DE2334028A1 - Verfahren und schweissmaschine zum automatischen anschweissen von mindestens einem uebersteckflansch an ein rohr - Google Patents

Description

2334023

MESSER GRIESHEIM GM3H MG

6OOQ Frankfurt/Main

Kennwort: Rohrsahweißanlage Bayer
Erfinder: Frank, Meyer, Stieniczka

Verfahren und Schweißmaschine zum aιitornatisohen Anschweißen von mindestens einem Übersteckflansoh an ein Rohr

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schweißmaschine zum automatischen Anschweißen von mindestens einem Übersteckflansch an ein Rohr mit mindestens eintrn Schweißbrenner.

Es ist bekannt, öbersteckflansche mit einem Rohr zu verbinden, indem der Flansch über das Rohr geschoben wird und daß anschließend beide Seiten des Flanschen mit der Rohrmantelfläche mit einem Hands chv.'e !^verfahren verbunden werden. Von Nachteil dabei ist der hohe Zeitaufwand zur Herstellung der Schweißverbindung, da es vor dem eigentlichen Zusammenschv/eissen (Rundnahtherstellung) erforderlich ist, Flansch und Rohr über Keftschweißpunkte miteinander zu verbinden. Dieses Heften muß jedoch so ausgeführt werden, daß nach dem Heftvorgang Flansch und Rohr rechtwinklig miteinander verbunden sind, Flansch unc Rohrs2/-mmetrieachse in einer Flucht liegen - also zusammenfallen - , bei zwei beidseitig an ein Rohr angehefteten Flanschen die Flanschbefesti^ungslöcher der Flansche exakt gegenüber liegen, die Heftschv/eißpunkte die beim nachfolgenden Zusammenschweißen auftretenden Schv/eißspannungen aufnehmen und die Heftsahweißpunkte überochweißbar sind, ohne daß die Güte der Schweißnaht beeinfluSt wird. Hinzu kommt, daß beim Hefter, derauf geachtet v/erden mu3, drß der sich auf Grund der Toleranzen von.Flanschinnendurchmesser und Rohraußendurchrnesser ergebende Schweißspalt rund um das Rohr in etwa gleiche KaGe auiv/eist. Dies ist im Hinblick auf riz-s naohfolcenäe

409884/0735

Schweißverfahren erforderlich, da zu große Differenzen des Schweißspaltes (beispielsweise auf der einen Rohrmantelseite Schweißspalte etwa Omm, auf der gegenüberliegenden Seite dagegen 2nm), die Durchführung der Schweißung verkomplizieren und darüberhinaus die Güte der Schweißnaht ungünstig beeinflussen.

Diese Forderungen zeigen, da3 neben den dadurch entstehenden hohen Herstellzeiten diese Handsehv.-eißung nur von ausgebildeten Schweissern vorgenommen werden kann, wodurch die Herstellung derartiger E¹I ans ch-Rohrverb indungen erhebliche Kosten verursacht.

Hinzu kommt, daß bei der Handschweißun^ Schweißfehler insbesondere beim Heften, trotz ausgebildeten Personals nicht auszuschließen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, durch welche Übersteckflansche und Rohr ohne einen Heftvorgang in kürzester Zeit zusammengeschweißt werden können und wobei ferner die Schweißnahtqualität unabhängig von der Qualifikation des Schwei3ers ist.

Die Erfindung besteht darin, daß der Flansch mittels einer in die Flanschbohrung eingreifenden Flanschzentriervorrichtung erfaßt, in die Schweißposition bewegt und in dieser mittels einer Flanschspannvorrichtung festgespannt wird, daß danach das Rohr mittels einer am Rohr&ußenraantel angreifenden Rohrzentriervorrichtung in der Schweißposition zentriert, festgespannt und vorzugsweise in den Flansch eingeschoben wird, daß anschließend die Schweißbrenner in die Schweißstellung bewegt werden und die Schweißung unter Drehung von Flansch und Rohr vorgenommen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft eine wesentliohe Absenkung der Herstellungszelt erreicht, so daß nunmehr eine Flar-schrohrverbindunF in kurzer Zeit (beispielsweise

