DE2339966A1

DE2339966A1 - Verfahren zum stumpf- bzw. stossschweissen von lotrecht angeordneten metallteilen

Info

Publication number: DE2339966A1
Application number: DE19732339966
Authority: DE
Inventors: Akira Ujiie
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1972-08-28
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-03-21
Also published as: GB1445429A; FR2197683A1; JPS4940250A; FR2197683B1; US3842237A

Description

PATENTANWÄLTE HtNKEL-KERN - FEILER — HÄNZEL—MÜLLER

DR PHlL. IMPL.-INX5. DR. RER. NAT. DIPL.-ING. DIPL.-ING.

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Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha . / O O Cf if D O Tokio, Japan

L 7. AUG. 1973

Verfahren zum Stumpf- bzw. Stoßschweißen von lotrecht angeordneten Metallteilen

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren unter Anwendung einer schrägen Parallelnut und insbesondere ein Schweißverfahren zur Verwendung beim Quer- bzw. Horizontalschweißen.

Bisher wurden beim Schweißen, insbesondere beim Lichtbogenschweißen/kstoßweise aneinanderliegenden Rändern von Schweißteilen hauptsächlich V-, X-, H- und I-förmige Nuten bzw. Rillen und Abwandlungen davon angewandt. Speziell beim Quer- bzw. Horizontalschweißen wurde im allgemeinen eine Nut der in Fig. 1 dargestellten Art vorgesehen. Hierbei ist es zur Erzielung einer fehlerfreien, soliden Schweißstelle x^esentlich, die Querschnittsfläche jedes während eines Schweißgangs gebildeten Schweißwulstes klein zu halten und die Schweißnaht durch Wiederholung der Schweißgänge aus einer großen Zahl von Schweißwülsten zu bilden, woraus sich jedoch der Nachteil ergibt, daß die Schweißarbeit viel Zeit in Anspruch nimmt. Wenn dagegen die Schweißung unter Ausbildung einer Nut geringer Breite durchgeführt wird, wie sie z.B. in Fig. 2 dargestellt ist, werden die Querschnitts formen der Schweißwülste anomal, woraus sich die

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Schwierigkeit ergibt, daß möglicherweise ein Fehler, wie ein ungenügendes Eindringen des abgelagerten Metalls an den Grenzflächen zwischen den Schweißwülsten., auftritt. Da dieser Mangel bzw. Nachteil unabhängig davon auftritt, ob, die Schweißung automatisch oder von Hand durchgeführt wird, erwies es sich bisher als äußerst schwierig, den Wirkungsgrad beim Querschweißen zu erhöhen.

Der Erfindung liegt demgegenüber in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mangel und Schwierigkeiten bei den bisher verwendeten Schweißverfahren auszusehalten und den Wirkungsgrad beim Queroder Horizontalschvreißen oder ähnlichen S chwe iß arbeiten zu erhöhen. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Stumpf- oder Stoßschweißen von lotrecht angeordneten Metallteilen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den zu verschweißenden Metallteilen eine Nut ausgebildet wird, die durch parallele Nutflanken festgelegt.wird und unter einem bestimmten^wesentlichen Neigungswinkel zu den Metallteilen von der Rückseite zur Vorderseite der Metallteile schräg aufwärts vorgesehen und dann an der rückseitigen öffnung der Nut eine Stützleiste angebracht wird, daß sodann durch Lichtbogenschweißung fortlaufend Schweißwülste vom unteren Ende zun oberen Ende innerhalb der Nut gezogen werden, bis die beiden Metallteile vollständig miteinander verschweißt sind.

Der im einzelnen verwendete Neigungswinkel der Nut ist durch ihre im Sinne der erfindungsgemäßen Ablagefolge und Anordnung der einzelnen Schweißnähte bedingte Zweckmäßigkeit bestimmt und kann dabei auch von der V/inkellage der zu verschweißenden Metallteile selbst beeinflußt werden.

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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Zusätzlich zu den Fig. 1 und 2^WeIcIIe Querschnittsansichten bisher verwendeter Schweißverfahren veranschaulichen, zeigen

Fig. j5 einen Querschnitt zur Darstellung einer Ausführungsfonn des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens,

Fig. 4 bis 6 schematisehe Darstellungen, welche nach- einander die Schweißwulst-Ausbildungsschritte beim Sehweißverfahren gemäß Fig. j? veranschaulichen,

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schweißverf ahrens _.

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Anordnung für die radio- bzw. rontgenographxsche Untersuchung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Schweißnaht und

Fig. 9 eine schematisehe Darstellung, die zu ■Vergleichszwecken Umfangs-Schweißnähte an schrägen Druckrohren zeigt, die nach einem bisher verwendeten Schweißverfahren und nach dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren hergestellt sind.

