DE2040842A1 - Orbitalschweisskopf - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-iNG. VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD 2040842 DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

17. 8. 1970 Sch-DB/cg

VICKERS LIMITED,

^. Vickers House, Millbank Tower, Millbank, f London S.W.l / England.

Orbitalschweißkopf

Die Erfindung betrifft Orbitalschweißköpfe.

Bei bekannten Orbitalschweißköpfen werden zwei mit ihren Enden zusammenzuschweißende Rohre von einem Ring umgriffen, der mit einem um die aneinanderstoßenden Rohrenden herumfUhrbaren Schweißbrenner ausgestattet ist. Der Schweißbrenner bewegt sich dabei mit einfach steuerbarer Geschwindigkeit auf einer genau bestimmten Bahn um die Verbindungsstelle herum. Auch der Schweißstrom und die gasförmige Schutzhülle lassen sich während der Bewegung des Schweißbrenners leicht regeln, so daß an sich eine gute Verschweißung erzielt werden könnte, wenn es keine Schwierigkeiten mit den elektrischen und gasführenden Leitungen gäbe, die an den Schweißbrenner angeschlossen sind«, Da dieser sich z.B. bei dickwandigen Rohren mehrmals um die Verbindungsstelle bewegen muß, besteht nämlich die Gefahr,

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daß sich die Leitungen um die Rohre herumwickeln, wodurch sie verbrennen oder sich auf den Rohren verwirren können, was eine Stillsetzung des Schweißbrenners und eine Beschädigung der Schwe: 3stelle zur Folge hat. Ein weiterer Mangel der bekannten Anordnung liegt darin, daß der Schweißkopf nach Fertigstellung der Schweißnaht Über das Rohr abgezogen wird und zu seinem Durchlaß Stützelemente abgenommen bzw. angesetzt werden müssen. Während dies bei der Anschweißung verhältnismäßig kurzer Rohrlängen an ein langes Rohr noch durchführbar ist, kann man einen solchen bekannten Schweißkopf zur Verbindung von zwei langen Rohren miteinander oder zum Anschluß von Krümmern oder Muffen an Rohre praktisch nicht verwenden.

Gemäß der Erfindung ist ein Orbitalschweißkopf gekennzeichnet durch zwei gelenkig gelagerte Backen, die eine Ringanordnung tragen, welche sich beim öffnen der Backen in zwei Hälften teilt, auf denen wenigstens ein Schweißbrenner befestigbar ist, und welche um ihre Achse drehbar ist, wenn die Backen sich in ihrer geschlossenen Betriebsstellung befinden, in der Backen und Ringanordnung einen zentralen Raum zur Aufnahme der aneinander-stoßenden Enden der zu verschweißenden Rohre bilden und durch einen zwischen wenigstens einer Backe und der Ringanordnung vorgesehenen Schleifring, der der Stromzuführung zu einem Schweißbrenner dient.

Durch diese Anordnung entfallen Schlauch- und Kabelverbindungen, die sich um das Rohr wickeln könnten und es ist möglich, den gesamten Kopf nach Beendigung des Schweißvorganges quer zum Rohr von diesem abzunehmen, d.h. der Schweißkopf muß nicht bis zum freien Ende des Rohree an diesem entlang geführt werden. Außerdem eignet sich der

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erfindungsgemäße Schweißkopf sehr gut zur Durchführung kontinuierlicher Mehrlagenschweißungen in einem Arbeitszyklus, weil Wurzel, Schweißlage und Füllmaterial auf jedem Teil der Rohrleitung ununterbrochen wirksam sind. Bei Verwendung eines solchen Kopfes ist es nicht erforderlich, viele Schweißer einzusetzen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist das TIG (Tungsten Inert Gas)-System mit Zusatzdraht.

Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungsbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Orbitalschweißkopfes,

Fig. 2 einen Querschnitt der Stoßstelle zweier zu verschweißender Rohre, wobei sich der Schweißkopf gemäß Fig. 1 in Arbeitsstellung befindet und

Fig. J5 eine Ansicht des an einem Gelenkausleger eines Fahrzeuges montierten Kopfes während der verschweißung einer Rohrleitung.

