DE1790085C3 - Einrichtung zum Zuführen von Schutzgas in das Innere zweier in einer automatischen Lichtbogenschweißanlage stumpf miteinander zu verschweißender Rohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zuführen von Schutzgas in das Innere zweier Rohre beim Verbinden der stumpf aneinanderstoßend angeordneten Enden der beiden Rohre in einer automatischen Lichtbogenschweißanlage mit einer um die Röhrachse drehbaren Schweißelektrode und einer Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Bewegung der Schweißelektrode und der Zufuhr des Schutzgases aus einer Schutzgasquelle während des Schweißvorganges dient.

Bei vielen Anwendungen von aktuellem Interesse sind große, durchgehende, metallische Rohrlängen erforderlich. So z. B. werden in Mehrstufen-Schnellwärmeaustauschern für große Entsalzungsanlagen viele parallele Stränge solcher Rohre in kontinuierlichen Längen bis zu ungefähr 100 m verwende!. Da Rohre dieser Länge nicht wirtschaftlich transportiert werden können, ist eine Anlage zum Schweißen von stumpf aneinanderstoßenden Rohrabschnitten erforderlich, um die benötigten großen Längen zu erzeugen. Diese Stumpfschweißverbindungen müssen porenfrei und von erheblicher mechanischer Festigkeit sein.

Für die Herstellung solcher Schweißverbindungen sind automatische Lichtbogen-Rohrschweißanlagen bekannt, bei denen die Schweißelektrode um die 4s Rohrachse gesteuert umläuft. Dadurch brauchen die Rohrabschnitte nicht während des Schweißens zur Erzeugung der umlaufenden Schweißnaht gedreht zu werden. Bei einer derartigen bekannten Rohrschweißanlage (US-PS 30 42 787) ist eine automatische Steuer- so einrichtung vorgesehen, welche sämtliche Arbeitsvorgänge und Arbeitsabläufe des Schweißvorganges mit Hilfe von Zeitschaltern steuert. Diese Steuereinrichtung steuert sowohl den Bewegungsantrieb für die Elektrode als auch die Schutzgaszuführung zur Elektrode und in das Innere des Rohres. Für eine porenfreie und gute Stumpfschweißnaht ist eine Schutzgaszufuhr auch in das Innere des Rohres erforderlich, damit die Umgebungsluft aus dem Inneren des Rohres an der Schweißstelle verdrängt wird. Dabei reicht für den eigentlichen (.0 Schweißvorgang die Zufuhr von Schutzgas unter einem verhältnismäßig geringen Druck aus. Bei Verwendung einer hierfür geeigneten Niederdruckschutzgasquelle verstreicht jedoch insbesondere bei sehr langen zu verschweißenden Rohrabschnitten eine geraume Zeit, (>s bis die Umgebungsluft an der Schweißstelle verdrängt ist. Andererseits ist es wegen des geringen Bedarfs an Schutzcas während des eigentlichen .Schweißvorganges zu aufwendig, die zugehörige Schutzgasqueüe allein mit Rücksicht auf das anfängliche Verdrängen von Umgebungsluft aus dem Rohr auf einen entsprechend höheren Druck auszulegen.

Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst, eine in der eingangs erwähnten Art ausgebildete Einrichtung, wie sie durch die US-PS 30 42 787 bekannt ist, zu schaffen, welche das schnelle Verdrängen der Umgebungsluft auch aus Rohren großer Länge erlaubt und dennoch für den eigentlichen Schweißvorgang mit einem geringen Bedarf an Schutzgas auskommt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine weitere Schutzgasquelle mit höherem Druck vorgesehen ist, die durch die Steuereinrichtung so steuerbar ist, daß jeweils vor Beginn des Schweißvorganges für eine bestimmte Zeitdauer aus dieser Schutzgasquelle Schutzgas in das Innere der Rohre zugeführt wird.

Durch die anfängliche Schutzgaszufuhr aus der Schutzgasquelle höheren Druckes wird die Umgebungsluft aus dem Inneren der Rohre schnell verdrängt, wohingegen während des eigentlichen Schweißvorganges weiterhin mit der Schutzgasquelle geringeren Druckes gearbeitet werden kann, die zur Aufrechterhaltung der Schutzgasatmosphäre im Rohrinneren ausreicht. Dadurch ist auch für große Rohrlängen ein schneller Beginn des eigentlichen Schweißvorganges nach dem Einspannen der Rohre ermöglicht.

Es ist zwar für automatische Lichtbogen-Rohrschweißanlagen an sich bekannt, für die Vorbereitung der Schutzgasatmosphäre im Rohrinneren mit zwei unterschiedlichen Druckgasquellen zu arbeiten (US-PS 29 66 576). Hierbei wird die zweite Druckgasquelle jedoch zum Aufblasen von beiderseits der Schweißstelle in das Rohrinnere eingebrachten aufblasbaren Dichtungsstopfen verwendet, nicht aber zum automatisch gesteuerten schnellen Verdrängen der Umgebungsluft von der Schweißstelle.