Im folgenden ist anhand der Fig. j? bis 7 eine Ausführungsform der Erfindung erläutert.

Beim Querschweißen eines oberen Metallteils 1 und eines unteren Metallteils 2 wird zunächst zwischen den

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beiden Werkstücken 1, 2 eine schräge, parallele Nut K ausgebildet, die durch parallele Nutflächen festgelegt ist und sieb. z.B. von der Rückseite zur Vorderseite der Metallteile schräg nach oben erstreckt. Sodann wird an der rückseitigen Öffnung der Nut K eine Stützleiste ~j> angebracht,- während am unteren Metallteil 2 an der vorderseitigen Öffnung der Nut K eine Stützleiste 4 befestigt wird. Hierbei wird die obere Stirnfläche der Stützleiste 4 so angeordnet, daß sie bündig mit der schrägen Nutfläche 2a des unteren Metallteils 2 abschließt, wie'dies in Pig. 3 dargestellt ist. Durch Versuche wurde ermittelt, daß die Neigung der Nut K vorzugsweise im Bereich von 35 - 60° zu den Oberflächen der Metallteile 1, 2 verlaufen sollte. Sodann werden in der auf die beschriebene Weise zwischen den Metallteilen 1, 2 ausgebildeten schrägen, parallelen Nut K durch Lichtbogenschweißung von der Vorderseite der Metallteile aus nacheinander in der in.Fig. 3 dargestellten Reihenfolge Schweißwülste a, ta, c, d, e, f ... gelegt.

Hierbei wird der Schweißwulst a hauptsächlich in dem durch den unteren Metallteil 2 und die Stützleiste gebildeten, taschenförmigen Abschnitt ausgebildet. Wenn dieser Sehweißwulst z.B. durch COp-Liehtbogenschweißung angebracht wird, formt er sich unter Schwerkrafteinfluß spontan zu einem umgekehrt dreieckigen Querschnitt mit gemäß B¹Xg. 4 praktisch flacher Oberseite. Der Schweißwulst b wird auf der Oberseite des Wulstes a nach Art einer Kehlnahtschweißung gezogen, so daß er den Zwischenraum zwischen dieser Oberseite und dem oberen Metallteil 1 ausfüllt und daher die Querschnittsform gemäß i?ig. 5

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besitzt. Der Schweißwulst c wird in dem durch die Vorderseite des Wulstes b, die Oberseite des Wulstes a und die Oberseite des unteren Metallteils 2 festgelegten taschenartigen Abschnitt ausgebildet, so daß er gemäß Pig. 6 eine dem Wulst a ähnelnde Querschnittsform erhält. Daraufhin werden im weiteren Verlauf der Schweißarbeit auf ähnliche Weise nacheinander die Schweißwu*lste d, e, f ... in der Nut K ausgebildet, so daß die Nutflanken fortlaufend miteinander verschweißt werden. In der letzten Stufe des Schweißvorgangs werden auf ähnliche Weise unter Ausnutzung der am unteren Metallteil 2 befestigten, vorderen Stützleiste 4 Schweißwülste a', b' hergestellt, worauf die vordere Stutzleiste h und ein Teil des Schweißwulstes a' abgetragen werden. Nach diesem Arbeitsgang ist das Verschweißen des oberen und des unteren Metallteils 1, 2 abgeschlossen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß der Arbeitsgang des Abtragens der vorderen Stützleiste 4 und eines Teils des Schweißwulstes a^! nach Beendigung der Schweißarbeit in Fortfall kommen kann, indem vor der Schweißarbeit am unteren Metallteil 2 ein Schweißwulst 5 ausgebildet und beim Einstechen der Nutflanken der Nut K gemäß Fig. 7 in die richtige Form gebracht wird.

Wie vorstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß die schräge Parallelnut zwischen den miteinander zu verschweißenden Metallteilen bzw. Werkstücken derart vorgesehen, daß' sie sich unter einem passenden Winkel zu den Werkstücken schräg nach oben erstreckt. Nach Anbringung der rückseitigen Stützleiste an der hinteren Öffnung der Nut werden die Schweißwülste nacheinander durch Lichtbogenschweißen in der Nut fortlaufend von ihrem unteren zu ihrem oberen Ende ausgebildet, wodurch die beiden Werkstücke durch Stumpf- oder Stoßschweißung miteinander verbunden v/erden. Das erfindungsgemäße Schweiß verfahren bietet somit die folgenden praktischen Vorteile:

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1. Da eine schräge, vorzugsweise parallele Nut bzw. eine durch zwei Abschrägungen der Werkstücke ausgebildete Nut vorgesehen wird, tritt selbst im Fall eines Querschweißens kein Auslaufen der SchweißwUlste auf, so daß sich Schweißwülste mit praktisch gleichmäßigen und vergleichsweise großen Querschnitten erzielen lassen. Infolgedessen kann der Wirkungsgrad des Schweißvorgangs erhöht werden, auch wenn die Schweißung quer und unter denselben Bedingungen wie beim Abwärtsschweißen erfolgt.