Gemäß Fig. 1 sind zwei auf einer gemeinsamen Achse j5 liegende Rohre 1 mit ihren Enden so zusammengefügt worden, daß eine Stoßstelle 2 gebildet wird. Der Orbitalschweißkopf, der diese Rohre umgreift, besitzt zwei Backen 4 und 5, die auf einem Gelenkstift 6 gelagert sind, der in Betriebsstellung des Kopfes parallel zur Achse 3 liegt. Da der Schnitt nach Fig. 1 durch die Achsen 3 und 6 hindurchgeht, ist nur die untere Backe 4 erkennbar. Die obere Backe 5 geht aus Fig. 2 hervor.

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Die Backe 4 ist als zweiarmige Gabel gestaltet, deren Arme 7» ö (Fig. 2) zur Anpassung an den halben Umfang der Rohre 1 halbkreisförmig gestaltet sind. Arm 7 weist in seiner dem anderen Arm 8 zugewandten Fläche eine halbringförmige Aussparung 9 auf, die einen Teil eines abschirmenden Gaskollektorringes 10 aufnimmt. In der gleichen Fläche des Armes 7> jedoch zu der Aussparung 9 radial nach innen versetzt, befindet sich eine halbkreisförmige Reihe elektrischer Schleifringe 11, deren freie Flächen der Stromaufnahme über Bürsten dienen, wie nachstehend näher beschrieben wird. Auch der andere Arm 8 ist an der dem Arm 7 zugewandten Seite mit einer halbringförmigen Aussparung 12 versehen, die einen Teil eines Kühlwasserkollektorringes 13 aufnimmt. Die obere Backe 5 ist in ähnlicher Weise aus halbkreisförmigen Armen 7', 8' aufgebaut und zeigt entsprechende halbringförmige Aussparungen 9'» 12' sowie eine halbkreisförmige Reihe von Schleifringen 11'. Wenn die Backen zum Betrieb des Schweißkopfes geschlossen sind, bilden die Aussparungen 9> 9' und 12,12' jeweils eine geschlossene Ringausnehmung. Die Schleifringe 11, 11' haben dann an beiden Enden elektrischen Kontakt und stellen einen umlaufenden Ring dar. Es sind viele Schleifringe vorhanden, beispielsweise zwei 300-Ampere-Ringe und drei 5-Ampere-Ringe. Zur Verhinderung des Funkenüberschlages und der Lichtbogenbildung werden in jedem Falle Doppelsteckbuchsen verwendet.

Die Kollektorringe 10 und 13 sind in ihren jeweiligen Ringausnehmungen drehbar, wenn die Backen 4 und 5 geschlossen sind. Jeder Ring besteht aus zwei Teilen, von denen sich der eine in der Aussparung 9 bzw. 13 und der andere in der Aussparung 9' bzw. 13' befindet, wenn eine

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entsprechende Drehung relativ zu den Backen vorgenommen worden ist. Bei geöffneten Backen werden die Ringteile in ihren Aussparungen festgehalten. Zur Drehung der Ringe 10, 13 dienen entweder Synchronmotoren 14, 15* die an der unteren Backe zu beiden Seiten des Gelenkes angebracht sind (Pig. 1) oder es wird ein einziger Motor verwendet, dessen Antrieb mittels eines herkömmlichen Getriebes übertragen wird. Eine Fläche jedes Ringes kann zur Antriebsübertragung gezahnt ausgebildet sein.

