DE19635766C2 - Verfahren zum Verschweißen eines Nippels mit einem rohrartigen Sammler und Sammlerbaugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Verschweißen eines Nippels mit einem rohrartigen Sammler.

In der Anlagentechnik, insbesondere im Kraftwerksbau, ist es erforderlich, eine Vielzahl von Nippeln mit einem rohrartigen Sammler zu verbinden, um eine Vielzahl von Fluidteilströmen in den Sammler einzuleiten bzw. eine Vielzahl von Fluidteilströmen aus dem Sammler in einzelne Rohrleitungen ableiten zu können. Bisher wurden die Nippel mit dem Sammler durch Schmelzschweißver­ fahren verbunden, wie z. B. zeitintensives WIG-Wurzelschweißen mit E-Hand- oder UP-Füllschweißen. Gegebenenfalls war ein Vorwärmen des Sammlers erforderlich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der gattungsge­ mäßen Art anzugeben, welches eine einfachere und wirtschaftlichere Schweiß­ verbindung zwischen Nippel und Sammler ermöglicht.

Diese Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, daß der Sammler im Schweiß­ bereich mit einer Bohrung versehen wird und danach der Nippel mit dem Sammler durch Reibschweißen verbunden wird.

Zum anderen wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Nippel zunächst durch Reibschweißen mit dem Sammler verbunden wird und danach der Sammler durch den Nippel hindurch aufgebohrt wird. Bei der letzteren Verfahrensweise wird gleichzeitig mit dem Aufbohren des Sammlers ein sich beim Reibschweiß­ vorgang ausbildender innerer Wulst mit entfernt.

Beim Reibschweißen werden üblicherweise rotationssymmetrische Teile in ei­ ner hochtourigen Drehvorrichtung aneinandergepreßt, wobei das eine Teil festgehalten wird, während das andere Teil sich dreht. Nach ausreichender Erwärmung wird der Kraftschluß des Antriebes aufgehoben und die Teile wer­ den nach Abbremsung der relativen Drehbewegung durch Druck miteinander verbunden. Das Hauptanwendungsgebiet des Reibschweißens lag bisher im Verbinden kleiner und mittlerer rotationssymmetrischer Rohr- und Vollquer­ schnitte in der Serienfertigung (vergl. DE-Buch Dubbel-Taschenbuch für Ma­ schinenbau, Springer Verlag, Berlin, 1987, S. G5 und Merkblatt "Reibschweißen von metallischen Werkstoffen Verfahren, Begriffe, Werkstoffe" DVS 2909 Teil 1 (März 1989) des Deutschen Verbands für Schweißtechnik E. V.).

Aus der DE 38 32 120 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines im wesentli­ chen rohrförmigen oder zylindrischen Gasgenerators bekannt, bei dem mehrere den zylindrischen Gasgenerator aufbauende Rohrabschnitte durch Reib­ schweißen stirnseitig miteinander verbunden werden.

Aus der DE-Z. Praktiker 9/93, S. 546-555 ist ein Verfahren zum Reibschweißen eines massiven Gewindebolzens auf ein dünnes Blech bekannt.

Schließlich ist aus der DE-Z. Technische Rundschau Nr. 31, 2. August 1983 S. 10, Bild 10, ein Verfahren bekannt, bei dem stumpf und axial aneinanderlie­ gende rohrartige Querschnitte miteinander verschweißt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Reib­ schweißen nicht nur zur Verbindung rotationssymmetrischer Teile verwendet werden kann, sondern daß es auch möglich ist, die üblicherweise rotations­ symmetrischen Nippel mit Sammlern unter Ausbildung einer mit dem Schmelz­ schweißen zumindest vergleichbaren Schweißverbindung zu verbinden. Dabei wird die für den Aufbau der Schweißverbindung erforderliche Zeit für den ein­ zelnen Nippel stark verkürzt und gegebenenfalls ist eine Vorwärmung nicht erforderlich. Gleichzeitig wird eine reproduzierbare Schweißnahtqualität unter vollständiger Protokollierung jeder Schweißnaht möglich. Der Sammler wird beim Reibschweißen nicht bewegt, sondern kann in der Reibschweißanlage feststehen.

Vorzugsweise wird als Schweißkantenvorbereitung vor dem Reibschweißen auf der gekrümmten Oberfläche des Sammlers im Schweißbereich eine plane Reibfläche ausgebildet, z. B. durch Planfräsen. Die Größe der Reibfläche ist abhängig vom Nippel- und/oder Sammlerdurchmesser. Es ist jedoch auch denkbar, zu Beginn der Reibschweißung die plane ringartige Endfläche des Nippels mit der gekrümmten Oberfläche des Sammlers in Eingriff zu bringen. Diese Möglichkeit kann insbesondere gewählt werden, wenn der Krümmungs­ radius des Sammlers relativ groß ist.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß der beim Reischweißen sich bildende innere und/oder äußere Wulst entfernt wird.

Es ist zweckmäßig, daß ein an seinem Schweißende (Stoßende) mit einer Wandverdickung versehener Nippel eingesetzt wird. Diese Wandverdickung ist wiederum in zweckmäßiger Weise als konkaver Übergang ausgebildet. Ein solcher Übergang kann z. B. erreicht werden durch Abdrehen eines dickwandi­ geren Nippels oder durch Aufschweißen einer Verdickung.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Sammlerbaugruppe nach Anspruch 6.

Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines von einer Reibschweißan­ lage gehaltenen Nippels in Anlage an einen Sammler,

Fig. 2a-2c eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Sammler vor dem Schweißvorgang mit einer dem Nip­ pel zugeordneten Durchgangsbohrung versehen worden ist,

Fig. 3a-3c eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, bei dem die Durchgangsbohrung zum Inneren des Samm­ lers erst nach dem Aufschweißen des Nippels erzeugt wird und

Fig. 4a-4b eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem anstelle eines geradzylindrischen Nippels ein an seinem Stoßende mit einem konkaven Übergang versehener Nippel ein­ gesetzt wird.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Reibschweißanlage 1 mit einem von ihr erfaßten Nippel 2, der auf einem Sammler 3 so positioniert ist, daß die Durchgangsboh­ rung 2a des Nippels auf eine Bohrung 3a des Sammlers ausgerichtet ist. Unter Anlage des Stoßendes des Nippels 2 auf der Oberfläche des Sammlers 3 wird der Nippel durch die Reibschweißanlage mit hoher Drehzahl gedreht, wie dies durch den Pfeil 4 in der Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Nach ausreichender Erwärmung wird der Kraftschluß des Drehantriebes aufgehoben und der Nippel abgebremst und danach gegen den Sammler 3 gepreßt, wie dies schematisch durch den Pfeil 5 in der Fig. 1 dargestellt ist. Danach wird die Spannvorrich­ tung 6 der Reibschweißanlage 1 gelöst und die Reibschweißanlage 1 von dem mit Sammler 3 verschweißten Nippel 2 abgezogen.

Der gesamte Schweißvorgang soll anhand der Fig. 2a-2c nochmals genauer erläutert werden.

Aus der Fig. 2a ist ersichtlich, daß der Sammler 3 im Bereich der Bohrung 3a mit einer planaren ringartigen Reibfläche 3b versehen ist, die im wesentlichen der ringartigen Stirnfläche 2b am Stoßende des Nippels 2 entspricht. Nach Rotation des Nippels 2 zur Erzeugung der Schmelzwärme und Anpressen des Nippels 2 an den Sammler 3 bilden sich ein äußerer Schweißwulst 7 und ein innerer Schweißwulst 8. Der äußere Schweißwulst 7 kann noch bei Eingriff der Spannvorrichtung der Reibschweißanlage 1 mittels einer Drehvorrichtung ent­ fernt werden. Der innere Schweißwulst 8 kann nach Abziehen der Reib­ schweißanlage durch ein Drehwerkzeug/Bohrwerkzeug entfernt werden. (Vgl. Fig. 2c).

Die Verfahrensführung gemäß den Fig. 3a-3c unterscheidet sich von der Verfahrensführung gemäß den Fig. 2a-2c dadurch, daß an dem Sammler 3 zunächst noch keine Bohrung sondern im Schweißbereich eine kreisförmige plane Schweißfläche 3c ohne Bohrung vorbereitet wird. Nach dem Reib­ schweißvorgang wird der innere Schweißwulst 8 gleichzeitig mit dem Aufboh­ ren des Sammlers unter Erzeugung der Bohrung 3a entfernt. (vgl. Fig. 3c).

Die Verfahrensführung gemäß den Fig. 4a-4b unterscheidet sich von den Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 und 3 dadurch, daß nicht ein geradzylin­ drischer Nippel 2, sondern ein Nippel 9 verwendet wird, der an seinem Sto­ ßende eine Wandverdickung 9d unter Ausbildung eines konkaven Übergan­ ges 10 und eines zylindrischen Abschnitts 11 aufweist. Die gestrichelten Linien in Fig. 4a deuten an, daß ein solcher Nippel 9 durch Abdrehen eines dickwan­ digeren Nippels erstellt werden kann. Mit einem solchen Nippel wird eine grö­ ßere Reibfläche 9b bereitgestellt und ein stetigerer Übergang zur Oberfläche des Sammlers 3 erreicht. (Vgl. Fig. 4b).

Der Sammler 3 kann in eine nicht gezeigte Einrichtung eingespannt werden, die über eine CNC-Steuerung veranlaßt wird, den Sammler entsprechend der erforderlichen Teilung in Umfangsrichtung und/oder Längsrichtung unter der Reibschweißanlage 1 zu positionieren. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Nippels in gewünschter Verteilung mit dem Sammler zum Aufbau einer Samm­ lerbaugruppe verschweißt werden. Die freien Enden der Nippel können gege­ benenfalls nach einer vorherigen Wärmebehandlung der Sammlerbaugruppe dann mit entsprechenden Rohren verschweißt werden. Die Nippel können ma­ nuell oder über eine Endloszuführung der Spannvorrichtung 6 der Reib­ schweißanlage 1 zugeführt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verschweißen eines Nippels mit einem rohrartigen Sammler, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler im Schweißbereich mit einer Bohrung versehen wird und danach der Nippel durch Reibschweißen mit dem Sammler verbunden wird.

2. Verfahren zum Verschweißen eines Nippels mit einem rohrartigen Sammler, dadurch gekennzeichnet, daß der Nippel zunächst durch Reibschweißen mit dem Sammler verbunden wird und danach der Sammler durch den Nippel hindurch aufgebohrt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Reibschweißen auf der gekrümmten Oberfläche des Sammlers zunächst eine plane Reibfläche erzeugt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Reibschweißen sich bildende innere und/oder äußere Wulst entfernt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein am Schweißende (Stoßende) mit einer Wandverdickung versehener Nippel eingesetzt wird.

6. Sammlerbaugruppe bestehend aus einem rohrartigen Sammler und einer Vielzahl von mit ihm verschweißten Nippeln, wobei die Nippel (2) mit dem Sammler (3) nach mindestens einem der Verfahren 1 bis 5 verschweißt sind.