DE2403189A1

DE2403189A1 - Verfahren und vorrichtung zum simulieren des schweissens von ortsfesten metallteilen, insbesondere rohren

Info

Publication number: DE2403189A1
Application number: DE2403189A
Authority: DE
Inventors: Edmond Andre Minkiewicz
Original assignee: Entrepose Gtm Pour Les Travaux Petroliers Maritimes Etpm Paris Ste; ETPM
Current assignee: Entrepose Gtm Pour Les Travaux Petroliers Maritimes Etpm Paris Ste; ETPM
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1974-01-23
Publication date: 1975-03-06
Also published as: JPS5337825B2; NL7401418A; US3904845A; GB1459123A; CA996200A; BE809815A; IE39057L; JPS5045755A; DK420574A; SE407914B; LU69167A1; IE39057B1; SE7404213L; FR2241376B1; FR2241376A1; DE2403189C3; DE2403189B2; IT1004952B

Description

A 197²I- Ml/Fr 23. Januar 1974

Firma SOCIETE ENTREPOSE G.T.M. POUR LES TRAVAUX PETROLIERS MARITIMES E.T.P.M., 102 rue des Poissonniers, 75018 - Paris, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Simulieren des Schweißens von ortsfesten Metallteilen, insbesondere Rohren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Simulieren des Schweißens,insbesondere des Schweißens auf dem gesamten Umfang von ortsfesten Metallteilen, speziell von Rohren.

Zum Herstellen zahlreicher Metallkonstruktionen, wie beispielsweise Stahlskeletten, Tanks, Rohrinstallationen und Rohrleitungen, genannt "pipe-lines", und ähnlichem, ist es nötig, ortsfeste Metallteile miteinander zu verbinden, insbesondere Rohre, und zwar mittels umlaufender Schweißnähte, die nicht anders hergestellt werden können, als daß der Schweißkopf auf

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Telegrammadresse Patentsenior

einer im allgemeinen geschlossenen Kurvenbahn um die Verbindungsstelle der feststehenden und miteinander zu verbindenden Elemente herumgeführt wird. Um derartige, sogenannte umlaufende Schweißungen durchführen zu können, sind Vorrichtungen entwickelt worden, die den Schweißkopf automatisch um die feststehenden, speziell rohrförmigen, zu schweissenden Elemente herumführen. Die Einstellung bei derartigen automatischen Umlaufschweißvorgängen erfordert sehr viele Vorversuche, die an dem Schweißkopf oder an den Schweißköpfen durchgeführt werden müssen, abhängig von den auszuführenden Arbeiten, außerdem abhängig von den Schweißdrähten und den verschiedenen Schutzgasen, mit welchen die Schweißköpfe göspeist werden usw. Man könnte versuchen, derartige Vorversuche im natürlichen Maßstab vorzunehmen, indem die fertige Maschine und selbstverständlich auch der Mechanismus zum Verschieben des Schweißkopfes auf einer geschlossenen Bahn verwendet wird. Ein derartiger unmittelbarer Einsatz ist aber oft nicht durchführbar und in jedem Fall schwierig zu handhaben. So wird z.B. der FUhrmeehanismus oft von einem anderen Hersteller geliefert als der Schweißkopf und ist deshalb nicht stets für Vorversuche mit dem Schweißkopf greifbar. Zum anderen werden, wenn die Schweißungen z.B. an Rohrelementen mit einem Durchmesser zwischen einem und mehreren Metern durchgeführt

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werden sollen, wie dies z.B. bei Ölleitungen oder Druckrohren der Fall ist, die Versuche in natürlicher Größe mit ihren Einrichtungen sehr umfangreich und damit teuer.

Aus allen diesen Gründen bemüht man sich seit Jahren in Fachkreisen darum, für die Schweißung auf geschlossener Bahn Mittel zu schaffen, die Versuche im natürlichen Maßstab überflüssig machen, und diese Versuche durch Simulationsversuche zu ersetzen, die weniger teuer und leichter durchzuführen sind und auch nur Einrichtungen benötigen, die weniger platzaufwendig und billiger sind.

