DE2201215B2

DE2201215B2 - Verfahren zum verschweissen eines rohrs mit einer rohrplatte

Info

Publication number: DE2201215B2
Application number: DE19722201215
Authority: DE
Inventors: Eric Sheffield Charlesworth (Großbritannien)
Original assignee: Robert Jenkins & Company Ltd., Rotherham (Großbritannien)
Priority date: 1971-01-12
Filing date: 1972-01-12
Publication date: 1976-07-01
Also published as: IT946457B; FR2121757A1; GB1372057A; US3769489A; DE2201215A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, wie es aus dem Welding Journal vom Juli 1960, S. 704 ff., insbesondere S. 705, Fig. 3/1 bekannt ist, zum Verbinden eines in einem Loch einer Rohrplatte angeordneten, aufgebohrten Endes eines Rohres mit dieser Rohrplatte durch eine mit nicht abschmelzender Elektrode lichtbogengeschweißte Rundnaht.

Bei diesem bekannten Veriahren kann, weil das in die Rohrplatte eingeführte Rohrende dort konisch ausgeführt ist, nicht gewährleistet werden, daß während des Schweißvorganges von dem übrigen sich verstärkenden und weniger erhitzten Rohrquerschnitt genügend schnell eine ausreichende Menge Rohrmaterial nachfließt, so daß zwischen den zu verbindenden Teilen Inhomogenitäten, z. B. in Form von Spalten oder Risten, auftreten können, die leicht Ausgangspunkt für eine Korrosionsbildung sein können.

Desweiteren ist es mit diesem Verfahren nicht möglich. Rohre in bereits verzogene Rohrplatten einzutchweißen, wie dies bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in F i g. 5 dargestellt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe ein Rohr und eine Rohrplatte derart miteinander verschweißt werden können, daß zwitchen den verschweißten Teilen keine Risse oder Inhomogenitäten auftreten und zu erreichen, daß die Ver- »chweißung auch dann einfach und schnell vollzogen werden kann, wenn das Einschweißen eines Rohres in eine bereits verzogene Rohrplatte erfolgt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rohrendes zur Reduzierung seiner Wanddicke zylindrisch tufgebohrt wird, ehe es oder nachdem es in das Loch der Rohrplatte eingeführt worden ;st.

Vorzugsweise wird dabei die Wanddicke des Rohrendes auf etwa '/<i bis ⁱU seiner ursprünglichen Wanddicke reduziert. <x>

Vorteilhafterweise wird das Rohrende vor dem Einführen in das Loch teilweise und danach endgültig zylindrisch aufgebohrt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden nä- *>5 her beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein in ein Loch einer Rohrplatte eingeführtes Rohr im Schnitt

F i e 2 das in das Loch der Rohrplatte eingeführte Rohr gemäß Fig. 1. wobei das Rohr aufgebohrt ist,

F i g 3 eine Ansicht gemäß F i g. 2 mit einer nicht abschmelzenden Elektrode innerhalb des Rohres vor der Verschweißung,

F i g 4 die Ausbildung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Verschweißung,

F i g. 5 eine konstruktiv ähnliche Anordnung gemäß F i g 2, wobei die Achse des Rohres und des Loches nicht ineinander fluchten,

F i g 6 eine der F i g. 3 ähnliche Darstellung, wobei das Rohr durch das Loch in der Rohrplatte geführt ist, wobei das Rohr von der Außenseite her mit der Platte verschweißt werden soll,

F i g 7 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß F i g. 6 erreichte Verschweißung.

In F i g. 1 ist ein Rohr 10 dargestellt, das in ein Loch 12 einer Rohrplatte 14 eingeführt worden ist, ehe eine spanabhebende Bearbeitung und eine anschließende sogenannte Bohrlochverschweißung erfolgt ist. Auf die Tiefe mit der das Rohr 10 in das Loch 12 eingeführt ist. muß hierbei nicht genau geachtet werden. Normale Schwankungen in der Eindringtiefe des Rohres 10, bei spielsweise als Folge eines Verziehens der Rohrplatte. können ohne weiteres toleriert werden.

In F i g. 2 ist die Form des Rohrendes nach der span abhebenden Bearbeitung gezeigt. Das Rohrende ist bei 16 aufgebohrt worden, so daß die Wanddicke des Rohres an seinem Ende etwa '/3 der Wanddicke des Rohres in einer Ebene ist, in der die Oberfläche 18 der Rohrplatte liegt. Die Aufbohrung ist zylindrisch und hat einen flachen Boden, so daß ein plötzlicher Übergang von einer Wanddicke zur anderen stattfindet. Es kann ein Aufbohren des Endes des Rohres oder ein abschließendes Aufbohren in einem teilweise aufgebohrten Ende des Rohres vorgesehen sein.