Die Motoren 14 und 15 sind reversibel. Die innere Fläche des Ringes 10 weist eine Ringnut l8 auf, die zu einer entsprechenden Nut 19 in der Aussparung 9 offen ist. In die Nut 19 mündet eine Leitung 20 zur Zuführung von Schutzgas, z.B. Argon. Entsprechend weist die Innenfläehe des Ringes 13 eine Ringnuty21 auf, die in eine zugeordnete in der Aussparung 12 vorgesehene Nut 22 öffnet, in die eine Leitung 23 zur Kühlwasserzufuhr mündet. Außerdem besitzt der Ring 13 eine zweite Ringnut 24, die in eine Nut 25 in der Aussparung 12 öffnet, wobei von der Nut 22 eine Rückführleitung 2β für das Kühlwasser ausgeht. Anstatt der Nuten 19* 22 und 25 können an den jeweiligen Leitungen Durchlässe oder Durchlaßreihen vorgesehen werden. Die Leitungen 20, 23 und 26 sind zum Fuß der Backe 4 in der Nähe des Gelenkes zurückgeführt, wo sie an nicht gezeichnete flexible Ein- und Auslaßleitungen angeschlossen sind. Die Zuleitungen 27 der Schleifringe 11 sind ebenfalls zum Fuß der Backe 4 geführt und dort mit einer nicht gezeichneten flexiblen elektrischen Folie verbunden.

Die beiden Kollektor-ringe 10 und 13 sind über eine Brücke 28 zusammengeschaltet, die parallel zur Achse 6 verläuft

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und bei geschlossenem Schweißkopf von den beiden motorangetriebenen Ringen um die Rohre herumgetragen wird. Die Ringe 10, 13 sind entweder synchron oder über ein gebräuchliches Getriebe angetrieben, so daß die Brücke zu der Achse 3 stets parallel ist. Die Brücke 28 dient als Träger für ein abnehmbares Einsteckteil 29, das mit einer Schweißbrennerelektrode 30 und einer Zusatzdrahtspule 31 ausgestattet ist. Eine mit der Nut 18 in Verbindung stehende Leitung 32 erstreckt sich von dem Ring 10 durch die Brücke zu dem Teil 29» um diesen mit Schutzgas zu versorgen. Die Zuführung von Kühlwasser zu dem Teil 29 erfolgt mittels Zu- und Rückführleitungen 33, Jk, die jeweils mit Nuten 21 und 24 verbunden sind und von dem Ring 13 über die Brücke zum Teil 29 verlaufen. Außerdem trägt die Brücke 28 einen Gehäusekasten 35 für die Kollektorbürsten, die mit den Schleifringen 11 so zusammenwirken, daß sie den Strom für die Elektrode 30 abnehmen, wenn die Brücke das Rohr 1 umkreist.

Die Arme 7, 7', 8 und 8' weisen sich selbst zentrierende Stifte 36 auf, die den Schweißkopf auf den Rohren 1 zentrieren und die Ausrichtung der Rohre aufrechterhalten. Diese Einstellbarkeit erlaubt es, den Kopf auch bei Rohren zu verwenden, die innerhalb eines bestimmten Bereiches unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Elektrode 30 ist ebenfalls in Richtung der Pfeile verstellbar.

Die Arme 7, 7', 8, 8' haben gemäß Fig. 2 eine halbringförmige Gestalt, sie können jedoch unterschiedliche Proportionen aufweisen; beispielsweise kann die untere Backe drei Fünftel des Gesamtringes ausmachen, so lange die zu

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verschweißenden Rohre in die größere Backe hineinpassen. Wenn außerdem zwei Bürstensätze mit jeweils voller Stromleistung auf l80 ° eingestellt sind und die Schleifringe nicht geschlossen, sondern nur in der unteren Backe vorgesehen sind, d.h. daß sie sich in dem gewählten Beispiel über drei Fünftel des vollständigen Ringes erstrecken, ist die angelenkte obere Backe nicht stromführend, so daß eine Funkenbildung vermieden wird.

sich
Die Schleifringe können/In weiterer Ausgestaltung radial außerhalb der Kollektorringe befinden, wenn die Kollektorbürsten auf der Brücke 28 entsprechend ausgebildet werden. Es besteht keine zwingende Notwendigkeit, die Backen als zweiarmige Gabeln zu gestalten. Sie können beispielsweise im wesentlichen halbzylindrisch sein, wobei der Kollektor und die Schleifringe auf der Innenfläche des Zylinders mit axialem Abstand anzubringen wären.