Die Erfindung soll dem Mangel auf diesem technischen Gebiet Abhilfe schaffen, weshalb sie insbesondere ein Verfahren zum Simulieren des Schweißens auf umlaufender Bahn von ortsfesten Metallelementen, insbesondere Rohren betrifft, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die einander gegenüberstehenden Kanten zweier ebener Blechteile versehweißt werden, während sie um eine feste Achse in gleichem Maße gedreht werden, wie die Schweißung voranschreitet, so daß das geschmolzene Metall nacheinander durch sämtliche Stellungen kommt, die es auch einnimmt, wenn eine tatsächliche Umlaufnaht geschweißt wird.

Die Einzelheiten der Umalaufnahtschweißung ergeben sich besonders dadurch, daß die Masse des ,geschmolzenen Metalls in der

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Folge die unterschiedlichen Stellungen in Bezug auf die Schwerkraft einnimmt, die dabei auf den flüssigen Metallkörper Einfluß nehmen kann, und das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt den Einsatz von einem oder von mehreren Schweißköpfen, die an den ebenen Blechteilen arbeiten, wobei der Einsatz wesentlich leichter vorgenommen werden kann als an tatsächlichen Röhren, die zusammengefügt werden sollen, wobei trotzdem sichergestellt ist, daß dabei Bedingungen auftreten, die praktisch identisch den tatsächlichen Bedingungen bei der Schweißung von umlaufenden Nähten sind.

Mit der Erfindung wird gleichfalls eine Vorrichtung zum Simulieren des Schweißvorgangs, insbesondere des Schweißens von umlaufenden Nähten, an ortsfesten Metallteilen, insbesondere Rohren, geschaffen. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Platte aufweist, die um eine horizontale oder in einstellbarer Schrägneigung liegende Achse drehbar ist, daß Mittel vorhanden sind, um diese Platte in gesteuerter Weise zu drehen, und Mittel, um an der Platte beweglich wenigstens einen Schweißkopf befestigen zu können.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das besonders für das Simulieren von umlaufenden Schweißnähten nach dem vorstehend genannten Verfahren geeignet ist, trägt die drehbare Platte einen Tisch, der im wesentlichen parallel zur

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Achse der Platte angeordnet ist, einen Antriebswagen für den Schweißkopf, der parallel zum Tisch geführt ist, Mittel, die dem Antriebswagen und dem Schweißkopf eine gesteuerte Bewegung übertragen können, gegebenenfalls synchronisiert mit der gesteuerten Drehbewegung der Platte, und Mittel zum Befestigen von zwei Blechplatten auf dem Tisch derart, daß ihre geraden Kanten in der ebenfalls geradlinigen Bahn der Schweißflamme liegen.

Es läßt sich daraus verstehen, daß, wenn die Verschiebebewegung des Schweißkopfes über seinen Antriebswagen in geeigneter Weise mit der Drehung der Plattform synchronisiert wird, die den Tisch trägt, auf dem die beiden ebenen Blechplatten befestigt sind, das Schweißen einer umlaufenden Naht zweier rohrförmiger Elemente simuliert werden kann.

Diese erste Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auf folgende Weise noch vervollkommnet werden: ein Rand des Tisches ist derart mit der sich drehenden Plattform verbunden, daß diese um eine senkrecht zur Drehachse der Plattform gerichtete Achse geschwenkt werden kann; die Kante des Tisches ist fest mit einer Platte senkrecht zum Tisch verbunden, welche den Antriebswagen für den Schweißkopf trägt; schließlich sind Mittel vorgesehen, die die Einheit aus Tisch und Platte in einer besteimmten Neigung gegenüber der drehbaren

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Plattform halten, welche auch noch einstellbar ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung bietet zusätzlich zu den Versuchen, umlaufende Schweißnähte durchzuführen, die Möglichkeit, mit einem in fester Stellung stehenden Schweißkopf zu schweißen, d.h., mit einer festen Neigung der Schweißflamme gegenüber der Vertikalen. Es genügt dafür, die umlaufende Plattform in der geeigneten Winkelstellung zu blockierten.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf an der sich drehenden Plattform mit einem radialen Arm befestigt ist und daß Mittel vorgesehen sind, in denen zwei metallische Rohrstücke, gegenüber der sich drehenden Plattform fest, gehalten werden, wobei ihre einander gegenüberstehenden, bogenförmigen Ränder sich in der ebenfalls bogenförmigen Bahn der Schweißflamme befinden.

