DE19720961C1 - Verfahren zur Wurzel-Schweißbadsicherung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Wurzel-Schweißbadsicherung und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wurzel-Schweißbadsi
cherung, insbesondere beim Stumpf-Schweißen zweier Rohre, bei
dem die Schweißnaht im Innern der Rohre zur Vermeidung des
Durchfallens/Durchbrennens und zur Verhinderung einer unzuläs
sig starken Wurzelüberhöhung zum Inneren des Rohres abgestützt
wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchfüh
rung des Verfahrens.
Miteinander fluchtende Rohre werden mit Stumpfnähten durch
Schweißen verbunden, wobei diese Stumpfnähte in der Regel
I- oder V-Nähte sind.
Speziell bei V-Nähten ist die erste Schweißlage die Wurzellage.
Die Schweißgeschwindigkeit bei der Herstellung der Wurzellage
ist gegenüber den folgenden jagen stark vermindert, um ein
Durchfallen bzw. Durchbrennen des flüssigen teigigen Schweiß
gutes zu vermeiden.
Es ergibt sich jedoch bei der Herstellung der Wurzellage zum
Innern des Rohres eine Wurzelüberhöhung, die von besonderer Be
deutung ist. Die zulässigen Toleranzen für die Überhöhung sind
durch die DIN EN 25817 vorgeschrieben.
Die Überhöhung h ist bei der höchsten Bewertungsgruppe B: h ≦
1,0 mm + 0,3 b, wobei b die Breite des Schweißnahtspaltes ist.
Maximal darf die Überhöhung 3 mm betragen.
Diese Forderung wird beim vollmechanischen Schweißen in der Re
gel gut erreicht. Erforderlich ist hierbei jedoch eine exakte
Schweißnahtvorbereitung. Darüber hinaus müssen durch Versuche
und Verfahrensprüfungen ermittelte Schweißparameter festgelegt
werden.
Wird die Wurzelschweißung durch einen Schweißer manuell ausge
führt, ist die Wurzelausbildung und die Güte hierbei allein von
der Handfertigkeit des Schweißers abhängig. Weist die Wurzel
form nach innen zu große Überhöhungen auf, ist eine Nachbear
beitung wegen der Unzugänglichkeit zum Innern des Rohres nur
mit großem Aufwand - wenn überhaupt - möglich.
Zur Verhinderung einer zu großen Wurzelüberhöhung werden
Schweißbadsicherungen verwendet, beispielsweise in Form von
Alu-Folien, die zum Teil mit Pulver beschichtet sind und die
von innen im Schweißnahtbereich an die Rohrinnenwand geklebt
werden. Diese Art der Schweißbadsicherung ist meist nur befrie
digend. Zudem muß für jeden Schweißvorgang, abhängig vom
Rohrinnendurchmesser, jeweils ein neuer Alu-Folien-Streifen
entsprechender Länge vorbereitet und eingeklebt werden, was den
zeitlichen Aufwand in der Vorbereitungsphase erhöht.
Das gleiche gilt für die zweite bekannte Art der Schweißbadsi
cherung, die darin besteht, daß der Schweißnahtspalt auf seiner
gesamten Länge von entsprechend dimensionierten, in das Rohrin
nere eingebrachten metallischen oder keramischen Ringen abge
deckt wird. Diese Ringe müssen formschlüssig eingepaßt werden,
so daß für jeden Rohrinnendurchmesser ein spezieller Ring mit
entsprechendem Außendurchmesser zur Verfügung stehen muß. Der
artige Ringe sind zur Abstützung bei Rohren kleinen Innendurch
messers und bei Serienfertigung in der Regel nicht geeignet, da
der Ring nach dem Schweißen entfernt werden muß. Das Herauszie
hen eines metallischen Ringes wird durch die Nahtüberhöhung
selbst verhindert. Keramische Ringe können nur durch Zerbrechen
entfernt werden.
Zu diesen Nachteilen kommt der Nachteil der erforderlichen La
gerhaltung von Ringen verschiedenen Materials und verschiedener
Größe, da ausgehend vom Rohr-Außendurchmesser infolge der mög
lichen Wanddicken der Rohre bis zu 25 verschiedene Rohrinnen
durchmesser vorliegen. Die hierbei noch zu berücksichtigenden
Toleranzen der Durchmesser sowie der Wanddicken erfordern, daß
jede Rohrverbindung exakt ausgemessen werden muß, um ein form
schlüssiges Anliegen eines Ringe an der Rohrinnenwand zu errei
chen, was bei Rohren mit größerer Ovalität zumeist scheitert.
Aus diesen Gründen werden verbleibende eingepaßte Ringe nur bei
Einzel- bzw. Sonderfertigungen eingesetzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art so zu führen, daß die Schweißbadsi
cherung leicht aus dem Rohrinneren zu entfernen ist und für die
hierfür erforderlichen Abstützelemente keinerlei Lagerhaltung
erforderlich ist und die Vorbereitungen für die Schweißbadab
stützung auf ein Minimum reduziert sind.