F i g. 3 zeigt die Anordnung einer nicht abschmelzenden Elektrode 20 in dem aufgebohrten Ende des Rohres vor der Durchführung der Schweißung. Die Elektrode 20 sitzt derart an einem Ende eines rotierbar gelagerten Halters 22, daß mit dem Drehen des Halters die Elektrode innerhalb des aufgebohrten Endes des Rohres herumwandert. Der zwischen der Elektrode und dem Rohr entstehende Lichtbogen erzeugt eine intensive Hitze, so daß örtlich die Wand des Rohres und der angrenzende Bereich der Rohrplatte zum Schmelzen gebracht wird, wodurch die beiden Teile miteinander verschweißt werden. Der Bereich, in dem das Metall geschmolzen ist, ist in der F i g. 3 durch eine enge Schraffur verdeutlicht.

In F i g. 4 ist die erwünschte Form einer Verschweißung dargestellt, die man durch das erfindungsgemäße Verfahren beim Bohrlochschweißen erreicht. Die Verschweißung ist bis zur Rückseile der Rohrplatte vorgedrungen, so daß sich zwischen dem Rohr und der Rohrplatte kein Spalt befindet. Die Form der endgültigen Verschweißung an der Bohrung des Rohrs entsteht durch die Oberflächenspannung, während das »Füll«- Metall noch geschmolzen ist. Ferner hängt die endgültige Verschweißung von der Menge an »Füll«-Metall ab. d. h. von der Größe des Schmelzkraters während des Schmelzens. Zweckmäßigerweise wird dieser Schmelzkrater so klein wie möglich gehalten, was mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in hervorragender Weise erreicht werden kann. Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, nähert sich die Form des Rohrendes als Folge der Spangebung, die vor dem Schweißen erfolgt ist, etwa der Form der fertigen Verschweißung an. Diese

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Tatsache trägt zur Verringerung der Menge an geschmolzenem »Fü!l«-Material bei.

Wie ferner zu ersehen ist, entsteht durch die spanab hebende Bearbeitung ein schmaler Bereich längs der Linie X-X in Fig.3. Diese Tatsacht: stellt das Durchdringen der Verschweißung bis zur Rückseite der Rohrplatte sicher, wie das in F i g. 4 gezeigt ist.

Durch die Anordnung der Elektrode innerhalb des aufgebohrten Endes des Rohres wird eine Stabilisierung der Richtung, in der der Lichtbogen zwischen der in Elektrode und dem Rohr überspringt, erreicht. Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt worden, daß der Lichtbogen nicht so leicht in Richtung auf die Hauptmasse des Metalls in der Rohrplatte abgelenkt wird, wie dies bisher beim Bohrlochschweißen ι <; der Fall gewesen ist. Das wird selbst dann erreicht, wenn das Gesamtmaß, um das das Rohr in das Loch in der Rohrplatte eingeführt worden ist, einschließlich der Länge der relativ dünnwandigen Pai Je des Rohres um einen Betrag schwankt, der bei einem flach abgeschnit- ic, tenen Rohr zu einer erheblichen Lichtbogenverlagerung und zu einem nicht zufriedenstellenden Schweißen führt.

Gemäß der F i g. 5 liegt ein weiterer Vorteil darin, daß hier bei verzogener Rohrplatte, bei der das Ende i·- des Rohres nicht mit der Bohrung fluchtet, durch die spanabhebende Bearbeitung eine weitgehende Kornpensa'ion erfolgt. Dies ist in F i g. 5 stark übertrieben dargestellt, so daß das Rohr im oberen Teil merklich weiter als im unteren Teil in das Loch gefühlt ist. Eine y> Bearbeitung, die von der Vorderseite der Rohrplatte ausgeführt wird, gleicht dies aus, da das Schneidwerkzeug in das Ende des Rohres genau im rechten Winkel zur Vorderseite der Rohrplatte eingeführt wird, so daß der einzige Unterschied in dem Maß liegt, um das sich .^ das Rohr in die Rohrplatte erstreckt. Dieser Unter schied hat nachgewiesenermaßen keinen Einfluß auf die Lage des Lichtbogens, der zwischen der Elektrode und dem Rohr entsteht.

