DE2004468C - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dickwandigen zylindrischen Behälters aus mehreren gegebenenfalls aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Schichten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines dickwandigen zylindrischen Behälters aus mehreren, gegebenenfalls aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Schichten, die aus gleichzeitig im Abstand aufeinanderfolgend auf einem tragenden Teil wendelförmig niedergeschmolzenen Schweißlagen bestehen und sowohl neben- als auch übereinander kristallin verbunden sind.

Durch die deutsche Patentanmeldung P 16 90 593.4 ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem zum Herstellen eines zylindrischen Behälters auf eine bereits erstarrte geschweißte Lage einewendelförmigeSchweißraupeimEIektroschlacken-Schweißverfahren kontinuierlich aufgebracht wird. Nach diesem Verfahren kann ein eine nahtlose Wandung aufweisender dickwandiger Behälter mit verhältnismäßig geringen Kosten sehr leicht hergestellt werden. Die Wandung eines solchen Behälters besitzt eine wesentlich geringere Anzahl nichtmetallischer Einschlüsse und gleichmäßige mechanische Eigenschaften. Die in jüngster Zeit entwickelten Behälter zur Verwendung in den verschiedensten Industriezweigen werden für extrem hohe Temperaturen, sehr hohe Drücke und große Aufnahmekapazitäten ausgelegt. Dadurch ist es notwendig geworden, diese Behälter mit größerem Durchmesser, größerer Länge und

ίο dickeren Wänden herzustellen. Bei größeren Wanddicken des Behälteis besitzt das vorgeschlagene Verfahren insofern Nachteile, als durch Kornvergrößerung des Gefüges Lunker, Risse und Fehler hervorgerufen werden, insbesondere während der Bildung einer dickeren Behälterwand durch kontinuierliches Aufbringen einer größeren Menge geschmolzenen Schweißgutes. Hinzu kommt, daß es bei der Bildung und beim Erstarren einer dicken Wand in einem kontinuierlichen Verfahrensschritt in Richtung der Wanddicke unmöglich ist, die Wand aus verschiedenen Werkstoffen zusammenzusetzen, die die geeigneten Eigenschaften bei jeder Dicke der Wand aufweisen, um den Benutzungsanforderi-ngen des Behälters gerecht zu werdui.

Durch die USA.-Patentschrift 3 133 184 ist es auch schon bekanntgeworden, gleichzeitig mehrere wendeiförmige Schweißraupen mit axial aufeinanderfolgenden Windungen zu legen und die jeweils unterschiedlich große Radien aufweisenden Schweißraupen in radiale Anlage mit je einem benachbarten Schweißgutstreifen zu bringen. Diese Schweißgutraupen werden jedoch auf die Innenseite einer bereits vorgesehenen, aus Blech gefertigten Behälterwand aufgebracht, die somit den tragenden Teil bildet. Es handelt sich um ein typisches Auftragssch-veißen bzw. Schweißplattieren. Das Aufbringen der Schweißgutraupen dient dabei in erster Linie zum Verbessern der Verschleißfestigkeit oder Korrosionsbeständigkeit. Es besteht dabei die Gefahr, daß das Gefüge des Behälterblechs unter dem Einfluß der Schweißwärme Gefügeumwandlungen, insbesondere einer Grobkornbildung, unterliegt und daß es infolge der jeweils partiellen Erwärmens zu inneren Spannungen kommt, die auch durch ein nachträgliches Spannungsfreiglühen nicht mehr beseitigt werden können. Das bekannte Verfahren besitzt demnach erhebliche wirkungsmäßige und bauliche Nachteile.

Grundsätzlich gilt das gleiche auch für ein aus der deutschen Patentschrift 423 108 bekanntgewordenes Verfahren, bei dem auf der Außenseite eines Körpers, beispielsweise eines Spurkranzrades, Schweißraupen aufgetragen werden. Abgesehen davon, daß es sich hierbei nur um ein Reparaturschweißen handelt, ist auch hier als tragendes Teil ein Basiselcment unbedingte Voraussetzung.

Bei einem weiteren aus der USA.-Patentschrift 2 433 966 bekannten Verfahren werden dickwandige Behälter aus mehreren Schichten aus einem Band aufgebaut, das durch Preßschweißen mit den zur Anlage kommenden übrigen Flächen verbunden wird. Auch in diesem Fall ist für das Aufbringen des Bandes unbedingt ein Kern erforderlich, der beispielsweise aus einem Kanonenrohr besteht. Auf das sozusagen ein Fertigteil bildende Kanonenrohr werden dann Schichten aus Schweißgut aufgetragen. Dabei wird aber zunächst eine Schicht vollständig gelegt und erst -dann eine weitere Schicht aufgetragen.