2. Beim automatischen Schweißen kann der Schweißwirkungsgrad weiter erhöht werden, weil zwei aneinandergefügte Schweißwülste, wie die Wülste a und b, c und d oder e und f, hintereinander und praktisch gleichzeitig hergestellt werden können.

5. Da die Schweißzone diagonal zu den miteinander verschweißten Metallteilen liegt, läßt sich die Lage von Fehlern in der Schweißnaht einwandfrei durch radiographische Prüfung der Schweißstelle auf die in Pig. 8 dargestellte Weise bestimmen, so daß eine Behebung der Schweißfehler (Lunker) einfach ist. In Fig. 8 ist ein radio- oder röntgenographischer Untersuchungsfilm 6 dargestellt, während der Pfeil (rechter Rand) die Einfallsrichtung der Strahlung angibt.

4. Die Nut besitzt vergleichsweise einfache Konfiguration und kann daher ohne weiteres durch gewöhnliches Gasbrennschneiden ausgebildet werden.

5. Die richtige Ausrichtung der Nutflanken beijüer Bildung der Nut kann ohne weiteres mit Hilfe eines Abstandstücks geschehen, so daß die Ausbildung einer Nut beim Schweißen großer Bauteile einfach ist.

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6. Die Nutbreite laßt sich verringern, so daß ohne weiteres auch eine ziemlich ^enge Nut gebildet werden kann. Hierdurch kann nicht nur der Wirkungsgrad weiter verbessert werden, sondern auch der Verbrauch an Schweißelektroden herabgesetzt werden. Darüber hinaus laßt sich das Schweißen in allen nötigen Positionen erleichtert durchführen.

Fig. 9 veranschaulicht zu Vergleichszwecken eine nach einem bisher verwendeten V-Nut-Schweißverfahren erhaltene Schweißnaht a und eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Schweißnaht b, wenn Druckrohre mit einem Durchmesser von 5 - 4 m, die unter einem Neigungswinkel von 4-5° in einem in einer Felsbettung ausgehobenen Graben verlegt sind, von der Innenseite her nach dem jeweiligen Schweißverfahren umfangsmäßig verschweißt werden. Wie sich aus der Schweißnaht a erkennen läßt, sind beim V-Nut-Schweißen nach dem bisherigen Verfahren unweigerlich alle Schweißpositionen, einschließlich Abwärts-, Vertikal- und Überkopfschweißen, erforderlich. Wie dagegen aus der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren angebrachten Schweißnaht b ersichtlich ist, können sogar die Oberseitenabschnitte der Druckrohre in einer nahezu der Horizontal-Schweißposition entsprechenden Haltung geschweißt werden, während die unteren bzw. Bodenabschnitte der Druckrohre ' praktisch in Abwärtsposition geschweißt werden können, so daß beim Schweißen des gesamten Umfangs der Druckrohre nur diese beiden Schweißpositionen angewandt zu werden brauchen und kein Überkopfschweißen erforderlich ist. Die Anwendung der Erfindung auf diesen Fc.ll bietet daher Vorteile, nicht nur bezüglich der Vereinfachung der Automatisierung und der Erhöhung des Wirkungsgrads des

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Schweiß Vorgangs j __ sondern auch bezüglich der Verminderung von Dehlern oder Schadstellen in der Schweißzone und der Erzielung einer besonders guten Schweißnaht, da für den SchweißVorgang kein Überkopfschweißen erforderlich ist, das beim automatischen Schweißen als besonders schwierig angesehen wird.

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Claims

Patentanspruch

Verfahren zum Stumpf- oder Stoßschweißen von lotrecht angeordneten Metallteilen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zu verschweißenden Metallteilen eine Nut ausgebildet wird,, die durch parallele Nutflanken festgelegt wird und unter einem bestimmten, wesentlichen Neigungswinkel zu den Metallteilen von der Rückseite zur Vorderseite der Metallteile schräg aufwärts vorgesehen und dann an der rückseitigen öffnung der Nut eine Stützleisie angebracht wird, daß sodann durch Lichtbogenschweißung fortlaufend Schweißwülste vom unteren Ende zum oberen Ende innerhalb der Nut gezogen werden, bis die beiden Metallteile vollständig miteinander verschweißt sind.

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