Ein Verziehen tritt bei flach abgeschnittenen Rohren häufig beim Schweißen auf, da die beim Einschweißen der Rohre entstehende Wärme die Rohrplatte progres siv weiter verzieht.

In F i g. 6 und 7 ist das Arbeiten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Anschweißen der Rohre an 45, die Außenleite der Platte dargestell!. Fig.6 zeigt ein ganz in das Loch der Rohrplatte versenktes Rohr, des sen Ende mit der Außenseite 24 der Platte fluchtet. Das Ende des Rohres ist aufgebohrt, im wesentlichen wie das in F i g. 2 dargestellte Rohr, und auch hier liegt die Wanddicke des Rohres an seinem Ende wioder im Bereich von etwa '/3 der ursprünglichen Wanddicke.

Das Aufbohren kann vor oder nach dem Anordnen des Rohres in der Rohrplatte erfolgen. Wenn es jedoch schon am gegenüberliegenden Ende in eine erste Rohrplatte eingeschweißt worden ist und die in F i g. 6 und 7 gezeigten Arbeitsgänge des Einschweißens des Rohres in eine zweite Rohrplatte betreffen, wird vorzugsweise das betreffende Ende des Rohres an Ort und Stelle in der zweiten Rohrplatte aufgebohrt, so daß die Tiefe der Aufbohrung von der Außenseite der Platte genau bestimmt werden kann. Ein Verziehen der Rohrplatten kann dazu führen, daß das Ende des Rohres in einer Ebene liegt, die gegenüber der Außenseite der Rohrplatte versetzt ist, jedoch ist die Position, bis zu der sich der relativ dünnwandige Teil des Rohres erstreckt, nicht gefährlich.

F i g. 7 zeigt die erwünschte Form einer Verschweißung, die durch Arbeiten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Anschweißen des Rohres an der Außenseite der Rohrplatte entsteht. Der sich durch das Schweißen bildende Schmelzkrater erstarrt als Folge der Oberflächenspannung in einer sich erweiternden Form am Ende des Rohres. Der Bereich des geschmolzenen Metalls ist durch die enge Schraffur dargestellt. Diese Größe und die allgemeine Form des Schweißkraters führt zu einer außerordentlich vorteilhaft ausgebildeten Schweißnaht.

Die verschiedensten Abwandlungen sind möglich, und es versteht sich, daß bei der Anwendung der Erfindung für die Herstellung eines Wärmetauschers ein Ende jedes Rohres in eine Position in einer ersten Rohrplatte mittels eines herkömmlichen Schweißverfahrens eingeschweißt werden kann, ohne daß dieses Ende des Rohres aufgebohrt wird, da erst beim Anschweißen des Rohres an der zweiten Rohrplatte die erwähnten Schwierigkeiten entstehen.

Andererseits kann natürlich auch zunächst das in Frage stehende Ende jedes Rohres aufgebohrt werden, ehe es in ein Loch in der ersten Rohrplatte eingesetzt wird. Es ist ferner möglich, daß die Enden der Rohre teilweise aufgebohrt sein können, ehe die Rohre in die Rohrplatten eingeführt werden. Die Rohre können mit einer geringeren Tiefe und möglicherweise auf einem kleineren Durchmesser aufgebohrt werden.

Üblicherweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine in der Hand gehaltene Vorrichtung verwendet, um das teilweise bzw. endgültige Aufbohren der Rohre an Ort und Stelle in den Rohrplatten vorzunehmen. Es ist festgestellt worden, daß es sich dabei um eine Arbeit handelt, die ohne Schwierigkeiten vorgenommen werden kann, weil lediglich die Entfernung einer kleinen Metallmenge erforderlich ist.

Hierzu 2 BhUt Zeichnungen

Claims

22 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden eines in einem Loch einer Rohrplatte angeordneten, aufgebohrten Endes eines Rohres mit dieser Rohrplatte durch eine mit nicht abschmelzender Elektrode lichtbogengeschweißte Rundnaht, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende zur Reduzierung seiner Wanddicke zylindrisch aufgebohrt wird, ehe ι ο es oder nachdem es in das Loch (12) der Rohrplatte (11) eingeführt worden ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Rohrendes auf etwa 'Λ bis ³Za seiner ursprünglichen Wanddicke reduziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrende vor dem Hinführen in das Loch (12) teilweise und danach endgültig zylindrisch aufgebohrt wird.