Dieses AusfUhrungsbeispiel erlaubt, Schweißversuche von umlaufenden Schweißnähten in tatsächlicher Größe für den Fall durchzuführen, daß für die Versuche, die Hilfseinrichtungen, die am Arbeitsplatz dem Schweißkopf die umlaufende Bewegung erteilen, hier nicht angebracht zu werden brauchen.

Eine dritte Aus führungs form der Erfindung weist eine Plattform auf, die um eine waagerechte oder in ihrer Neigung ein-

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stellbare Achse drehbar 1st, ferner Mittel, um der Plattform die kontrollierte Drehung zu erteilen, einen festen Träger vornehmlich in Kreisbogenform, der-konzentrisch zur sich drehenden Plattform angebracht ist, Mittel zum Befestigen eines Schweißkopfes an dem festen Träger in einer bestimmten Winkelstellung, die bezüglich der Achse der sich drehenden Plattform regelbar ist, sowie Mittel zum Befestigen von zwei rohrförmigen Elementen an der Plattform derart, daß diese mit ihren einander gegenüberstehenden bogenförmigen Kanten sich in d-erselben Ebene wie die Schweißflamme befinden.

Letztere Vorrichtung erlaubt das Studieren jeder einzelnen von allen möglichen aufeinander folgenden Phasen einer umlaufendai Schweißnaht, ohne daß die umlaufende Schweißnaht insgesamt ausgeführt werden muß.

Nachfolgend werden an Sehemazeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Seiten-und Frontansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, mit dem insbesondere eine simulierte Schweißung einer umlaufenden Schweißnaht an zwei ebenen Blechplatten vorgenommen wird;

Fig. 3 und 4 Einzelheiten der Vorrichtung aus den Fig. 1 und 2y

Fig. 5 bis 12 Darstellungen zur Erläuterung der Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2;

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Pig. 13 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeiqpiels der Erfindung, mit dem umlaufende
Schweißnähte an zwei metallischen Rohrelementen in einer festen Stellung vorgenommen werden
können;

Pig. lA die Verwendung der Vorrichtung iiach Fig. 13

beim Simulieren einer umlaufenden Schweißnaht in Schrägneigung;

Fig. 15 und 16 Seiten- und Frontansicht eines dritten

Ausführungsbeispiels derErfindung zum Simulieren einer umlaufenden Schweißnaht an zwei rohrförmigen Metallelementen, die dabei gedreht werden.

Das Ausführungsbeispiel der Simulations vorrichtungflach der Erfindung, das schematisch in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, weist am unteren Ende einen Sockel 1 auf, der z.B. rechteckig ist, und der in seiner Neigung gegen die waagerechte
Ebene in folgender Weise einstellbar ist. Auf der Oberfläche des Bodens sind Scharniergelenke 3 befestigt, an denen eine Kante des rechteckigen Sockels 1 angelenkt ist, während eine vertikale Gewindestange 4 mit ihrem unteren Ende in einer
Grube 2 festgelegt ist und durch eine Gewindemutter 5 geschraubt ist, die an der den Scharniergelenken 3 gegenüberliegenden Kante des Sockels 1 befestigt ist. Eine derartige Anordnung erlaubt es, bei Diöiung der Gewindestange 4 in der einen oder anderen Richtung, den Sockel 1 um die Scharniergelenke 3 zu verschwenken, so daß er eine gewünschte Neigung oberhalb oder unterhalb der Horizontalebene des Bodens einnimmt .

