DE2127663B2

DE2127663B2 - Reibschweissverfahren sowie vorrichtung zu seiner durchfuehrung

Info

Publication number: DE2127663B2
Application number: DE19712127663
Authority: DE
Inventors: Laurent Saint Cloud Paolini (Frankreich)
Original assignee: Naphtachimie SA
Current assignee: Naphtachimie SA
Priority date: 1970-06-05
Filing date: 1971-06-03
Publication date: 1977-02-17
Also published as: FR2109036A5; GB1322815A; DE2127663A1; US3745641A

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibschweißverfahren, bei dem ein zwischen den Stirnflächen zweier zu verschweißender Elemente aus Metall oder thermoplastischem Werkstoff axial beweglich angeordnetes Zwischenstück gedreht wird, während die Elemente gegen das Zwischenstück gedrückt werden. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des geschilderten Verfahrens mit einem Rahmen, an dem Klauen zum Halten der beiden zu verbindenden Elemente, eine zwischen den Klauen wirksame Kolben-Zylindereinheit zum Bewegen der beiden Elemente aufeinander zu sowie eine Halterung und ein Drehantrieb für das zwischen den zu verbindenden Elementen anzuordnende Zwischenstück angebracht sind.

Bei einem bekannten Verfahren (DT-PS 12 53 021) der eingangs beschriebenen Gattung wird zwischen zwei zu verbindenden Rohren ein Zwischenstück derart angeordnet, daß seine beiden Stirnflächen jeweils in Anlage an einer Stirnfläche eines Rohres sind. Das Zwischenstück wird in Drehung versetzt, wobei die Rohre mittels einer Kolben-Zylindereinheit in verstärkte Anlage an das Zwischenstück gepreßt werden. Wenn die Stirnflächen durch die dabei auftretende Reibung zum Verschweißen ausreichend erwärmt sind, wird die Drehung des Zwischenstücks angehalten, so daß die Stirnflächen miteinander verschweißen und die Rohre über das Zwischenstück miteinander verbunden sind. Bei diesem bekannten Reibschweißverfahren führt die Verwendung ungleicher Rohre zu Schwierigkeiten, da die Verbindungsstelle zwischen dem einen Rohr und dem Zwischenstück dann möglicherweise zu hoch und die Verbindungsstelle zwischen dem anderen Rohr und dem Zwischenstück möglicherweise zu niedrig erhitzt wird, um eine einwandfreie Verschweißung zu bewirken. Auch wird sich das Zwischenstück zu derjenigen Schweißstelle hin bewegen, an der die höhere Temperatur herrscht und infolgedessen der Werkstoff eher zu fließen beginnt An dieser Schweißstelle wird infolgedessen ein unnötig dicker Schweißwulst entstehen, ehe an der anderen Schweißstelle die erforderliche Schweißtemperatur erreicht wird. An der zuerst erhitzten Schweißstelle kann eine übermäßige Werkstoffverdrängung ins Rohrinnere stattfinden, so daß der freie Durchlaßquerschnitt unzulässig verringert ist. Auch bei der Verwendung gleicher Rohre ist nicht gewährleistet, daß die erzielten Anlagedrucke beider Rohre an dem Verbindungsstück gleich groß sind, da beispielsweise Jas mit einer Rohrleitung bereits verschweißte Rohr Kräfte aufnehmen kann, die für seine Anlagekraft am Zwischenstück verloren gehen.

Aus der FR-PS 15 69 737 ist ein Reibschweißverfahren bekannt, bei dem zwei Elemente, beispielsweise Rohre, miteinander verschweißt werden, indem eines von beiden gedreht wird und der Anpreßdruck, mit dem die beiden Elemente aufeinandergepreßt werden, in Abhängigkeit von der Temperatur der Anlagefläche geregelt wird. Bei diesem Verfahren werden somit zwei Elemente ohne die Anordnung eines Zwischenstücks zwischen ihnen verschweißt, so daß sich das Verfahren beispielsweise zum Verschweißen von langen Rohren zu einer Leitung nicht eignet, da dort die Rohre selbst ohne Drehung bleiben müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reibschweißverfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß beidseitig des Zwischenstücks Verschweißungen einwandfreier Beschaffenheit entstehen. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen.

Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar auf das Zwischenstück eine zusätzliche, aufgrund vergleichender Messungen an den oeiden Schweißstellen gesteuerte axiale Kraft aufgebracht wird.

In Weiterbildung des eingangs geschilderten Verfahrens wird somit erfindungsgemäß zusätzlich die Lage des Zwischenstücks relativ zu den zu verschweißenden Elementen gesteuert. Wenn zwischen den beiden Verschweißungen an den Enden des Zwischenstücks eine Unsymmetrie, beispielsweise hinsichtlich der Temperatur oder des Fließens des Materials festgestellt wird, wird das Zwischenstück derart verschoben, daß an seinen beiden Seiten gleich gute Schweißbedingungen herrschen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit auch Elemente verschiedener Abmessungen, beispielsweise Rohre unterschiedlichen Durchmessers über ein entsprechend geformtes Zwischenstück einwandfrei und dicht miteinander verbunden werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit besonders gut zur Herstellung von Gas- oder Flüssigkeitsleitungen.