409884/0735 - 3 -

Flanschrohrverbindung der Nennweite 70 mm - Herstellungszeit ca 1 Minute) herstellbar ist. Dies bedeutet einerseits eine erhebliche Reduzierung der Gesamtherstellkosten pro Flansch/ Rohrverbindung und andererseits kann dadurch der immer stärker werdende Facharbeitermangel auf dem Rohrsektor kompensiert werden. Die Absenkung der Herstellungszeit ist insbe- . sondere dadurch bedingt, daß ein Heften von Flansch und Rohr vor dem eigentlichen Schweißvorgang vorteilhaft nicht mehr erforderlich ist. Weiterhin ist von Vorteil, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem der Flansch innen und das Rohr außen innerhalb der Schweißposition gespannt und zentriert werden, stets gewährleistet ist, daß der Spalt zwischen dem Übex"-steckflansch und dem Rohr rundum einen konstanten Wert aufweist. Es wird dadurch vorteilhaft möglich, die nach dem Zentrier und Spannen vorzunehmende NahtschweiSung zu beiden Seiten des Übersteckflansches mit einer optimalen Schwei3geschwindigkeit auszuführen. Darüberhinaus ist durch diesen gleichmäßigen Spalt gewährleistet, daß der Einbrand der Schweißnaht rundum das Rohr nahezu konstant ist und damit die ausgeführte SchweiSung optimale Gütev;erte aufweist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Rohr soweit in den Flansch vorgeschoben wird bis die Rohrstirnfläche an einer Anschlagfläche der Flanschzentrie: vorrichtung anliegt. Dadurch wird stets eine exakte Positionierung von Übersteckflansch und Rohr erreicht. Es ist dadurch m'üglich gevorden, daß die Stirnfläche des Ubersteokflansches um ein vorbestimmtes Maß gegenüber der Rohrstirnflache vorversetzt ist und somit die sich hieraus ergebnede Kehlnahtvorbereitung für die Rohr-Innennaht stets die gleichen Abmessungen aufweist.

Gemäß einem v/eiteren Vorschlag der Erf indung v.'ird nach dem Einschieben des Rohres in den Flansch die Flenschzentriervorrichtung wieder in die Ausgangsstellung bewegt. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die nachfolgende Schv/eiSung von besonderem Vorteil, da der Schweißbrenner in den durch die Flanschzentriervorrichtung freigerr.aohOen Reum eingeschoben Vierden kann.

409884/0735 ^):

Die Schweißmaschine zur Durchführung des Verfahrens weist erfindungsgemäß eine Flanschzentriervorrichtung, eine Flanschdreh- und -Positioniervorrichtung, eine Flanschspannvorrichtung, eineRohrzentriervorrichtung sowie eine Drehvorrichtung für Flansch und Rohr auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Schweißmaschine wird anhand der Zeichnung sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Schweißmaschine näher erläutert.

In den Zeichnungen veranschaulicht:

Fig. 1 die Schweißmaschine in Gesamtansicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Schweißmaschine

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Flanschzentriervorrichtung

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Rohrzentriervorrichtung

Die in Fig. 1 veranschaulichte Schweißgaschine IO dient zum Anschweißen von zwei Übersteckflanschen 11 und 12 an ein Rohr 13, wobei Flansche und Rohr vorzugsweise aus Baustahl oder CR-Nl-Stahl bestehen. Die Schweißmaschine 10 weist einen festen (14) und einen über Rollen 15 beweglichen Support 16 auf. Jedem der beiden Supporte 14 und 16 ist ein Flanschmagazin 17, eine Flanschzentriervorrichtung 18, eine Flanschspannvorrichtung 19, eine Rohrzentriervorrichtung 20 sowie eine Drehvorrichtung 21 für Flansch und Rohr zugeordnet. Dabei ist die dem beweglichen Support 16 zugeordnete Rohrzentriervorrichtung mit diesem fest verbunden und somit gegenüber der, dem festen Support 14 zugeordneten Rohrzentriervorrichtung verschiebbar.

Aufgrund der verschiebbaren Anordnung der Supporte 14 und 16 ist es vorteilhaft möglich, an Rohre unterschiedlicher Länge und Durchmesser (beispielsweise Rohrlä'ngen zwischen 1000 und