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Auf der Oberseite des Sockels 1 ist ein Winkelrahmen 6 angebracht, z.B. aus Metallprofilträgern, der ein Lager 7 für eine Welle 8 trägt. Am in Fig. 1 rechten Ende der Welle 8, deren Achse A parallel zum Sockel 1 verläuft, ist senkrecht zu der Welle eine kreisrunde Platte 9 befestigt, die selbst einen Tisch 10 trägt, welcher sich in Verlängerung der Achse A der Welle erstreckt. Bei dem betrachteten AusfUhrungsbeispiel ist der Tisch 10 mit einer seiner Kanten derart mit der drehbaren Platte 9 verbunden, daß er mm eine Achse B geschwenkt werden kann, die senkrecht zur Rotationsachse A der Platte 9 gerichtet ist. Darüberhinaus ist dieselbe Kante des Tisches 10 mit einer Tafel 11 fest verbunden, welche senkrecht zum Tisch 10 gerichtet ist, was sich aus der Fig. 1 ersehen läßt. Der Tisch 10 besteht selbst aus zwei Teile 10a und 10b, die gegeneinander verschiebbar sind, so daß zwischen Ihnen ein Spalt 10c von einstellbarer Breite gebildet werden kann, der in einer senkrecht zur Achse A der Welle 8 gerichteten Ebene liegt. Die Oberfläche (in der Fig. l) des Tisches to ist mit Nuten und Durchbrüchen versehen, so daß mit Spannelementen in bekannter Weise zwei Blechplattenelemente 12a und 12b darauf befestigt werden können, die dann mit ihren geradlinigen Kanten in der vertikalen Ebene (in Fig. l) des Spaltes 10c des Tisches 10 praktisch aneinanderstehen.

Auf der Vorderseite der Tafel 11 ist eine ebene Gleitführung 15 befestigt (s. auch Fig. j5 und H-), gegenüberliegend zur drehbaren Platte 9 und parallel zur Achse B des Tisches

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Die ebene Gleitführung I5 weist zwei Schienen mit Kreisquerschnitt 14-a und 14b auf, an denen frei ein Wagen I5 laufen kann. Dieser besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte in Form eines T, die an den Schienen l4a und 14b mittels Rollen l6a und lob geführt ist. Die Verschiebung des Wagens in Längsrichtung der Gleitführung 15 erfolgt durch eine Spindel 17, die durch eine Spindelmutter am Wagen 15 hindurchgeführt ist und deren Enden drehbar in der Gleitführung 13 gelagert sind. Das Ende 17a der Spindel 17 wird von einem Getriebemotor l8 zur Drehung angetrieben, der ebenfalls an der Gleitführung befestigt ist. Der Getriebemotor l8 erhält seine elektrische Speisung über einen Schleifringsatz I9 (Fig.l) am Ende der Welle 8, das der drehbaren Platte 9 abgewandt liegt. Es sind außerdem Endschalter 20a und 20b im Speisungskreis des Getriebemotors 18 vorgesehen, die vom Wagen 15 dann geschaltet werden, wenn er sich dem Ende der Gleitführung 1J5 nähert. Zwischen den Endpunkten kann die Bewegungs-Amplitude des Wagens 15 in bekannter Weise mit Hilfe von Begrenzungskontakten 21a und 21d eingestellt werden, die entlang der Gleitführung I5 verschiebbar sind.

Die Vorderfläche des Wagens 15 ist in kreuzförmiger Anordnung mit Gleitführungen versehen, die einstellbare Spannorgane 22a und 22b (Fig.l) aufweisen, welche das Befestigen irgendeines beliebigen Schweißkopfes 23 erlauben.

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Die Anordnung ist derart, daß der Schweißbrenner 24 des Schweißkopfes 23 in der vertikalen Ebene (in Fig.l) des Spaltes 10c des Tisches 10 verschoben werden kann, zu dessen beiden Seiten die geradlinigen Kanten der Blechplattenelemente 12a und 12b sich einander nähern, so daß der Schweißbrenner 24 in dieser Ebene verschoben werden kann, wenn der Wagen 15 sich selbst entlang der Gleitführung Ij5 bewegt.

