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HERSTELLUNGSVERFABREN FÜR GESCHWEIßTE ROHRE Die Erfindung bezieht
sich auf ein Herstellungsverfahren für geschweißte Rohre und kann sowohl für Rohre
mit Längsnaht als auch solche mit Spiralnaht, aber hauptsächlich für letztere, angewendet
werden.
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Das Herstellen von geschweißten Rohren besteht aus deren Formbildung
/durch Zusammenrollen eines flachen Rohlings/ und gleichzeitige automatische Lichtbogenschweißung
der stumpf zusammenstoßenden Kanten.
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Hierbei können infolge der unvermeidlichen Verformungen und Verschiebungen
der Schweißkanten in der Kristallisationszone des Schweißbadmetalls Risse und andere
Defokte in der Schweiß naht entstehen. Es wird, um die Wahrscheinlichkeit ihres
Entstehens zu vermindern, die Geschwindigkeit, mit welcher der
Prozeß
abläuft, vermindert. Die Analyse der bekannten Herstellungsverfahren für lichtbogengeschweißte
Rohre zeigt, daß zum Gewährleisten hoher Schweißnahtgüte und zum Erhöhen der Produktivität
es zweckmäßig ist, während des Zusammenrollens des flachen Rohlings die zu verbindenden
Kanten durch eine durchlaufende Heftnaht /technologische Naht/ miteinander zu verbinden.
Diese Naht wird später beim endgültigen Lichtbogenschweißen überschweißt /s. beispielsweise
den UdSSR-Urheberschein Nr. 182663, K1. 7b, 9/01/. Dieses Verfahren sieht beim spiralförmigen
Zusammenrollen des Rohrrohlings das Schweißen zuerst einer vorläufigen durchlaufenden
Haftnaht in der Zone, wo die Rohlingskanten zuerst zusammenfallen, und dann unter
Zersetzung um eine halbe Spiralensteigung das endgültige Schweißen der Innen~ und
der Außennaht / der Arbeitsnaa4hte/ vor.
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Hierbei wird die erste der endgultigen Nähte /der Arbeitsnähte/ auf
der Seite ausgeführt, die der vorläufigen Naht gegenüberliegt, während die endgültige
Naht /die Arbeitsnaht/, welche die vorläufige durchlaufende Heftnaht überschweißt,
als letzte ausgeführt wird.
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Da bei diesem Verfahren das endgültige Schweißen langes der zarten
ausgeführt wird, die zuvor durch die durchlaufende Haftnaht verbunden wurden, so
kann infolge von geringerer Rißbildungsgefahr die Geschwindigkeit erhöht und die
Produktivität des Prozesses gesteigert werden.
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Außerdem vermindert das Vorwärmen der Schweißkanten von
Spiralrohrrohlingen
durch Wärme, die auf die Kanten beim vorw läufigen Schweißen übertragen wird die
Gefahr der Porenbildung und des Entstehens von Sch@ackeneinschlüssen beim endgültigen
Schweißen und ermöglicht das rißfreie Schweißen von Stahl mit niedriger Schweißbarkeit.
Das erwähnte Verfahren garantiert hohe Schweißnahtgüte. Hierbei ist jedoch die Lichtbogenschweißgeschwindigkeit
begrenzt und beträgt 1...2 m/min in Abhängigkeit von der Rohrwandstärke und kann
nicht hohe Einbuße an Schweißverbindungsqualität vergrößert werden.
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Deshalb ist eine zweckmäßigere Variante des erwähnten Verfahrens
das Herstellen von geschweißten Rohren, wobei während der Formgebung der Rohre nur
das vor. läufige durchlaufende Lichtbogen-Heftschweißen ausgeführt wird, währenddas
endgültige Lichtbogenschweißen des Rohrs getrennt ausgeführt wird: Eine solche Trennung
der Arbeitsgänge beim Lichtbogenschweißen ermöglicht es, die Geschwindigkeit beim
Formgeben mit dem vorläufigen durchlaufenden Heftschweißen im Vergleich z der Geschwindigkeit
bei der Durchführung des endgültigen Schweißens zu erhohen. Dies wird ermöglicht
, da an die Qualität, mit der das vorläufige durchlaufende Heftschweißen ausgeführt
wird, geringere Anforderungen gestellt werden, weil die hierbei erzeugte Naht n.ur
zeitweilig vorhanden ist und beim endgdltigen Schweißen überschweißt wird. Auerdem
ist die Geschwindigkeit beim vorläufigen Schweißen praktisch nur in geringem Grad
von der Dicke der geschweißten Rohre abhängig, da die Durch
schweißtiefe
und Nahtbreite hierbei so gewählt werden, daß sie die Restspannungen aufnehmen können,
welche bei der Formbildung des Rohrrohlings entstehen.
