wird, sich jedoch nicht mit der Oberfläche des kupfernen Führungsklotzes verbindet.

Wie in F i g. 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 Elek-' trodendraht 30 zentriert ist. Das ist viel vorteilhafter, als den Schweißdraht nur oberhalb des Führungsklotzes anzuordnen, da der wassergekühlte kupferne Führungsklotz einen außerordentlich guten Kontakt für den Erdplattenstrom bietet, der von dem Elektrodendraht zum Schweißdraht fließt. 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. Diese Schweißdrahtführung bietet auch eine bessere Ausnutzung der Energie, da ein großer Prozentsatz der gesamten aufgebrauchten Energie im Schweißbogen verbraucht wird. Außerdem äußert sich der verbesserte Kontakt zwischen dem Schweißdraht 24 und den Wänden der Führung 25 in geringeren elektrischen Regelschwankungen (hunting), so daß eine verbesserte und stabilere Regelung gesichert ist. Außerdem hat der Schweißdraht keine Möglichkeit, von dem Punkt direkt unterhalb des Elektrodendrahtes wegzuwandern, wie es der Fall wäre, wenn der Schweißdraht völlig oberhalb des Führungsklotzes eingespeist würde.

Wie in F i g. 3 dargestellt, ist die Abmessung oder Länge D des kupfernen Führungsklotzes kritisch. Es ist wohl bekannt, daß sich geschmolzenes Metall, wenn es abkühlt und beginnt, sich zu verfestigen, zusammenzieht oder schrumpft. Wenn das geschmolzene Metall während des vorliegenden Schweißvorganges ausreichend schrumpft, bedeutet das, daß die beiden Rohre nach innen gezogen werden und die Tendenz haben, sich mit den Seiten des Führungsklotzes zu verbinden. Deshalb sollte die Länge D des Führungsklotzes zwischen dem Punkt, an dem die Elektrode 30 geschmolzenes Metall ablagert und dem

ίο hinteren Ende 41 des Klotzes ausreichend groß sein, daß sich das geschmolzene Metall verfestigen kann und selbsttragend wird und seine Form nach dem Verlassen des Endes des Führungsklotzes hält und demnach kurz genug sein, so daß keine wesentliche Schrumpfung des geschmolzenen Metalls stattfindet. Die Länge D wird von einer Anzahl Faktoren abhängen, z. B. wird die Länge D des Führungsklotzes 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 D 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 die Rohre und den wassergekühlten Führungsklotz abkühlt.

Damit ein glatter, kontinuierlicher, automatischer Schweißbetrieb gesichert ist, halten die Rohre bei ihrer Vorbeibewegung an dem Führungsklotz einen kleinen Abstand von ihm. Es wurde bestimmt, daß ein Abstand von ungefähr 0,08 cm (0,03") zwischen dem Rohr und der Seitenfläche des Klotzes vorhanden sein sollte. Dieser Zwischenraum füllt sich im wesentlichen mit Flußmittel an, das vor der Schweißelektrode abgelagert wird und so verhindert, daß irgendwelches geschmolzene Metall auf diese Weise abläuft.

Die Länge des Führungsklotzes zwischen 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.

Alle Rollen 16, 18, 20, 22, 56 und 58 (F i g. 1) sind lösbar befestigt, so daß 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 Schweißdrähten oder Metallstegen verschiedener Abmessungen. Der kupferne Führungsklotz ist ebenfalls lösbar befestigt, so daß verschiedene Klötze ausgewechselt werden können, falls 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.

F i g . 4 stellt dar, auf welche Weise zwei oder mehr Stege gleichzeitig gegossen oder geschweißt werden können, um drei oder mehr Rohre zur gleichen Zeit 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

ίο haben, sind folgende:

Rückstand zwischen den Rohren ..

Rohrabmessung — Außen-Durchmesser

Wandstärke der Rohre

Spannung (Volt)

Ampere

Schweißgeschwindigkeit

cm/min

(in per min)

Wasserdurchfluß 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

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

0,559 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

Q-³L")

0,457 cm

(0,180")

40

900

40,64 (16)

22,75

(5)

25,4 cm (10")

20,32 cm (8")

2,54 cm d")

4,45 cm

d³/*")

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 (1)

1 2

erreichbaren Schweißgeschwindigkeiten niedrig, die

Patentansprüche: Breite des Schweißsteges mußte minimal gehalten

werden, und es war nicht möglich, Rohre verhältnis-

. 1. Vorrichtung zum Herstellen von stählernen mäßig geringen Durchmessers oder dünnwandige Rohrwand-Elementen durch Bilden eines Steges 5 Rohre zusammenzuschweißen, wenn die Schweißnaht aus dem Schweißgut einer abschmelzenden, strom- und die Rohrmittellinie in einer Ebene liegen sollten, führenden Draht-Elektrode und eines abschmel- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zenden Zusatzdrahtes zwischen parallelen, im einen stationären Schweißapparat und ein Verfahren Abstand voneinander angeordneten und unter zu seinem Betrieb anzugeben, bei dem die zu vereinem ortsfesten Lichtbogen-Schweißkopf auf einer io schweißenden Rohre an der Schweißvorrichtung vorkupfernen Unterlage vorgeschobenen Rohren, beibewegt werden, ohne daß die obenerwähnten dadurch gekennzeichnet, daß als' Schwierigkeiten auftreten.