Die Erfindung wird aus der folgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung deutlich. In der Zeichnung zeigt

Fig.l ein Blockdiagramm einer kombinierten Stumpfschweiß- und Schleifanlage,

Fig.2 ein schematisches Diagramm einer Schaltanordnung für ein automatisches Arbeiten des Systems nach F i g. 1 für den Schweißvorgang und

F i g. 3A bis 3F Ablaufdiagramme für den zeitlichen Bezug der einzelnen Arbeitsabläufe der Anordnung nach F i g. 1 für den Schweißvorgang.

Fig.l zeigt in Blockform eine Kombinationsanlage, die eine Schweißeinheit 20 und eine Schleifeinheit 60 umfaßt, welche axial in einer Linie ausgerichtet und auf einem Hauptgehäuse 11 mit Hilfe der Rahmen 2t und 22 sowie 61,62 und 63 befestigt sind. Zwei zu verbindende metallische Rohre 5 und 6 werden durch die Einheiten 20 und 60 längs einer gemeinsamen Rohrachse vorgeschoben, wobei die Stoßenden der Rohre 5 und 6 sich innerhalb der Schweißeinheit 20 treffen.

Die metallischen Rohre können z. B. aus Kupfer-Metall-Kombinationen, wie Kupfer-Nickel-Legierungen, sein, jedoch auch aus vielen anderen Materialien, wie Stählen, rostfreien Stählen, Titan- und Aluminiumlegierungen od. dgl.

Eine Steuerschaltung 100 ist vorgesehen, um die Schweißeinheit 20 und die Schleifeinheit 60 automatisch zu betätigen und die Zufuhr von Kühlwasser, Inertgas, Schweißstrom, Druckluft und die Spannung zum Betätigen des Motors zu regeln. Eine Gleichspannungs-

quelle 19 speist selektiv die Schweißstromquelle !6 für den Brenner in dar Einheit 20 sowie die Energie zum beidseitigen Drehen der in der Schweißeinheit 20 und in der Schleifeinheit 60 enthaltenen umlaufenden Einrichtungen.

Eine Hochgeschwindigkeits-Inertgasquelle 15 und eine Niedergeschwindigkeits-Inertgasquclle 13 sind selektiv durch die Steuerschaltung 100 beeinflußbar, uns ein Inertgas wie Argon oder Helium dem entfernten Ende des metallischen Rohres 6 und auch dem Wolfram-Schweißbrenner der Schweißeinheit 20 zuzuführen. Ähnlich führt eine durch die Steuerschaltung 100 beeinflußbare Kühlwasserquelle 18 das Kühlmittel dem Brenner zu. Eine Druckluftquelle 17 ist zum Antrieb einer Druckluft-Schleifscheibe in der Schleifein- ι s richtung 60 betätigbar. Schließlich sind ein Schweiß-Einscnalter 105 und ein entsprechender Schleif-Einschaher 106 auf dem Hauptgehäuse 11 angebracht und zum Betätigen der Steuerschaltung 100 geschaltet.

Die Steuerschaltung 100 und die durch sie gesteuerten Flüssigkeits-Gas- und elektrischen Quellen sind für die Steuerung des Schweißvorganges in F i g. 2 gezeigt. In dieser Zusammenstellungszeichnung sind die Relaiskontakte in getrennter Form mit einem »x« oder einem vertikalen Strich gezeigt, die normalerweise offene bzw. normalerweise geschlossene Kontaktpaare darstellen. Die Steuerschaltung 100 besitzt eine Spannungsquelle 102, die selektiv an eine Schweißsammeischiene 109 und eine Schleifsammelschiene durch die auf dem Hauptgehäuse H angebrachten Betätigungsschalter 105 und 106 \o für den Schweißzyklus und den Schleifzyklus angeschlossen wird.

Wenn der Schweißschalter 105 geschlossen wird, so wird die von der Spannungsquelle 102 zugeführte Spannung an die Sammelschiene 109 angelegt. Ein motorangetriebener, normalerweise offener Zeitschalter 108 schließt sofort und legt diese Spannung an eine Relaiswicklung 110 an, wodurch die ihr zugeordneten Kontakte 111 geschlossen werden. Die geschlossenen Kontakte 111 üben eine Haltewirkung aus, d.h., sie halten die Verbindung zwischen der Spannungsquelle 102 und der Stromsammeischiene 109 aufrecht, nachdem der Schalter 105 wieder geöffnet hat. Die Schließperiode für den einstellbaren Zeitsteuerschalter 108 ist so eingestellt, daß die Wicklung 110 während des 4s ganzen Schweißzyklus ununterbrochen mit Spannung gespeist wird. d. h. während des Abschnittes zwischen den Zeitpunkten a und / in Fig.3A. Nach dem Zeitpunkt / kehrt der Zeitsteuerschalter 108 in seinen normalerweise geöffneten Zustand zurück, wodurch die Kontakte 111 geöffnet werden und die Speisung der Schwcißsammelschiene 109 mit Energie beendet wird.