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Bej dieser Variante des erwähnten Verfahrens kann die Geschwindigkeit
des durchlaufenden Heftschweißens und folglich auch die Geschwindigkeit des Formbildungsprozesses
bis auf einen bestimmten Grenzwert erhöht werden, bei dem normales Brennen des Lichtbogens
sowie das Formen einer Schweißnaht ohne Linbrandkerben, ungeschmolzene Stellen und
andere Defekte möglich sind.
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Zur Zeit beträgt beim Lichtbogenschweißen eine solche Geschwindigkeit
3...3,5 m/min. Eine weitere Erhöhung der Lichtbogenschweißgeschwindigkeit ruft Störungen
beim Lichtbogenprozeß und daS Entstehen von Defekten, die selbst beim vorläufigen
durchlaufenden Heftschweißen unzulässig sind, in der Schweißnaht hervor.
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Auf diese Weise begrenzen zur Zeit die bestehenden Lichtbogenschweißgeschwindigkeiten
die Formbildungsgeschwindigkeit des Rohrrohlings und die Produktivitat des ganzen
Prozesses0 Dagegen ermöglicht die komplizierte und teuere Ausrüstung, welche bei
der Formbildung von ohren aus flachen Rohlingen verwendet wird, den Prozeß mit Geschwindigkeiten
zu fuhren, die bedeutend die praktisch verwendeten Lichtbogenschweißgeschwindigkeiten
übersteigen.
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Bs ist das Ziel der Erfindung, die erwähnten ITachteile zu beseitigen.
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Der Erfindung liest die aufgabe zugrunde, ein Herstellungs verfahren
für geschweißte Rohre mit einer Heftschweißung zu schaffen, die die erhöhung ihrer
Geschwindigkeit und folglich auch der Produktivität des ganzen Rohrherstellungs
prozesses gewährleistet.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelost, daß beim Herstellen von
geschweißten Rohren vorzugsweise von Rohren mit Spiralnaht, w welches ein vorläufiges
Lichtbogen-lieftschweißen des Rohre während des Zusammenrollens des flachen Rohlings
und endgültiges Lichtbogenschweißen des Rohre vorsieht, erfindungsgemaß zum Ausführen
des Heftschweißens dem Schweißkopf eine Hin- und Her bewegung langes der auf S-toß
zu verbindenden Kanten des zusammengerollten Rohlings erteilt wird, wobei der Bewegung
des Schweißkopfs in Richtung der Rohlingsverschiebung mit einer Geschwindigkeit,
die gleich der Differenz zwischen der Rohlingszuführungsgeechwindigkeit und der
Schweißgeschwindigkeit ist, geschweißt wird.
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Das Wesen der vorgeschlagenen Erfindung besteht in folgendem.
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Da das Heftschweißen des Rohrs durch ein Hin- und Herverschiebung
des Schweißkopfes längs der auf Stoß zu verbindenden Rohlingekanten ausgrefRhrt
wird, wobei daß Heftschweißen durch einen Leergang unterbrochen wird, und da nur
beim arbeitsgang des Schweißkopfes mit einer Geschwindigkeit gleich der Differenz
zwischen der Rohrrohlingsverschiebungsgeschwindigkeit und der ii'rbeitsganggeschwindigkeib
des Schweißkopfes geschweißt wird, wird die auf diese Weise geschweißte Heftnaht
eine unterbrochene Naht, d. h. die geschweißten Absch:nitte wechseln mit nicht geschweißten
ab.