Der die Vorrichtung betreffende Teil der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Rahmen ein Antrieb zum Verschieben des Zwischenstücks in Richtung auf das eine oder das andere der zu

verbindenden Elemente angebracht ist

Mit Vorteil ist für den Antrieb eine Steuerschaltung vorgesehen, die über Meßgeräte auf die Temperatur der Verbindungsstelle und/oder das Fließen des Materials an den Verbindungsstellen ansprich L

Eine besonders zum Verschweißen langer Rohrstücke über das drehangetriebene Zwischenstück geeignete Ausführungsform der Vorrichtung zeichnet sich durch einen Antriebswagen, der den Rahmen trägt, und einen Stützwagen zum Abstützen eines der zu verbindenden Elemente aus.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Rohrleitungen mit großem Durchmesser, beispielsweise Ölleitungen, Gasleitungen oder industrielle oder kommunale Rohrleitungen. Die zu verbindenden Rohre können beispielsweise aus Eisen, Kupfer, Aluminium oder einer Legierung der genannten Metalle sowie aus Kunststoff, wie Polyäthylen oder Polyvinylchlorid bestehen. Es können Rohrstöcke aus unterschiedlichen Materialien über das Zwischenstück miteinander verschweißt werden. Vorteilhafterweise bestehen jedoch das Zwischenstück und beide benachbarten Rohrstücke aus dem gleichen Werkstoff. Das Zwischenstück kann ein kurzes Rohrstück sein, dessen Stirnflächen mit den benachbarten Stirnflächen der Rohrstücke zusammenpassen; es kann auch zwei Kragen aufweisen, die mittels Bolzen miteinander verbunden sind. Im letzteren Fall ist das Rohrstück und damit auch die mit seiner Hilfe hergestellte Rohrleitung auseinandernehmbar.

Das Zwischenstück wird zum Verschweißen um eine Achse gedreht, die beim Verbinden miteinander fluchtender Rohre mit der Achse dieser Rohre zusammenfällt. Die Drehung des Zwischenstücks kann kontinuierlich oder alternierend erfolgen.

Wichtig ist, daß die miteinander zu verbindenden Elemente allmählich einander angenähert werden, damit das Material an den zu verschweißenden Oberflächen nicht einreißt und der Energieverbrauch für die Verschweißung möglichst gering ist. Bei einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird daher das Zwischenstück zunächst auf seine normale Drehgeschwindigkeit gebracht und es werden dann erst die zu verbindenden Elemente mit dem Zwischenstück zusammengebracht.

Es können auch in einem Winkel zueinanderliegende Rohre miteinander verbunden werden. Die zu verbindenden Stirnflächen der Rohre, die zueinander parallel liegen müssen, sind dann elliptisch geformt. Der Innendurchmesser des Zwischenstücks ist höchstens so groß wie der Innendurchmesser der Rohre, während der Außendurchmesser des Zwischenstücks dem der Hauptachse der von den Stirnflächen der Rohre gebildeten Ellipse entspricht. Auf diese Weise kann das Zwischenstück zwischen den zu verbindenden Stirnflächen gedreht werden, wobei an allen Punkten zwischen den miteinander zu verbindenden Stirnflächen der Rohre und des Zwischenstücks Berührung beibehalten wird.
. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch ein Rohr an einem festen Flansch, einem Ventil oder einer T-förmigen Leitung befestigt werden.

Die mit dem erfindungsgemäßen Reibschweißverfahren hergestellten Schweißnähte weisen gleichbleibend gute Qualität auf und sind längs einer aus gleichen Rohren und Zwischenstücken hergestellten Leitung identisch, so daß nicht jede Schweißnaht geprüft zu werden braucht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Verbinden zweier Rohre mit einem Antriebswagen und einem Stützwagen und

F i g. 2 einen Schnitt durch den auf dem Antriebswagen befindlichen Teil der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Gesamtvorrichtung zum Verbinden rohrförmiger Elemente einen Antriebswagen 1, der ein Element 2 trägt, welches bereits mit dem schon fertigen Teil einer Leitung verbunden ist, sowie ein Element 3, welches angeschweißt werden soll, und ein rohrförmiges Zwischenstück 4. Das Element 3 wird zusätzlich von einem Stützwagen 5 abgestützt, der mit dem Antriebswagen 3 über eine Stange 6 verbunden ist. Der Stützwagen 5, der eine hier nicht gezeigte Steuerung umfaßt, dient lediglich dazu, das Element 3 ausgerichtet zu halten.