- 5 -409884/0735

6000 mm, Rohr-Außendurchmesser zwischen 32 und 170 mm) Ubersteckflansche anzuschweißen und gleichzeitig eine optimale Zentrierung und Unterstützung der Rohre zu erreichen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht besteht das Flanschmagazin 17 im wesentlichen aus einer um einen vorbestimmten Winkel 22 geneigten Laufbahn, die aus Profileisen 23 besteht. Am Ende 23a des Magazins 17 ist ein Anschlag 24 vorgesehen, welcher ein Herabrollen der magazinierten Übersteckflansche verhindert. Durch eine nicht dargestellte Sperrvorrichtung wird jeweils ein Flansch zur Weiterverarbeitung freigegeben. Der freigegebene Flansch 11 rollt in eine Flanschdrehvorrichtung 71, die zwei Rollen 72,73 aufweist, wobei die Rolle 73 durch einen Motor 74 angetrieben und dadurch der Flansch 11 gedreht wird.(s. auch Fig. 3). Der Flansch 11 liegt dabei an einer Blattfeder 75 an. Ein am Flansch 11 anliegender (31attfer 76) Stift 77 raste.t in eines der Flanschbefestigungslöcher 62 ein, so daß der Flansch 11 in einer vorbestimmten Position fixiert ist. Da dieser Vorgang auf beiden Seiten (Support 14 und Support 16) stattfindet ist es möglich, die Lage der beiden gegenüberliegenden Flansche so zu fixieren, daß die Befestigungslöcher 62 beider Flansche in einer Flucht liegen. Es ist selbstverständlich auch möglich, die beiden Flansche derart zu fixieren, da!3 die Befestigungslöcher 62 um ein bestimmtes Maß gegeheinander versetzt sind. Dies ist insbesondere bei einem späteren räumlichen Verbigen der Rohr/ Flanschverbindung von Vorteil. Zur Erreichung eines Gleichlaufes der beiden Drehmotoren, ist vorzugsweise einer mit einer Rutschkupplung vorgesehen, die zwischen dem Motor und Rolle angebracht ist. Nach dem Sinrasten*wird durch ein Signal der Flanschdrehmotor 74 abgeschaltet, und gleichzeitig die Flanschzentriervorrichtung 18 axial in den Flansch eingefahren und der Flansch gespannt. Der gespannte Flansch 19 v/ird mittels der Flanschzentriervorrichtung 18 in die Schweißposition geschwenkt. Die Flanschzentriervorrichtung 18 weist einen um den Drehpunkt 26 schwenkbaren Hebel 27 auf, an dessen Ende 27a eine Spannzange 28 vorgesehen ist.

s Stiftes 77

409884/0735

Wie aus Fig. 3, in der eine vergrößerte Darstellung der Spannzange 28 veranschaulicht ist, hervorgeht, weist die Spannzange 28 mindestens zwei Spannbacken 29 auf, deren Spannbackenflächen 30 stufenförmig ausgebildet sind. Die Spannbacken 29 sind in Doppelpfeilrichtung 31 verschiebbar am Spannzangengehäuse 32 befestigt wobei zur Verschiebung ein konischer Spanndorn 33 vorgesehen ist, der mit einem Druckzylinder 34 in Verbindung steht. Durch den Druckzylinder 34 und den konischen Spanndorn 33 sind die Spannbacken 29 radial zur Spannzangenmitte 35 bewegbar und gewährleisten somit ein zentrisches Spannen der Übersteckflansche Il bzw. 12.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht besteht die Flanschspannvorrichtung 19 im wesentlichen aus einem am Flansch 11 bzw. 12 anpreßbaren Kniehebel 3β, der mittels einer an den Supporten befestigten Druckzylinderanordnung 37 spannbar ist. Die Rohrzentriervorrichtung 20 besteht - wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht aus zwei gegeneinander verschiebbaren Spannprismen 38 und 39· Jedes der Spannprismen 38 bzw. 39 ist mit einem gemeinsamen Druckzylinder 40 verbunden, der zum Bewegen der Spannprismen in Doppelpfeilrichtung 41 dient. Darüberhinaus ist an jedem Spannprisma 38 bzw. 39 eine Zahnstange 42 bzw. 43 angebracht, wobei beide Zahnstangen 42 bzw. 43 mit einem einzigen Zahnritzel 44 miteinander in Verbindung stehen. Das Zahnritzel 44 ist dabei fest mit der einen oder anderen Prismensparmbaokenführung 45 bzw. 46 verbunden, wobei bevorzugt die Mittelachse 47 des Ritzels mit der Symmetrieachse 48 der Rohrzentriervorrichtung zusammenfällt. Durch diese Ausbildung der Rohrsentriervorrichtung 20 wird es vorteilhaft möglich, daß Rohre beliebigen Durchmessers mit ein und derselben Zentriervorrichtung zentriert und gespannt werden können und zwar ohne daß eine Höhenverstellung,(Änderung des Abstandes A) der Prismenspannbacken 38 bzw. 39 erforderlich ist. Vielmehr ist stets gewährleistet, daß die Rohr-Mittelachse exakt in der Schweißposition liegt.

Diese beschriebene Rohr-Zentriervorrichtung bestehend aus den Prismenspannbacken 38,39 sowie dem Druckzylinder 40, den Zahnstangen 42 und 43 ist in einer schematisch dargestellten

409884/0735

Halterung 50 um einen vorgegebenen Winkel cL drehbar befestigt, so daß auch in der Anfangsphase der Zusammenschweißung das
Rohr exakt mittenzentrisch gespannt bleibt.