Die Erfindung löst diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 dadurch, daß während des Schweißens die
Abstützung lediglich im Bereich unterhalb des Schweißbades er
folgt, wobei die Abstützung durch Reibung an der Rohrinnenwand
bei der Relativbewegung zwischen Rohr und Schweißeinheit
selbsttätig mitgeführt und nach Beendigung des Schweißvorgangs
von der Schweißnaht wegbewegt und aus dem Rohr herausgefahren
wird.
Die Erfindung wird darüber hinaus durch eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens gelöst, die gemäß Patentanspruch 3
durch ein kreisscheibenförmiges Abstützelement gegeben ist, das
am freien Ende eines axial in das Rohr einfahrbaren Auslegers
lose drehbar gelagert ist und das Abstützelement einen Durch
messer aufweist, der kleiner ist als der Rohrinnendurchmesser.
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem in der Vorberei
tungsphase des Schweißvorgangs der Nahtbereich auf seiner ge
samten Länge individuell abgestützt werden muß, wird beim er
findungsgemäßen Verfahren lediglich der Bereich abgestützt, in
dem sich das noch flüssige Schweißbad befindet. Dadurch, daß
die Abstützung dem Schweißbad selbsttätig nachgeführt wird, ist
zum einem gewährleistet, daß eine Schweißnahtvorbereitung be
züglich der Abstützung praktisch nicht erforderlich ist, und
zum anderen, daß die Abstützung problemlos aus dem Rohrinneren
herausgefahren werden kann, wenn der Schweißvorgang beendet
ist.
Als Abstützelement wird erfindungsgemäß dabei eine metallische
oder keramische Scheibe eingesetzt, deren Außendurchmesser um
ein bestimmtes Maß kleiner ist als der Innendurchmesser des
Rohres, wobei die Scheibe am Ende eines in das Rohrinnere ein
fahrbaren Auslegers lose drehbar gelagert ist. Nach Einfahren
des kreisscheibenförmigen Abstützelements in den Bereich der
Schweißnaht wird die Scheibe mit ihrer Stirnfläche an die
Rohrinnenwand gelegt, und zwar in Höhe des Schweißortes. Wird
nun das Rohr relativ zur Schweißeinheit (Handschweißgerät oder
Automat) verdreht, wird das Abstützelement infolge der Reibung
zwischen dem Rohr und diesem Element in die gleiche Drehrich
tung mitgenommen. Das Element befindet sich mit der Bewegung
einer Hypzykloide stets unterhalb des Schweißbades.
Dabei ist die Scheibe auf ihrem Umfang mit einer Bandage verse
hen, die je nach Material und Schweißart entweder aus Metall,
beispielsweise Kupfer, oder aus Keramik bestehen kann.
Vorteilhafterweise ist das Abstützelement gemäß Anspruch 8 am
Ende des Auslegers in radialer Richtung federunterstützt gela
gert. Hierdurch ist es möglich, die Wirkkraft des Abstützele
ments auf die Rohrinnenwand zu vergleichmäßigen, was insbeson
dere bei Rohrabweichungen infolge Ovalität von großem Vorteil
ist.
Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist die Tatsache, daß das Abstützelement wiederverwendet werden
kann, und daß Feinabstufungen infolge verschiedener Wanddicken
entfallen, was zum einen durch die federnde Lagerung des Ab
stützelements und zum anderen durch das Merkmal des Pa
tentanspruchs 9 gewährleistet ist, daß nämlich der Ausleger an
seinem dem Abstützelement abgewandten Ende in einer Vertikal
führung angeordnet ist.
Hierdurch läßt sich nach dem Einfahren des Auslegers mit an
seinem Ende befindlichem Abstützelement in das Rohrinnere, wel
ches zentrisch mit der Achse des Rohres bis zum Schweißbadpunkt
erfolgt, das Abstützelement unabhängig vom Rohrinnendurchmesser
immer mit dem richtigen Andruck an die Rohrinnenwand anlegen.
Die Verstellung des Auslegers erfolgt dabei in bevorzugter
Weise gemäß Patentanspruch 10 mit Hilfe eines Spindelantriebs.
Diese Spindel kann handbetätigt aber auch motorbetrieben sein.
Der Schweißvorgang kann dabei bei feststehendem Rohr mit einer
um das Rohr herumfahrbaren Schweißeinheit erfolgen, wobei die
Bewegung der Schweißeinheit mit der Bewegung der Kreisscheibe
gekoppelt ist.