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die Lange eines geschweißten Abschnitts ist gleich dem Produkt aus
der Schweißgeschwindigkeit mal der zeitspanne eines Arbeitsgangs des Schweißkopfes.
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Da die vorläufige Heftnaht unterbrochen ausgefuhrt wird kann ohne
Erhöhen der Schweißgeschwindigkeit die Geschwindigkeit ihrer Ausführung am Rohr
erhöht werden. Unter Ausführungsgeschwindigkeit der Schweißung ist die Lunge der
Stoßverbindung des Rohrrohlings einschließlich der geschweißten und nicht geschweißten
Abschnitte, die in der Zeiteinheit ausgeführt wird.
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zu verstehen.
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sie Erhöhung der usftihrungsgeschwindigkeit der Heftschweißung ermoglicht
es, die Produktivität des ganzen Rohrherstellungsprozesses 2...3mal zu vergrößern.
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zum besseren Verständnis des Wesens der Erfindung sind der Beschreibung
Zeichnungen beigelegt, welche das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren von geschweißten
Rohren, wie es beim Fertigen von Ronren mit Spiralnaht und solchen mit Längsnaht
angewendet wird, erläutern; es zeigt Fig. 1 die Draufsicht auf die schematische
Anordnung beim Herstellungsprozeß von Rohren mit Spiralnaht und Fig. 2 die Seitenansicht
auf die schematische Anordnung beim Herstellen von Ronren mit Längsnaht.
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spiralrohre werden-aus dem flachen Rohling 1 /Fig. 1/ hergestellt,
der aus einem u einem Bund aufgewickelten Streifen oder aus in Längsrichtung auf
Stoß miteinander verbundenen
Blechen besteht Dieser Rohling 1 wird
mit einer bestimmten Ge-Schwindigkeit in die /auf der Zeichnung nicht abgebildete/
Maschine zur Rohrherstellung geführt; und spiralformig zum Rohr 2 zusammengerollt.
Hierbei stoßen die Kanten des zusammengerollten Rohlings stumpf zusammen und werden
längs einer Spirale mit einer Geschwindigkeit v1 unter dem Schweißkopf 3 verschoben,
welcher für die vorläufige Heftschweißung des Rohrs nach dem Lichtbogenverfahren
sorgt. Der Schweißkopf 3 führt während der Arbeit eine Hin- und Herbewegung längs
der auf Stoß zu verbindenden Kanten aus. Diese relative Bewegung in bezug auf die
unbewegliche ufhangung 5 wird durch den Antrieb 4 erzeugte Die Rin- und Herbewegung
des Schweißkopfes 3 erfolgt mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und zwar mit
einer Geschwindigkeit /v2/ beim Arbeitsgang und mit einer Geschwindigkeit /v2/ beim
Leergang. Hierbei wird nur beim Arbeitsgang des Schweißkopfes 2 mit der Differensgeschwindigkeit
v zwischen der Geschwindigkeit v1 des sich vorschiebenden Rohrrohlings und der Geschwindigkeit
v2 des Schweißkopfes beim Arbeitsgang geschweißt, die auf Grund der Formel v2 =
v1 - v gewählt sind. Praktisch kann eine Verschiebungsgeschwindigkeit v1 des Rohrrohlings
1 beim Heftschweißen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von bis 8...10 m/min bei
einer Schweißgeschwindigkeit von v = 3...4 ra/min angenommen werden.
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Am Ende des Arbeitsgangs wird der Schweißkopf umgesteuert und er
kehrt in die Ausgangsstellung zurück, indem er einen Beergang
mit
der Geschwindigkeit v2 ausführt, die üblicherweise großer als die Arbeitsgeschwindigkeit
v2 ist. Hierbei wird nicht geschweißt, da die relative Verschiebungsgeschwindigkeit
zwischen dem Schweißkopf, der sich beim Leergang mit der Geschwindigkeit v2 bewegt,
und dem Rohrrohling, der sich in entgegengesetzter Richtung mit der Geschwindigkeit
v1 bewegt, bedeutend großer als die ßchweißgeschwindigkeit v ist.