Schließlich werden auch bei einem aus der USA.-

Patentschrift 3 640 501 bekannten Verfahren mehrere wundeiförmig verlegte Streifen auf einen Kern gebracht, der sich je nach dem Herstellungsverfahren dreht oder feststeht. Da bei diesem bekannten Verfahren zumindest eine der dort verwendeten Schichten aus einem brennbaren Werkstoff bestehen soll, ist dieses bekannte Verfahren in keiner Weise dazu geeignet, einen Behälter für hohen Druck und hohe Temperaturen zu verwenden. Da ferner bei diesem bekannten Verfahren die Vorratsrollen für die einzelnen Schichten um den Kern umlaufen müssen, können ebenfalls keine Behälter mit sehr großem Durchmesser hergestellt werden. Zudem kommt es hei diesem bekannten Verfahren durch das Auftragsschweißen ebenfalls zu unerwünschten Gefügeändcriingen mit all ihren Nachteilen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besieht einher darin, ein Verfahren /um Herstellen eines dickwandigen zylindrischen Behälters aus mehreren, gegebenenfalls aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Schichten der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das beim Herstellen von dickwandigen zylindrischen Behältern einwandfreie Gefügeausbildunfioii sicherstellt und die voi teilhaften Eigenschaften bei der Verwendung von gegebenenfalls unterschiedliihen Werkstoffen für die einzelnen Schichten auszunutzen gestattet. Das wird erfindungsgcmäß dadurch erreicht, daß der tragende Teil des Behälters als eine ebenfalls wendelförmig niedergeschmolzene Schweißlage zur gleichen Zeit wie die Schichten, jedoch wie bei diesen aus bekannten Gründen um ein Stück vorauseilend, hergestellt wird. Da somit nach der Erfindung der gesamte Behälter gleichzeitig aus unmittelbar miteinander verbundenen Schweißgutlagen besteht, tritt die bisher aufkommende Grobkornbildung !.'cht mehr auf, und werden Lunker, Risse, Fehlerstellen u. dgl. vermieden. Außerdem können durch die erfindungsgemäße Anlagerung der Schweißschichten die chemische Zusammensetzung gleichmäßiger gehalten und die Zusammensetzung der einzelnen Werkstoffe der Schweißschichten optimal ausgenutzt werden.

Zwcckmäßigerweise erfolgt das Niederschmelzen im EIcktroschlacke-Schweißverfahren. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß von einem hohlzylindrischen, am einen Ende entsprechend der Anzahl der Schichten und der Wendelsteigung der Schweißlagen in radialer und axialer Richtung abgestuften Anfahrkörper ausgegangen und mit dem Anschweißen farn.'-licher Schichten des Behälters an diesen Anfahrkörper gleichzeitig begonnen wird, wobei der tragende Teil die innere Schicht bildet. Auf diese Weise kann das Herstellen eines dickwandigen Behälters sehr leicht und in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen mit bestmöglichem Wirkungsgrad durchgeführt werden.

Um ein kontinuierliches Anlagern der Schichten zu ermöglichen, wird zweckmäßig der Anfahrkörper um seine Achse gedreht und in seiner Achsrichtung verschoben.

Eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt vorteilhafterweise eine mit einem Schweißtransformator verbundene Elektrodenführung, die gekühlt ist und mit dem stufenförmigen Fnde des Anfahrkörpers gleitbeweglich in Eingriff steht.

Eine beispielsweise Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wi^d im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines geschweißten Behälters,

F i g. 2 eine Aufsicht und einen teilweisen horizontalen Schnitt entlang der Linie II-ilI der Fig I.

F i g. 3 eine Seitenansicht entlang der Linie III-III der Fi g. 1 und

F i g. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles IV der Fig. 2, wobei der an sich vorhandene wassergekühlte Kupferstreifen fortgelassen ist.

Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführung dient zum Elektroschlackenschweißen. Sie besitzt einen horizontal verfahrbaren Ständer2, an dem ein hohlzylindrischer Anfahrkörper 1 mit horizontal liegender Achse einseitig eingespannt ist. Das freie Ende des Anfahrkörpers I endet in Form dreier aneinandergereihter koaxialer Hohlzylinder 1 ίϊ, I b, I c mit demselben Inncndurchmesvr. jedoch zum Ende des Anfahrkörpers hin abnehmenden Außendurchmessern. Die Stirnfläche 1 «', 1 b', 1 c' der drei Hohlzylinder 1 a. 1 />, 1 c ist wendelförmig ausgebildet, wobei jeweils das Ende der Wendel in einer Stufe mit radialer Fläche 1 ei", 1 b", 1 c" endet, deren Höhe P in axialer Richtung der Steigung der Wendel entspricht.