In bevorzugter Weise ist jedoch die Einrichtung zum Positionie
ren des Rohres und zur Ausführung der Relativbewegung zwischen
Schweißeinheit und Rohr gemäß Anspruch 11 ein Spannfutter, in
das das Rohr eingespannt wird, welches einen Drehantrieb auf
weist, mit dessen Hilfe das Rohr unter der stationären Schweiß
einheit verdreht wird.
Da das Abstützelement beim Schweißvorgang selbsttätig mitge
führt wird und Toleranzen in der Rohrform selbsttätig aus
gleicht, kann die Schweißnaht-Wurzelform mit Minimal-Toleranz
nach DIN EN 25817 vorgegeben sein.
Darüber hinaus kann die Wurzellage ohne reduzierte Schweißpara
meter geschweißt werden.
Ein Luftspalt zwecks Durchschweißung ist nicht erforderlich.
Gemäß Anspruch 12 ist vorgesehen, daß der Ausleger um seine
Mittellängsachse verschwenkbar ist.
Hierdurch kann der Schweißpunkt des Schweißbades erforderli
chenfalls durch eine Schwenkung des Auslegers um seine Achse
radial in eine Uhrzeit-Schweißposition (zum Beispiel 2 Uhr)
verdreht werden. Somit kann erreicht werden, die Nahtschweißung
in eine "fallende" oder "steigende" Position zu bringen, was
sich auf den Einbrand des Lichtbogens in das Material auswirkt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen darge
stellt und näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Seitenansicht,
Fig. 2 in Rohraxialrichtung gesehen ein im Innern des Rohres
angeordnetes Abstützelement,
Fig. 3 Schnitt entlang der Linie A-B aus Fig. 2,
Fig. 4 Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit Abstützrolle.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Wurzel-Schweißbadsiche
rung beim Stumpf-Schweißen zweier Rohrstücke 2 und 3 darge
stellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehen.
Sie besteht aus einem in Rohrachs-Richtung auf einem nicht dar
gestellten Schlitten verschiebbaren Gestell 4.
Oben am Gestell 4 ist ein horizontal vorkragender Ausleger 5
befestigt, und zwar in einer Vertikalführung 6. Verstellbar ist
der Ausleger 5. in dieser Vertikalführung 6 mit Hilfe eines
Spindelantriebs 7, der beispielsweise über ein Handrad 8 betä
tigbar ist.
Am freien Ende des Auslegers 5 ist in einer Vertikalführung 9
ein kreisscheibenförmiges Abstützelement 10 lose drehbar gela
gert, wobei die Lagerung durch Federelemente 11 unterstützt
ist.
Die Fig. 1 gibt die Situation wieder, in der das Abstützelement
10 mit dem Ausleger 5 in die Arbeitsstellung gefahren ist. Es
befindet sich auf Höhe der Verbindung der beiden Rohrstücke 2
und 3, die aneinander geheftet sind. Eingespannt ist das Rohr 2
in ein Drehfutter 12.
Das Abstützelement 10 weist einen Außendurchmesser auf, der um
ein bestimmtes Maß kleiner ist als die Innendurchmesser des
Rohres 2, 3.
Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist auf dem Umfang der
Kreisscheibe 13 des Abstützelements 10 eine Bandage 14 befe
stigt. Die Bandage 14 besteht aus Metall oder Keramik. Auch die
Scheibe 13 kann alternativ aus Metall oder Keramik bestehen.
Die Verfahrensführung läuft folgendermaßen ab:
Die beiden zu verschweißenden Rohrstücke 2, 3 werden zunächst geheftet und dann in das Drehfutter 12 eingespannt.
Die beiden zu verschweißenden Rohrstücke 2, 3 werden zunächst geheftet und dann in das Drehfutter 12 eingespannt.
Daraufhin wird das Abstützelement 10 mittels Gestell 4 seitlich
in das Rohr 2, 3 hineingefahren, wobei die Scheibenachse 15 und
die Achse 16 des Rohres 2, 3 zusammenfällt.
Ist der Schweißort - die V-Schweißnaht - erreicht, wird der
Ausleger 5 durch Betätigung des Spindelantriebs 7 radial in
Richtung Rohrinnenwand verfahren, so daß sich das
Abstützelement 10 über die Kraft des Federelements 11 gegen die
Rohrinnenwand drückt (Position in Fig. 1).
Mit dem Start des Drehfutters 12 und gleichzeitigem Zünden des
Schweißlichtbogens einer nicht dargestellten Schweißeinheit be
ginnt der Schweißablauf. Mit 17 ist das flüssige bis breiige
Wurzel-Schweißbad in der V-förmigen Schweißnaht gekennzeichnet.
Das Rohr 2, 3 wird durch die Drehbewegung des Drehfutters 12
unter der Schweißeinheit vorbeibewegt. Die Rotationsrichtung
des Rohres 2, 3 ist mit 18 bezeichnet.