Die an die Schweißsammeischiene 109 angelegte Spannung bewirkt mehrere Systemfunktionen. Ein Zeitsteuerschalter 113 legt diese Spannung an eine Relaiswicklung 115 für das Intervall afc in Fig. 3B an und öffnet damit ein normalerweise geschlossenes Ventil 116. Folglich wird Hochgeschwindigkeits-lnertgas von der Schutzgasquelle 15 höheren Drucks zu dem eiitfernten Ende des Rohres b über die Rohre 121 und 123 und ein T-Verbindungsstück 119 geleitet. In einer ähnlichen Weise erregt ein Zeitsteuerschalter 125 die drei parallelliegenden Ventilmagnetspulen 129, 134 und 162 für das Intervall a-k in Fig.3C. Die drei entsprechenden Ventile 130, 135 und 163 werden für diese Periode geöffnet. Die geöffneten Ventile 130 bzw.

135 führen Niederdruck-Inertgas zum Aufrechterhalten einer Inertgasatmosphäre aus der Schutzgasquelle 13 geringeren Drucks zu dem entfernten Ende des Rohres 6 über Rohre 127 und 123 sowie das T-Verbindungsstück 119 und auch zu dem Brenner zwischen die Elektrode und den Elektrodenmantel 36 über ein Rohr

136 zu. Das durch die Wicklung 162 geöffnete Ventil 163 führt Kühlwasser von der Wasserquelle 18 zu dem Kühlmittelkanal in dem Brenner über die Rohre 164 und 165 zu.

Die für die Steuerung des weiteren Schweißvorganges in Fig. 2 gezeigten Steuerteile werden hier nicht weiter beschrieben.

Nach dem Einspannen der Rohre 5, 6 drückt der Bedienungsmann den Schweiß-Einschalter 105, der mit dem Relais 110-111 zusammenwirkt, um die Spannung von der Spannungsquelle 102 auf der Schweißsammeischiene 109 während des Zeitintervalls a-/( Fig. 3A) zu halten. Das Ventil 116 öffnet sofort, um Inertgas mit einer relativ hohen Geschwindigkeit in das entfernte oder rechte Ende des Rohres 6 zuzuführen. Eine Periode a-b für die Zuführung des Hochgeschwindigkeitsgases (Fig. 3B) wird durch eine entsprechende Einstellung des Zeitsteuerschalters 113 eingestellt, um zu gestatten, daß das Gas die Länge des Rohres 6 durchströmt, so daß die Luft von der inneren Schweißstelle verdrängt wird und eine im wesentliche inerte Gasumgebung an dieser Stelle geschaffen wird.

Die Ventile 130 und 135 werden ferner während des Intervalls a-k in Fig. 3C geöffnet, um Niedergeschwindigkeitsgas zu dem Schweißbrenner rings der Elektrode 35 und auch zum Ende des Rohres 6 zuzuführsn, damit für die Dauer des Schweißzyklus eine lnertgas-Schweißatmosphäre aufrechterhalten wird. Man beachte, daß die Gaszufuhr nach dem Abschalten des Schweißstromes von der Elektrode 35 weiter aufrechterhalten wird (vgl. F i g. 3C und 3D). Folglich kühlen die Elektrode 35 und die frisch geschweißte Verbindung in einer inerten Umgebung ab und werden daher nicht oxidiert. Eine solche Oxidation würde die Lebensdauer der Elektrode 35 sehr verkürzen und zur Versprödung der Verbindung führen. Außerdem öffnet das Ventil 163 zum Zeitpunkt a, um Kühlwasser von der Kühlwasserquelle 18 dem Brenner bis zum Zeitpunkt k in F i g. 3C zuzuführen.

Es folgen dann der Schweißzyklus gemäß Fig 3D bis 3F und anschließend der Schleifzyklus.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zum Zuführen von Schutzgas in das Innere zweier Rohre beim Verbinden der stumpf aneinanderstoßend angeordneten Enden der beiden Rohre in einer automatischen Lichtbogenschweißanlage mit einer um die Rohrachse drehbaren Schweißelektrode und einer Steuereinrichtung, die zur Steuerung der Bewegung der Schweißelektrode und der Zufuhr des Schutzgases aus einer Schutzgasquelle während des Schweißvorganges dient, d a durch gekennzeichnet, daß eine weitere Schutzgasquelle mit höherem Druck vorgesehen ist, die durch die Steuereinrichtung so steuerbar ist, daß jeweils vor Beginn des Schweißvorganges für eine bestimmte Zeitdauer aus dieser Schutzgasquelle Schutzgas in das Innere der Rohre zugeführt wird.