Der Anfahrkörper 1 ist mittels des Ständers 2 um eine horizontale Achse drehbar gelagert. Außerdem kann der Anfahrkörper 1 durch Verfahren des Ständers 2 in axialer Richtung zurückgezogen werden, und zwar um den Abstand der Spiralsteigung P während je einer Umdrehung des Anfahrkörpers 1.

Eine wassergekühlte Elektrodenführung3 aus Kupfer besitzt eine abgestufte Seite zur engen Anlag·: an den spiralförmigen Stirnflächen 1 u', 1 b' und 1 c sowie den Umfangsflächen 1 a'", 1 b'" und 1 c'" der entsprechenden Hohlzylinder 1 a, ί b und 1 c. Sie ist ferner so ausgebildet, daß sie an der inneren Zylinderfläche 1 d des Anfahrkörpers 1 anliegt.

An den Umfangsflächen 1 a", 1 b" und 1 c" ergeben sich Ausnehmungen A, B und C, in die mit Hilfe von Zuführungrollen 6a, 6b und 6c metallisches Schweißgut 5a, 5b und Si· in Form von Drähten, Stangen oder Streifen eingeführt wird, das von Vorratsrollen 4 a, 4 b und 4 c abgewickelt wird. Mit 8 ist eine Kraftquelle für einen Schweißumformer bezeichnet, der Schweißstrom den metallischen Schweißelektroden 5 a, 5 b und 5 c und elektrischen Kontaktbürsten oder -rollen 7 a, 7 /; und 7 c zuführ'.

Bei Beginn des Schmelzcns der Elektroden 5 a, 5 b und 5 c wird der Anfahrkörper 1 mit Hilfe des Antriebs im Ständer2 gemäß Fig. 3 ^;m Uhrzeigersinn gedreht. Gleichzeitig wird der Block 1 in axialer Richtung entsprechend dem Abstand der Wendelsteigung/³ während jeder Umdrehung nach links bewegt. Während dieser Bewegungen des Anfahrkörpers 1 wird geschmolzenes Schweißgut von den Elektroden 5 a, 5 b und 5 c innerhalb der Ausnehmungen A, B und C auf die entsprechenden Stirnflächen 1 a', I V und ic' des Anfahrkörpers 1 zum Erstarren gebracht und auf der bereits erstarrten Schweißraupe fortschreitend abgelagert, so daß sich wendeiförmige Streifen bilden. Auf diese Weise wird ein Behälter am rechten Ende des Anfahrkörpers I in Fig. 1 aufgebaut, wobei die Enden des Behälters die gleiche Gestalt wie das rechte Ende des Anfahrkörpers 1 besitzen.

Bei Verwendung eines korrosionsbeständigen Metalls für die Innenschicht eines bei hoher Temperatur

festigkeit aufweisenden Metalls für die Zwiiicht und eines hitzebeständigen Metalls für lenschicht ergibt sich tine sehr hohe Korroitändigkeit. Außerdem wird die Temperatur ruckbeständigkcit verbessert. Beispielsweise kann bei Reaktionstürmen für Ölraffinerien die Menge des teuren Materials mit hoher Bcständigkett gegenüber Wasserstoff erheblich reduziert und dadurch die Herstellungskosten merklich gesenkt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeiclinungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines dickwandigen zylindrischen Behälters aus mehreren, gegebenenfalls aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Schichten, die aus gleichzeitig im Abstand aufeinanderfolgend auf einem tragenden Teil wendelförmig niedergeschmolzenen Schweißlagen bestehen und sowohl neben- als auch übereinander kristallin verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der tragende Teil des Behälters als eine ebenfalls wendelförmig niedergeschmolzene Schweißlage zur gleichen Zeit ".vie die Schichten jedoch \ bei diesen aus bekannten Gründen um ein Stück vorauseilend, hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederschmelzen im Elektroschlacke-Schweißverfahrcn erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem hohlzylindrischen, an einem Ende entsprechend der Anzahl der Schichten und der Wendelsteigung der Schweißlagen in radialer und axialer Richtung abgestuften Anfahrkörj ;r ausgegangen und mit dem Anschweißen sämtlicher Schir'iten des Behälters an diesen Anfahrkörper gleichzeitig begonnen wird, wobei de·, tragende Teil die '■ mere Schicht bildet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfahrkörper um seine Achse gedreht und in seiner Achsrichtung verschoben wird.

5. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Schweißtransformator verbundene Elektrodenführung (3) gekühlt ist und mit dem stufenförmigen Ende des Anfahrkörpers (1) gleitbeweglich in Eingriff steht.