Durch Reibung des Abstützelements 10 an der Rohrinnenwand wird
dieses in die gleiche Richtung (s. Pfeil 19) mitgenommen und
befindet sich mit seiner Auflagefläche stets unterhalb des
Schweißbades 17, wobei der Berührungspunkt 20 des Abstützele
ments 10 mit der Rohrinnenwand eine Hypozykloide beschreibt.
Ist die Wurzellage vollendet, wird durch den Spindelantrieb der
Ausleger 5 zusammen mit dem Abstützelement 10 wieder im Rohr 2,
3 zentriert, woraufhin das Abstützelement aus dem Rohr 2, 3
herausgefahren wird und für den nächsten Schweißvorgang sofort
wieder zur Verfügung steht.
Durch den Pfeil 21 ist angedeutet, daß der Schweißpunkt bei Be
darf auch in eine Uhrzeit-Schweißposition (zum Beispiel 2 Uhr)
gelegt werden kann, indem der Ausleger 5 um den entsprechenden
Betrag um seine Mittellängsachse 15 verschwenkt wird.
In der Fig. 4 schließlich ist der Ausleger 5 mittels einer ver
schwenkbaren Rolle 22 gegen die Rohrinnenwand abgestützt, wenn
dies bei besonders langem Rohr 3 und der damit verbundenen
Überlänge des sich durchbiegenden Auslegers 5 erforderlich ist.
Die Verschwenkung der Rolle 22 erfolgt dabei über eine ge
eignete Mechanik vom Gestell 4 her.
Claims (13)
1. Verfahren zur Wurzel-Schweißbadsicherung, insbesondere
beim Stumpf-Schweißen zweier Rohre, bei dem die Schweiß
naht im Innern der Rohre zur Vermeidung des Durchfal
lens/Durchbrennens und zur Verhinderung einer unzulässig
starken Wurzelüberhöhung zum Inneren des Rohres abgestützt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des Schweißens die Abstützung lediglich im Be
reich unterhalb des Schweißbades erfolgt, wobei die Ab
stützung (10) durch Reibung an der Rohrinnenwand bei der
Relativbewegung zwischen Rohr (2, 3) und Schweißeinheit
selbsttätig mitgeführt und nach Beendigung des Schweißvor
gangs von der Schweißnaht wegbewegt und aus dem Rohr (2, 3)
herausgefahren wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr (2, 3) bei stationärer Schweißeinheit eine
Rotationsbewegung um seine Längsachse (16) und dabei die
Abstützung (10) eine hypozykloidische Bewegung ausführt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahreris nach einem der
Ansprüche 1 oder 2, mit einer Schweißeinheit und einer
Einrichtung zum Positionieren der miteinander zu ver
schweißenden Rohrstücke, wobei mittels dieser Einrichtung
eine Relativbewegung zwischen Schweißeinheit und Rohr re
alisierbar ist,
gekennzeichnet durch
ein kreisscheibenförmiges Abstützelement (10), das am
freien Ende eines axial in das Rohr (2, 3) einfahrbaren
Auslegers (5) lose drehbar gelagert ist und das Abstütze
lement (10) einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist
als der Rohrinnendurchmesser.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des Abstützelements (10) größer ist
als der Innenradius des Rohres.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das kreisscheibenförmige Abstützelement (10) auf sei
ner Umfangsfläche mit einer Bandage (14) versehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement (10, 13) bzw. die Bandage (14) aus
Metall besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement (10, 13) bzw. die Bandage (14) aus
Keramik besteht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abstützelement (10) am Ende des Auslegers (5) in
radialer Richtung federunterstützt gelagert ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausleger (5) an seinem dem Abstützelement (10) ab
gewandten Ende in einer Vertikalführung (6) angeordnet
ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausleger (5) mittels Spindel (7) in der Vertikal
führung (6) verstellbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Positionieren des Rohres und zur
Ausführung der Relativbewegung zwischen Schweißeinheit und
Rohr ein Spannfutter (12) ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausleger (5) um seine Mittellängsachse (15) ver
schwenkbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausleger (5) mittels mindestens einer schwenkbar
angeordneten Rolle (22) im Rohr (2, 3) abstützbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997120961 DE19720961C1 (de) | 1997-05-17 | 1997-05-17 | Verfahren zur Wurzel-Schweißbadsicherung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997120961 DE19720961C1 (de) | 1997-05-17 | 1997-05-17 | Verfahren zur Wurzel-Schweißbadsicherung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19720961C1 true DE19720961C1 (de) | 1998-05-20 |
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ID=7829913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1997120961 Expired - Fee Related DE19720961C1 (de) | 1997-05-17 | 1997-05-17 | Verfahren zur Wurzel-Schweißbadsicherung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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DE (1) | DE19720961C1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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1997
- 1997-05-17 DE DE1997120961 patent/DE19720961C1/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
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