Schweißgut-Unterlage ein ortsfester, wasserge- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch

kühlter (64), mit der Schweißstrom-Rückleitung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 dargestellten

verbundener Führungsklotz (40) mit einer Boh- 15 Maßnahmen gelöst.

rung (25) zur Führung des Zusatzdrahtes (24) ver- Die Bemessung der Vorrichtung kann zu optimalen wendet wird, die derart angeordnet ist, daß der Ergebnissen führen, wenn entsprechend dem Kenn-Zusatzdraht parallel zwischen den Rohren von der zeichen des Anspruches 2 verfahren wird.
Unterseite der Schweißebene her und in einem Es gelingt so, den großen Zwischenraum zwischen spitzen Winkel zu ihr der Schweißstelle unterhalb 20 den einzelnen Rohren durch Schweißgut zu überder etwa senkrecht von oben zugeführten Draht- brücken und das Schweißgut auch während des ErElektrode (30) zugeführt wird. starrungsvorganges über die Unterlage kontinuierlich 2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens hinwegzuziehen. Durch die intensive Kühlung der nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vor- Kppferunterlage und die Zuführung des Lichtbogens Schubglieder (16, 18, 56), die die Rohre (12, 14) in 25 von unten wird auch der Schweißdraht selbst gekühlt, Längsrichtung an der Elektrode (30) und dem so daß er nur beim Abschmelzvorgang erheblich Führungsklotz (40) vorbeitransportieren, und daß erhitzt wird.

Vorschubgeschwindigkeit und Länge des Führungs- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung klotzes so bemessen sind, daß das geschmolzene ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachMetall bis zur ausreichenden Verfestigung ohne 30 stehend beschrieben. Es stellt dar
schädliche Schrumpfung geführt ist. 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,

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

F i g. 4 die Art und Weise, auf welche mehr als zwei

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Rohre gleichzeitig verschweißt werden können,

zum Herstellen von stählernen Rohrwand-Elementen, In den F i g. 1 und 2 ist die Schweißmaschine mit

wie sie im einzelnen im Oberbegriff des Anspruches 1 4° dem Kennzeichen 10 bezeichnet. Die Zahlen 12 und 14

beschrieben ist. Solche Vorrichtungen sind z. B. aus bezeichnen zwei parallele, im Abstand voneinander

der deutschen Auslegeschrift 1 046 984 bekannt. Sie angeordnete Stahlrohre, die zusammengeschweißt

verwenden einen beweglichen Schweißkopf, der sich werden sollen. Die zwei Rohre werden in die Schweiß-

längs zweier Rohre bewegt und so eine Schweiß- maschine durch ein Paar von Eingangs-Antriebsrollen

verbindung längs der ganzen Rohrlänge herstellt. 45 16 und 18 eingespeist, die auf geeignete Weise über

Eine zwischen den beiden Rohren angeordnete Kupfer- ein Getriebe oder über einen Kettenantrieb durch

platte dient als Führung für das Schweißmetall vor einen nicht dargestellten Motor angetrieben werden

seiner Verfestigung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, können. Die zwei Rohre werden mit den Antriebs-

daß der notwendige lange Werktisch und die Zug- rollen durch ein Paar von oberen Eingangs-Führungs-

vorrichtungen für den beweglichen Schweißapparat 50 rollen 20 und 22 im Eingriff gehalten. Diese Rollen

zusammen mit der großen Anzahl der zur Befestigung bestimmen auch den endgültigen Rohrabstand und

der Rohre erforderlichen hydraulischen Klammern ihre Fluchtung.

sehr teuer ist. Außerdem ist das Aufbringen der Rohre Der Schweißdraht 24, der teilweise den Schweißsteg auf den Werktisch und das Abnehmen sehr beschwer- zwischen den beiden Rohren bilden wird, wird in die lieh und zeitraubend und das gleiche gilt für das 55 Maschine durch eine Schweißdrahtführung 26 einAusrichten und Festklammern der Rohre. Außerdem gespeist. Dieser Schweißdraht 24 füllt teilweise den ist die häufige Erneuerung des langen kupfernen Raum zwischen beiden zu verschweißenden Rohren Führungsstreifens oder der Kopfplatte teuer und aus. Ein verzehrbarer Elektrodraht 30 ist über dem nimmt beträchtliche Zeit in Anspruch. Schweißdraht in einer Elektrodendrahtführung 32 an-Eine andere Konstruktion (USA.-Patentschrift 60 geordnet. Der Elektrodendraht und der Schweißdraht 3 127 503) verwendet eine stationäre Schweißvor- sind auf solche Weise elektrisch miteinander verrichtung, an der die beiden zu verschweißenden Rohre bunden, daß zwischen dem verzehrbaren Elektrodenvorbeibewegt werden. Dieses Verfahren verwendet ein draht 30 und dem Schweißdraht 24 ein Lichtbogen rotierendes Kupferrad, dessen oberer Rand als hergestellt wird. Die Spannungsquelle kann entweder Führung für das Schweißmetall vor seiner Verfestigung 65 Gleich- oder Wechselstrom, ganz nach Belieben, dient. Obwohl dieses Verfahren die meisten Nachteile liefern. Zur Abschirmung d;r Schweißstelle gegen eine des Schweißens bei stationären Rohren vermeidet, Oxydation verteilt ein Flußmittelverteiler 34 Flußmittel hat es doch einige Schwächen. Zum Beispiel sind die auf dem Schweißgebiet. Ein geeigneter Flußmittel-