Der im einzelnen in Fig. 2 gezeigte Antriebswagen umfaßt eine Anordnung 7 aus Rädern und einer Raupenkette, die ein Verschieben des Wagens ermöglicht, sowie eine auf einem Drehzapfen 8 angebrachte mechanische Vorrichtung. Diese mechanische Vorrichtung weist eine Anordnung zum Einklemmen oder Festhalten der Elemente 2 und 3 auf. was schemalisch durch die Klauen 9 und 10 angedeutet ist. Der auf die zu verschweißenden Flächen aufzubringende Druck wird von einem Druckkolben 11 geliefert, der an die Klauen 9 und 10 angeschlossen ist. Ein Drehzapfen 12 ermöglicht eine Relativbewegung der Klauen 9 und 10 zueinander.

Am Zwischenstück 4 ist mittels Klauen 13 ein Antriebsring 14 befestigt, der zwei Riemenscheiben 15 und 16 aufweist, welche an Riemen 17 bzw. 18 abrollen. die an einem mit den Klauen 9 und 10 starr verbundenen Rahmen 19 befestigt sind. Auf diese Weise wird das Zwischenstück 4 mit der Achse der rohrförmigen Elemente 2 und 3 ausgerichtet gehallen. Das Zwischenstück 4 wird über den Antriebsring 14 mittels eines hier nicht gezeigten Motors und einer Antriebsanordnung gedreht.

Eine differentiate Axialkraft kann auf das Zwischenstück 4 mittels eines Antriebs 20 in Form eines Arbeitszylinders aufgebracht werden, der einerseits mit der Klaue 9 und andererseits mit dem Antriebsring 14 verbunden ist

Das Verbinden der rohrförmigen Bauelemente mittels der oben beschriebenen Vorrichtung erfolgt in folgender Weise:

Das Ende des rohrförmigen Elements 2, das bereits verbunden ist, wird ebenso wie das Zwischenstück 4 am Antriebswagen 1 befestigt.

Ein Ende des Elements 3 wird gleichfalls mit dem Antriebswagen 1 in Eingriff gebracht, während das andere Ende desselben vom Stützwagen 5 abgestützt wird. Wenn die Elemente 2 und 3 durch die Klauen 9 und 10 blockiert gehalten werden, wird das Zwischenstück 4 in Umdrehung versetzt und dann werden die zu verbindenden Teile mittels einer vom Druckkolben 11 gelieferten Kraft angenähert, bis die miteinander zu verbindenden Oberflächen sich durch Reibung erweichen. Während seiner Umdrehung wird die Lage des Zwischenstücks 4 kontinuierlich mit Hilfe des Antriebs 20 eingestellt, um gleiche Schweißbedingungen an beiden Enden des Zwischenstücks 4 zu erzielen. Die Umdrehung des Zwischenstücks 4 wird dann angehalten, während der Druck mittels des Druckkolbens 11 beibehalten wird, bis sich die Schweißstellen an beiden Seiten des Zwischenstücks 4 verfestigt haben.

Die oben genannten Arbeitsschritte werden mittels einer Steuervorrichtung gesteuert, welche Informationen von zwei Meßgeräten, die zum Messen des Fließens von Metallen verwendet werden und hier die Geschwindigkeit des Fließens des Metalls in den Schweißbereichen messen, sowie von zwei optischen Pyrometern erhalten, welche die Temperaturen in den Schweißbereichen messen. Die Meßinstrumente sind mit der Steuervorrichtung über eine Verdrahtung mit Wheatstone-Brücke verbunden, die der Steuervorrichtung die physikalischen Daten, paarweise verglichen, übermittelt. Anhand dieser Daten bestimmt die Steuervorrichtung ständig die dem Zwischenstück 4 zu gebende Lage gegenüber den Elementen 2 und 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Reibschweißverfahren, bei dem ein zwischen den Stirnflächen zweier zu verschweißender Elemente aus Metall oder thermoplastischem Werkstoff axial beweglich angeordnetes Zwischenstück gedreht wird, während die Elemente gegen das Zwischenstück gedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar auf das Zwischenstück eine zusätzliche, aufgrund vergleichender Messungen an den beiden Schweißstellen gesteuerte, axiale Kraft aufgebracht wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Rahmen, an dem Klauen zum Halten der beiden zu verbindenden Elemente, eine zwischen den Klauen wirksame Kolben-Zylindereinheit zum Bewegen der beiden Elemente aufeinander zu sowie eine Halterung und ein Drehantrieb für das zwischen den zu verbindenden Elementen anzuordnende Zwischenstück angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Rahmen (19) ein Antrieb (20) zum Verschieben des Zwischenstücks (4) in Richtung auf das eine oder das andere der zu verbindenden Elemente (2, 3) angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb (20) eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die über Meßgeräte auf die Temperatur der Verbindungsstellen und/oder das Fließen des Materials an den Verbindungsstellen anspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Antriebswagen (1), der den Rahmen (19) trägt, und einen Stützwagen (5) zum Abstützen eines der zu verbindenden Elemente (3).