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Da der Prozeß beim Zusammenrollen des flachen Rohlings zu einem Rohr
ununterbrochen verläuft und mit einer Geschwindigkeit v1 > v durchgeführt wird,
während nur beim Arbeitsgang des Schweißkopfes, der mit dem Leergang wechselt, geschweißt
wird, wird eine unterbrochene geschweißte Heftnaht am Rohr erhalten.
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Auf der beiliegenden Zeichnung /Fig. 1/ ist die Anordnung des Schweißkopfes
3 zum Ausführen des vorläufigen IIeftschwei ßens auf der Außenseite des Rohrs dargestellt.
Bei seiner hnordnung innerhalb des Rohrs ändert; sich die Ausführung des vor läufigen
Heftschweißens nach dem erfindungsgemaßen Verfahren im Prinzip nicht. Die Wahl des
Platzes für die Anordnung des Schweißkopfes innerhalb oder außerhalb des Rohre hangt
hauptsachlich vom Rohrdurchmesser, den Schweißkopfaußenmaßen, dem Rohrformungsverfahren
und der Konstruktion der Formungsvorrichtung der Maschine ab. Dann wird das durch
eine vorläufige IIeftnaht geschweißte Rohr nach dem Plasma- oder Autogenschneidverfahren
zu Stücken erforderlicher Lange zerschnitten, die zu einer /auf der Zeichnung nicht
abgebildeten/ Anlage zum endgültigen Lichtbogenschweißen der Innen- und Außennaht
befördert werden.
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Diese Anlage besteht hauptsächlich aus feststehenden Schwelßköpfen
zum Herstellen der Innen- und der Außennaht sowie aus der Beforderungsvorrxchtung,
die dem zu schweigenden Rohr eine Dreh-und Vorwartsbewegung erteilt. Zum Ausführen
des endgültigen Schweißens wird das Rohr zunächst durch die Beförderungsvorrichtung
so gelegt, daß die Elektrode des Schweißkopfes-, der zuerst mit dem Schweißen beginnt,
mit dem Anfang des spiralförmigen stoßes der Schweißkanten zusammenfallt. Das Schweinen
beginnt gleichzeitig mit dem unfang der Dreh- und Vorwärtsarbeitsbewegung des Rohrs
und wird ununterbrochen an der ganzen Lange des spiralförmigen Stoßes entlang bis
zum Rohrende ausgeführt. Danach wird auf analoge Weise die Hauptnaht auf derRückseite
geschweißt.
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Die Reihenfolge beim Schweißen der Hauptnähte auf der Rohraußen-und
der Rohrinnenseite wird durch die Seite bestimmt, auf der die vorläufige Heftnaht
ausgeführt ist, da zur Sicherstellung der Qualität der Hauptnaht zuerst die naht
geschweißt werden soll, welche der Heftnaht gegenüberliegt.
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Das Wesen der Ausführung der vorläufigen Heftschweißung nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren unter Anpassung an die Herstellung von Rohren mit Längsnaht
unterscheidet sich nicht vom obenbeschriebenen. Der flache Ausgangsrohling 6 /Fig.
2/ besteht aus einem endlosen Streifen oder aus aufeinanderfolgenden Einzelblechen.
Er wird mit der Geschwindigkeit v1 in die /auf der Zeichnung nicht abgebildete/
formgebende Vorrichtung der Maschine zum Hers-telle solcher Rohre geführt.
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Während des Vorwärtsbewegens und Zusammenrollen des Rohlings nähern
sich dessen Kanten und bilden das Rohr 7 mit einer geraden Stoßverbindung längs
seiner ganzen Lange. Die auf Stoß verbundenen Wanten des Rohrs 7 gelangen unter
den Schweißkopf 3, der an der ieststehenden Aufhangung 5 so montiert ist, daß er
eine Hin-und jierbewegung längs des Stabes durch den Antrieb 4 mit der Arbeitsgangsgeschwindigkeit
v2 beziehungsweise der Leer-gangsgeschwindigkeit v21 erhalten kann, wobei v2 ebenfalls
auf Grund der Abhängigkeit v2 - v1 - v gewählt wird.
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Das Heftschweißen wird auch in diesem Falle nur beim Arbeitsgang
der Schweißmaschine ausgeführt, Daher ist die vorausgehende Heftnaht auch in diesem
Fall unterbrochen, da geschweißte abschnitte mit nicht geschweißten abwechseln.