Eine Stelleinrichtung mit einer Stellspindel 25 ist mit einem Ende mit einem Doppelgelenk an der Platte 9 angelenkt, während am anderen Ende ein Stellrad 25a befestigt ist, während eine Spindelmutter 25b schwenkbar an der Tafel 11 befestigt ist, wodurch eine Schrägneigung der Tafel 11 und damit zusammenhängend des Tisches 10, welche fest miteinander verbunden sind, gegenüber der sich drehenden Platte 9 um einen Schwenkwinkel zwischen 0 und 90° möglich wird. Ein Gegengewicht 26 (Pig.2) ist an der drehbaren Platte 9 befestigt, um dieser bezüglich der Achse a der Welle 8 Gleichgewicht zu erhalten. Die Schleifringanordnung 19 besitzt noch weitere Schleifringe , die über isolierte Leiter im Innern der Welle 8 zum Schweißkopf führen, um die verschiedenen Ströme und Spannungen, die zu dessen Speisung und Regelung erforderlich sind, zuzuleiten . Dieser Schweißkopf 23 kann auch mit einem Gas gespeist werden, das unter Umständen für die Punktion des Schweißbrenners 24 benötigt wird, welches über eine Leitung

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27 in der Achse der Welle 8 zugeführt wird, wobei die Zuleitung am freien Ende der Welle 8 in einen feststehenden Verteiler 28 eingeführt ist.

Am Rahmen 6 ist unterhalb des Lagers 7 ebenfalls ein Getriebemotor 29 angebracht, durch den die Welle 6 und damit verbunden die drehbare Platte 9 in Drehung versetzt wird, was beispielsweise über ein Ritzel erfolgen kann, das nicht dargestellt ist und z.B. einen Schlitz im Lager 7 durchsetzt. Der Getriebemotor 29 und der Getriebemotor 18 werden beide von einer Steuereinheit 3° gesteuert, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf dem Sockel 1 unterhalb des Getriebemotors 29 steht. Die Steuereinheit JO ermöglicht es, die Drehung der Welle 8 und der drehbaren Platte 9 zu steuern und gleichzeitig auch den Antrieb des Wagens 15 und des Schweißkopfes 25, der darin befestigt ist, einzuwirken, so daß dessen Verschiebung entlang der Gleitführung I3 ebenfalls gesteuert und evtl. mit der kontrollierten Drehung der Platte 9 synchronisiert? ist. Es versteht sich, daß nicht nur die Drehgeschwindigkeit der Platte 9 und die Verschiebegeschwindigkeit des Wagens 15 synchronisiert sein können, wobei dies· mit variablen Werten und mit Präzision regelbar ist, sondern das auch Anfang und Ende sowohl der Drehbewegung der Platte 9 als auch der Verschiebebewegung des Wagens I5 in verschiedenster Weise programmiert werden können, um die Schweißversuche durch-

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zuführen, die später im einzelnen beschrieben werden. Die Steuereinheit sorgt auch für das Einschalten und das Absetzen des Schweißkopfes 23 nach einem bestimmten Programm. Eines dieser Programme ermöglicht z.B. den Beginn des Aufheizens der Blechelemente 12a und 12b durch den Schweißbrenner 24, bevor die Drehbewegung der Platte 9 beginnt. Die Steuereinheit 30 kann in verschiedenster Weise ausgebildet sein, so z.B. elektromechanisch und -oder elektronisch oder auch hydraulisch oder pneumatisch. Die Erfindung ist durch die verschiedensten Ausführungsformen der Steuereinheit 30* die das Wesen der Erfindung nicht berühren, nicht begrenzt.

Die Simulationsvorrichtung, die in den Pig.l und 2 wiedergegeben ist, kann dazu verwendet werden, sehr unterschiedliche Schweißvorgänge zu simulieren, von denen einige als Beispiel später erläutert werden.

Die Vielfalt der unterschiedlichen Schweißarbeiten, die bei modernen Anlagen durchgeführt werden müssen, welche eingangs bereits aufgeführt wurden, und die Unterschiedlichkeit der Verfahren und der Schweißmaterialien, die bei diesen Arbeiten benötigt werden, machen immer mehr Vorversuche erforderlich, die in Laboratorien durchgeführt werden, wobei dann die vorgesehenen Schweißverfahren und die Materialien, die verarbeitet werden sollen, beobachtet werden können.