Der Kopf kann von einem Gelenkausleger 37 (Pig. 3) eines Kettenfahrzeuges 38 getragen werden, und zwar zweckmäßig nach der Art einer mechanischen Baggerschaufel. Die Backen 4 und 5 werden hydraulisch geöffnet und geschlossen, wobei die hydraulische und die elektrische Energie von dem Fahrzeug ausgeht. Die Gas- und Wasserzuführung geschieht ebenfalls durch das Fahrzeug, das mit einer Schweißsteuervorrichtung ausgestattet sein kann. Zweckmäßig wird die Hydraulik durch Doppelsteuerung in der Fahrzeugkabine und auf dem Schweißkopf selbst überwacht.

Gemäß Fig. 3 sind die Backen von einem Schild 39 umschlossen, der in wirtschaftlicher Weise eine ständige Gashülle um die Stoßstelle der Rohre aufrechterhält und außerdem die Bedienungsperson gegen den Lichtbogen schützt, der auf

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Grund der erfindungsgemäßen automatischen Programmierung zur Überwachung des Schweißvorganges nicht beobachtet zu werden braucht.

aus Die Funktion des Schweißkopfes ergibt sich/der vorstehen-

den Beschreibung. Nach Aneinanderstoßen der Rohre 1 (Fig. 1) werden sie von den geöffneten Backen 4, 5 Übergriffen, wobei die Stifte 36 automatisch zurückgezogen werden und die Brücke 28 die beiden unteren Arme J, 8 verspannt. Wenn die Backen geschlossen sind, erfolgt eine Selbstzentrierung der Stifte und Schutzgas sowie Kühlwasser werden dem Kopf zugeführt. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne wird der Schweißstrom angeschaltet die Ringe 10, IJ beginnen sich zu drehen und die Elektrode JO um die Stoßstelle 2 herumzuführen. Dies kann sich in Übereinstimmung mit einem gewählten Programm abspielen. Sobald der Schweißvorgang - gegebenenfalls nach mehreren Umläufen - beendet worden ist, wird die Brücke in die die Arme 7, 8 verspannende Stellung gebracht, Strom, Gas und Wasser werden abgeschaltet und die Backen nach Öffnung von den Rohren abgenommen. Man kann eine elektrische Verriegelung der-art vorsehen, daß die Backen sich nicht eher öffnen lassen, als bis die Brücke ihre Ausgangsstellung auf der unteren Backe 4 eingenommen hat. Bei Anbringung des Kopfes an einem Gelenkausleger 37 (Fig. 3) fährt das Fahrzeug 38 bis zur nächsten Verbindungsstelle an dem Rohr entlang, wo sich der Vorgang wiederholt, nachdem der Teil 29 gegen einen solchen mit neuer Spule und Elektrode ausgetauscht worden ist. Während dieses nächsten Schweißganges kann der vorher benutzt Teil für den nächsten Umlauf neu beschickt werden. Zu diesem Zweck sind die Spule und der Elektrodenhalter rasch abnehmbar angebracht.

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Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich sowohl an der Werkbank: als auch am Verlegungsort der zu verschweißenden Teile verwenden.

Der Schweißkopf kann auf seiner drehbaren Ringanordnung mehr als einen einzigen Schweißbrenner tragen. Beispielsweise können zwei Brücken 28 vorgesehen sein oder man kann eine Brücke so ausbilden, daß sie zwei Einsteckteile 29 aufnehmen kann.