Ferner weist die Schweißmaschine 10 eine Drehvorrichtung 21
auf, die im wesentlichen aus einem den Flansch 11 und den Kniehebel 36 tragenden Drehteller 51 besteht. Der Drehteller 51
ist über einen Mitnehmerbolzen 52 mechanisch mit der drehbaren Halterung 50 verbindbar und darüberhinaus steht der Drehteller 51 über einen Zahnkranz 53 und ein Ritzel 54 mit einem Antriebsmotor 55 in Verbindung. In der Mitte des Drehtellers 51 ist eine öffnung 56 vorgesehen, zur Durchführung eines Schweißbrenners 57 zum Schweißen der Rohr-Innennaht/Kehlnaht. Der andere
Sahweißbrenner 58 ist über nicht dargestellte Befestigungsmittel mit dem Support 14 bzw. Support 16 fest verbunden.

Darüberhinaus weist die Schweißmaschine ein^ in Fig. 2 schematisch angedeutetes Rohrmagazin 59 auf. Ferner ist ein schematisch dargestellter Kettenförderer 60 vorgesehen, der das Rohr von Magazin 59 übernimmt und in die Rohrzentriervorrichtung einlegt. Nach erfolgter Schweißung hebt der Kettenförderer die Rohr/ Flanschverbindung aus der Maschine aus und gibt es an eine zum Abtransport der fertigen Teile vorgesehene Rutsche 6l ab.

Die Funktionsweise der oben beschriebenen srfindungsgemäßen
Schweißmaschine ist folgende:

Der im Magazin anliegende Flansch 11 wird mittels der Spannzange 28 festgespannt, nachdem der Flansch wie oben beschrieben ausgerichtet und fixiert worden ist. Danach wird durch Hochschwenken des Hebels 27 die Spannzange 28 und der Flansch 11 bzw. 12 in die in Fig. 1 dargestellte Schweißposition geschwenkt (Flansch liegt an Drehteller Teil 5I a an und durch Betätigung des Druckzylinders 37 und der damit verbundenen Spannung des Kniehebels 36 der Flansch fest an dem Drehtelleraufnahmeteil 51a festgespannt.

Anschließend wird aus dem Rohrmagazin ein Rohr in die Rohrzentriereinrichtung zugeführt und das Rohr durch Betätigung des
Druckluftzylinders 40 zentriert und festgespannt. Durch Bewegen

409884/0735

des Transportzylinders 63 wird nun der bewegliche Support in Pfeilrichtung 64 bewegt und damit auch die auf Rollen 64 in Doppelpfeilrichtung 65 bewegbare Rohrzentriervorrichtung mit dem Rohr und das Rohr in die Flanschbohrungen eingeschoben bis die Rohrstirnfläche 65 (siehe Fig. 3) an der Anschlagfläche 66 des Flanschzentrierspanndornes anliegt, in dieser Position wird die Bewegung des Supportes 16 gestoppt und gleichzeitig i« die Flanschzentriervorrichtungen (Hebel 17 und Spannzange 23) in die Ausgangsposition zurückgefahren. Nach dem die Brenner 58 und 57 mittels nicht näher dargestellter an sich bekannter pneumatischer Einrichtungen in die in Fig. 1 dargestellte Schweißposition geschwenkt worden sind, wird durch Betätigung des Motors 55 der Drehteller und über den Mitnahmebolzen 52 auch die Halterung 50 der Rohrzentriervorrichtung gedreht bei gleichzeitiger Einschaltung der Schweißbrenner und der Schweißvorgang beginnt. Nachdem von der Ausgangsstellung aus gerechnet, - die Rohrzentriervorrichtung um einen Winkel von ca. 30° über den Mitnahmebolzen 52 mit dem Drehteller in gleicher Richtung gedreht worden ist, wird durch ein Signal die Spannung des Druckzylinders 40 für die Rohrzentriervorriehtung gelöst und gleichzeitig durch Betätigung des in Fig. 1 veranschaulichten Rüokholzylinders 68 die Rohrzentriervorrichtung mit dem Kitnahmebolzen in Pfeilrichtung bzw. Pfeilriohtung 70 geschoben, wodurch der Mitnehmerbolzeri 52 aus der Mitnahmebohrung 52a herausgezogen und damit eine weitere Drehung der Rohrzentriervorrichtung verhindert wird. Nach Beendigung der Schweißung wird durch einen weiteren Impuls der Druckzylinder 37 beaufschlagt und der Kniehebel 36 entspannt sowie die fertige Flansch-Rohrverbindung mittels des Kettenförderers 60 antransportiert.