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Das mittels einer Heftnaht geschweißte Rohr wird aut der erforderliche
Lange abgeschnitten und in die /auf der Zeichnungnicht abgebildete/ Anlage zum Schweißen
der Hauptnähte befördert, die ebenfalls hauptsächlichaus der Beförderungsvorrichtung,
welche dem Rohr beim Schweißen eine Bewegung längs seiner Achse erteilt, und den
Schweißkörpfen zum Ausführen der Innen-und Außenhauptnaht besteht. Die Hauptnähte
werden ununterbrochen in Form einer der ganzen Rohrlänge entlang durchlaufenden
Naht geschweißt. Hierbei wird zuerst die Hauptnaht auf der Seite ausgeführt, die
der zuvor hergestellten Heftnaht gegenüberliegt.
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Dann wird die auf die vorausgehende Heftnaht aufgelegte Naht geschweißt.
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Bei den betrachteten Beispielen, welche das Wesen des orfindungsgemäßen
Herstellungsverfahrens für geschweißte Rohre erläutern, ist die vorläufig geschweißte
Heftnaht unterbrochen.
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Wenn es jedoch erforderlich ist beispielsweise wenn dies durch die
fertigungstechnischen Forderungen bedingt wird, ermöglicht das erfindungsgemäße
Verfahren auch., die Rohrrohlinge mit einer vorläufigen durchlaufenden Naht zu schweißen.
Dies wird durch.
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den Einsatz vom zwei oder mehr Schweißköpfen erreicht, die hintereinander
angeordnet sind und einen zeitlich derartig zueinander versetzten Arbeitsgang haben,
daß beim Verschieben des Rohrrohlings die durch den ersten Schweißkopf nicht geschweißten
Abschnitte durch den zweiten oder die folgenden Schweißköpfe geschweißt werden.
Ilierbei.wird die Anzahl der Schweißköpfe durch das Verhältnis der Rohrrohlingsverschiebungsgeschwindigkeit
v1 zur Schweißgeschwindigkeit unter Inbetrachtnahme der Zeitverluste fur den Leergang
des Schweißkopfes bestimmt. Da sich die Arbeitsweise jedes Schweißkopfes in diesem
Falle nicht ändert, wird die durchlaufende Heftnaht ebenfalls mit der Verschiebungsgeschwindigkeit
v1 des Rohrrohlings erhalten.
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Das erfindungsgemaße Verfahren ist besonders wirtschaftlich beim
Herstellen von spiralrohren mit großem Durchmesser, da mit wachsendem Durchmesser
und größerer Wandstärke die Produktivität bei ihrer Herstellung in der Regel geringer
wird. In Verbindung hiermit ist es wirtschaftlich vorteilhaft, auf den Maschinen
bestehender Typen nur die Rohre bei erhohter Geschwindigkeit zu
formen
und die vorläufige unterbrochene Heftnaht zu schweißen, aber das Schweißen der Rohrhauptnaht
in getrennten einfachen Anlagen auszuftihren, deren Anzahl auf Grund der Bedingung
zu wahlen ist, daß eine Produktivität sichergestellt wird, die gleich der Produktivität
beim Formen und Heftschweißen ist.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht es in diesem
Fall, bedeutend die Produktivität der komplizierten und teueren Formgebungsausrtistung
und der bestehenden Elaschinen zum Herstellen von Spiralrohren zu erhöhen und bedeutende
Kosteneinsparung durch Verminderung der Anzahl an Formgebungsmaschinen in den Rohrschweißwerken
zu erzielen-.
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Dieser 1vutzeffekb wird offensichtlich, wenn-die dank dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhaltene Verschiebungsgeschwindig keit des Rohrs und die eftschweißgeschwindigkeit,
welche im Bereich von 8...10 m/min liegt, mit der Heftschweißgeschwindigkeit nach
den bekannten Verfahren, welche in Bereich von 3...4 m/min liegt, verglichen werden.
Hierbei wächst die Produktivitat des Prozesses beim Herstellen von geschweißten
Rohren im ganzen ungefahr auf das Doppelte.