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Zum Material gehören unter anderem auch die verschiedenen Schweißköpfe und ihre Schweißflammen aber auch die ganzen Zusatzeinrichtungen z.B. für die Stromspeisung,die verschiedenen Gaszusätze und selbstverständlich die zugefUnrten Materialien wie Schweißstäbe oder dergleichen. Es ist selbstverständlich unmöglich, in allen Einzelheiten die verschiedenen unterschiedlichen Typen von Verfahren und Schweißmaterialien wie auch Schweißeinrichtungen hier zu beschreiben, die mit der Vorrichtung gemäß Figuren 1 und versuchen unterzogen werden können; es sollen aber kurz einige mögliche Versuche aufgezeigt werden von denen gewisse neu sind und in den Rahmen der Erfindung gehören.

1. Simulation der Schweißung einer Verbindungsstelle, die über ihre gesamte Länge einen konstanten Winkel mit der Vertikalen einschließt:

Dies ist der Fall bei horizontalen und vertikalen Schweißnähten bei gewissen Metallkonstruktionen wie zylindrischen Behältern, Schiffrümpfen u.s.w.. Für den Winkel, den die Schweißnaht gegenüber der Vertikalen einnimmt, können vier Hauptlagen der Schweißung angenommen werden, die in den Figuren 5 bis 8 dargestellt sind und die sämtlich mit einer Stellung des Sockels 1 der Einstellung gemäß Figuren 1 und durchgeführt werden können, die die Horizontalstellung gemäß Fig.l ist. In allen diesen Figuren sind mit 12a und mit

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12b die beiden Blechelemente bezeichnet, die auf dem Tisch 10 aufgespannt sind und sich mit ihren geradlinigen Kanten in der Richtung der Schweißnaht, die mit X-X¹angedeutet ist, gegenüberstehen, während 24 den Schweißbrenner oder den Schweißlichtbogen des Schweißkopfes 23 bezeichnet, wobei eine Verschiebung des Wagens 15 entlang der Gleitführung 13 eine Parallelbewegung in Richtung X-X¹ der Schweißnaht erlaubt, wie dies durch den Pfeil f angedeutet ist. Die Schweissung in der waagrechten Ebene, die schematisch ±i Fig. 5 angedeutet ist, kann dadurch ausgeführt werden, daß die Achse D des Tisches 10 (Fig.l), der von der drehbaren Platte 9 getragen wird, die horizontale Lage beibehält, die in Fig.l gezeigt ist. Die Vertikalnahtschweißung, die in Fig.6 schematisch dargestellt ist, wird so durchgeführt, daß der Tisch 10 gegenüber der drehbaren Platte 9 die in Fig.l gezeigte Relativlage behält, wobei die Tafel 11 mit der Platte 9 praktisch den Winkel 0° einschließt; die Platte wird dann mit ihrer Welle 8 in der einen oder anderen Richtung um 90° gedreht, wobei der Tisch 10 eine vertikale Stellung einnimmt und mit ihm die Schweißnaht X-X¹. Entsprechend der Verschiebungsrichtung des Schweißbrenners 24, die mit den beiden Pfeilen f^ und f₂ angedeutet ist, wird entweder eine steigende oder eine fallende Schweißnaht ausgeführt. Wenn dann die drehbare Platte 9 in der gleichen Richtung abermals mit ihrer Welle 8 um 90° weitergedreht wird, so daß