Wie oben ausgeführt, wird beim Einschieben des Rohres in den Flansch die Stirnfläche 65 gegen die Anschlagfläche 66 gedrückt. Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, daß der in Fig.3 mit D bezeichnete Abstand zwischen der Rohrstirnfläche und der Flanschstirnflache (Rohrrückstand) stets konstant ist. Dadurch wird eine immer gleichgroße Schweißfuge für die Innenkehlnaht erreicht.

- 9 409884/0735

Der oben beschriebene Ablauf der einzelnen Vorgänge beirr, automatischen Anschv/eißen eines Übersteckf lang ones an ein Rohr wird mittels einer pneumatischen, hydraulischen oder elektronischen Steuerung gesteuert.

Beim obigen Ausführungsbeispiel v/ird ein Übersteckflansch nach dem MIG-Schweißverfahren an ein Rohr angeschweißt. Es ist selbstverständlich, aber-auch vorteilhaft r.öglich, die 3rfindung bein Anschweißen von Vorsteckflanschen an ein Rohr zu verwenden und die erforderliche Stumpfnahtschweißun^ mittels des MIG-j WIG-> Plasmaschv/eißverfahrens oder dergl. auszuführen. Auch die Anwendung des V/IG- oder Plasma-Schweißverfahrens bei übersteckflanschen ist vorteilhaft möglich.

- 10 -

409884/073

Claims (10)

- IO - Neue Ansprüche

1. Verfahren zum automatischen Anschweißen von mindestens -— einem Übersteckflansch an ein Rohr mit mindestens einem Schweißbrenner,

dadurch gekennzeichnet, daß der Plansch mittels einer in die Flanschbohrung eingreifenden Flanschzentriervorrichtung erfasst, in die Schweißposition bewegt und in dieser mittels einer Flanschspannvorrichtung festgespannt wird, daß das Rohr mittels einer am Rohrausenmantel angreifenden Rohrzentriervorrichtung in der Schweißposition zentriert, festgespannt und vorzugsweise in den Flansch eingeschoben wird, daß anschließend der Schweißbrenner in die SchweiSstellung bewegt und die Schweißung durch Drehung von Flansch und Rohr vorgenomnen wird-.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr soweit in den Flansch geschoben wird, bis die Rohrstirnfläche an einer Anschlagfläche der Flanschzentriervorrichtung anliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschieben des Rohres in den Flansch die Flanschzentriervorrichtung wieder in die Ausgangsstellung bewegt wird.

4. Schweißmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 3,

gekennzeichnet durch eine 31ansohzentriervorrichtung (18), eine Planschdreh- und -Positioniervorrichtung (71), eine Flanschspannvorrichtung (36), eine Rohrzentriervorrichtung (20) sowie eine Drehvorrichtung (21) für Flansch und Rohr.

- 11 -

40988A/0735

5. Schweißmaschine nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschzentriervorrichtung (18) einen an einem in die Schweißposition (25) schwenkbaren Hebel (27) angeordnete Spannzange (23) aufweist, deren Spannbackenfläche (30) stufenförmig ausgebildet ist.

6. Schweißmaschine nach Anspruch 4 oder 5*

dadurch gekennzeichnet, daß die Spannzange (28) mindestens zwei Spannbacken (29) aufweist, die über einen konischen Dorn (33), der mit einem Druckzylinder (3²O in Verbindung steht radial zur Spannzangenrnitte (35) bewegbar sind.

7. Schweißmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschspannvorrichtung(I9) im wesentlichen aus einem am Flansch (11,12) angepressten Kniehebel (36) besteht.

8. Schweißmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis Y,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrzentriervorrichtung (20) zwei gegeneinander verschiebbare Prismenspannbacken (38,39) aufweist, die vorzugsweise um einen vorgegebenen Winkel( ffr. ) verdrehtar in einer Halterung (50) befestigt sind.

9. Schweißmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung (21) einen den Flansch (11,12) und den Kniehebel (3β) tragenden Drehteller (51) aufweist, welcher über einen Mitnehmerbolzen (52, 52a) mit der Rohrzentriervorrichtung (20) teilweise verbunden ist und der mit einem Antriebsmotor (55) in Verbindung steht.

10. Schweißmaschine nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte des Drehtellers (51) eine öffnung (56) vorgesehen ist zur Durchführung eines Schweißbrenners (57).

I5.6.I973
Be/fr

40988^/0735