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Claims (14)

1. I.) Orbitalschweißkopf mit einem Ring, der einen sich auf einer vorbestimmten Kreisbahn um den Ring bewegenden Schweißbrenner trägt, gekennzeichnet durch zwei gelenkig gelagerte Backen (4, 5), die eine Ringanordnung (10, 13, 28) tragen, welche sich beim öffnen der Backen in zwei Hälften teilt, auf denen wenigstens ein Schweißbrenner (30) befestigbar ist, und welche um ihre Achse (3) drehbar ist, wenn die Backen sich in ihrer geschlossenen Betriebsstellung befinden, in der Backen und Ringanordnung einen zentralen Raum zur Aufnahme der aneinanderstoßenden Enden der zu verschweißenden Rohre (1) bilden und durch einen zwischen wenigstens einer Backe und der Ringanordnung vorgesehenen Schleifring (11, 35), der der Stromzuführung zu einem Schweißbrenner auf der Ringanordnung dient.
2. 2. Orbitalschweißkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringanordnung den geschlossenen Backen.zugeführtes Schutzgas aufnimmt und eine Gasleitung (18, 32) zu dem Schweißbrenner derart herstellt, daß die Gaszuführung an jedem Punkt der Ringdrehung wirksam ist.
3. 3. Orbitalschweißkopf nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringanordnung den geschlossenen Backen zügeführte Kühlflüssigkeit aufnimmt, diese nach Gebrauch in die Backen zurückleitet und Flüssigkeitskanal (21, 33, 24, 34) zu und von einem Schweißbrenner bildet, wobei die Zu- und Rückführung an jedem Punkt der Ringdrehung wirksam ist.

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4. 4. Orbitalschweißkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringanqrdnung zwei geteilte Koaxialringe (10, 13) und eine Brücke (28) aufweist, auf der ein Schweißbrenner befestigbar ist und die den axialen Spalt zwischen einem Teil des einen Ringes und einem entsprechenden Teil des anderen Ringes verspannt.
5. 5. Orbitalschweißkopf nach Anspruch 4 in Abhängigkeit von den Ansprüchen 2 und 3* dadurc-h gekennzeichnet, daß der eine Ring (10) der Gasaufnahme und der andere Ring (13) der Kühlflüssigkeitsaufnähme dient.
6. 6. Orbitalschweißkopf nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Backe (3, 4) als zweiarmige Gabel ausgebildet ist, an deren Fuß sich ein Gelenk

   (6) befindet und daß die Ringe (10, 13) von den jeweiligen Armen der Gabeln getragen werden.
7. 7. Orbitalschweißkopf nach Anspruch 6 in Abhängigkeit von Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringanordnung (11, 35) den gleichen Backenarmen zugeordnet ist, wie der eine Ring (10) .
8. ö. Orbitalschweißkopf nach den Ansprüchen 4 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Backe Synchronmotoren (14, 15) montiert sind, die mit den entsprechenden Ringen (10, 13) in Antriebsverbindung stehen.
9. 9. Orbitalschweißkopf nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Motor die beiden Ringe (10, 13) über ein Getriebe antreibt.

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10. 10. Orbitalschweißkopf nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Backe und die eine Hälfte der Ringanordnung umfangsmäßig größer als die andere Backe mit der anderen Ringhälfte ausgebildet ist.
11. 11. Orbitalschweißkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringanordnung (11, 35) einen von einer Backe getragenen freien Leiter aufweist, der größer als der Halbring ist und mit Kollektorbürsten zusammenwirkt, die an diametral gegenüberliegenden Punkten auf der Ringanordnung angebracht sind.
12. 12. Orbitalschweißkopf nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen Zentrierungsmittel (36) aufweisen, die die Ringanordnung koaxial zu den zu verschweißenden Rohren (l) ausrichten.
13. 13· Orbitalschweißkopf nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweißbrennerelektrode (30) und eine Zusatzdrahtspule (3I) von einem abnehmbaren Einsteckteil (29) getragen werden, das mit der Ringanordnung verbindbar ist, und daß nach Einstecken des Teiles (29) der elektrische Anschluß der Elektrode und der Schleifringanordnung herstellbar ist.
14. 14. Orbitalschweißkopf nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (30) radial verstellbar angeordnet ist.

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