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ein Gesamtdrehwinkel von l8o erreicht ist, kann eine Überkopfschweißnaht gemacht werden, wie dies die Fig.7 zeigt. Schließlich wird bei Winkelstellung der drehbaren Platte 9 gemäß Darstellung in der Fig.l, in der die Achse B des Tisches 10 waagrecht liegt, der Tisch 10 um diese Achse B um 90° nach unten geklappt, so daß der Tisch 10 dann vertikal steht. Dabei kommt die Tafel 11, die fest mit dem Tisch verbunden ist, in die horizontale Lage, was durch Betätigung der Gewindespindel 25 erfolgt , und nun kann eine waagrechte Schweißnaht an senkrechter Wand ausgeführt werden, wie dies Fig.8 zeigt. Bei diesen verschiedenen Einstellungen können die drehbare Platte 9 und ihre Welle 8 in den entsprechenden Winkelstellungen festgelegt werden, und die Steuereinheit ruft dann lediglich das Verfahren des Wagens 15 auf der Gleitführung 13 hervor und führt die Programmsteuerung des Schweißkopfes 23 aus. Analoge Versuche können auch mit dem Tisch 10 in der in Fig.l gezeigten Stellung durchgeführt werden , wobei die Plattform 9 dann selbst in einer beliebigen Winkelstellung zwischen den in den Figuren 5 bis 7 gezeigten und voranstehend beschriebenen festgelegt werden kann ι.

2. Simulieren von Schweißverbindungen mit variablftim Winkel gegenüber der Vertikalen:

Es ist z.B. gewünscht, kreisförmige Schweißnähte zwischen Rohrelementen gleichen Durchmessers anzubringen, deren

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Achsen zusammenfallen und die horizontal oder evtl. schräg geneigt sind. Derartige Schweißungen an feststehenden Rohrelementen sind bei zahlreichen Einrichtungen erforderlich, insbesondere an Rohrleitungen , die den Transport verschiedenster Flüssigkeiten übernehmen, wie z.B. Oelleitungen. Es sind automatisch arbeitende Maschinen bekannt, die wenigstens einen Schweißkopf und Einrichtungen aufweisen, welche den Schweißkopf mit einer geeigneten Geschwindigkeit um die zu schweißende Verbindungsstelle herum bewegen. Ein derartiger Schweißvorgang ist in der Technik als " Orbitalschweißung" bekannt. Diese Orbitalschweißung wird z.B. auch bei Schweißnähten auf Umfangskreisen von kugelförmigen Behältern eingesetzt.

Fig.9 zeigt schematisch die Orbitalschweißung von zwei Röhrenelementen 32a und 32b gleichen Durchmessers, die gleichachsig mit horizontaler Achse Z Z¹ liegen. Ein nicht speziell dargestellter Mechanismus sorgt für die Bewegung des Schweißbrenners 33 in der Ebene der Schweißnaht, die sich in einer vertikalen Ebene befindet, wobei die Bewegung in der einen oder anderen Richtung der Pfeile f, bzw. fp gehen kann. Für eine bestimmte Winkelstellung des Schweißbrenners 33 zur Achse ZZ¹ ist die Richtung der Schweißnaht vollständig bestimmt durch die Tangente XX¹ an den Kreis, der durch die Schnittebene der Schweißnaht mit der zylindrischen Mantelfläche der Rohrelemente 32a und 32b in der vertikalen

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Ebene gegeben ist. In der Fig.10 sind 4 Stellungen wiedergegeben, die der Schweißbrenner j5J5 bei seinem Umlauf im Sinne des Pfeiles f nacheinander einnimmt, und für jede der 4 Stellungen ist zusätzlich zu der örtlichen Richtung der Schweißnaht XX¹ mit einem Vektor G die Richtung senkrecht abwärts

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und mit einem V.ektor E die Richtung angedeutet, in der die Tropfen des geschmolzenen Metalls bei der Voranbewegung der Elektrode des Schweißbrenners 33 gespritzt werden. Der Schmelzfluß des geschmolzenen Metalls J>K, der sich vor der Elektrode des Schweißkopfes 33 bildet, nimmt eine Gestalt und eine räumliche Ausdehnung an, die weitgehend von den relativen Richtungen X-X¹ und G abhängen, die zueinander senkrecht stehen können an den äußeren Enden der vertikalen Durchmesserlinie der kreisförmigen Schweißnaht oder parallel zueinander an den äußeren Enden der horizontalen Durchmesser linien. Die beiden ersteren Fälle .unterscheiden sich dadurch, daß am oberen Ende der vertikalen. Durchmesserlinie die Schwerkraft den metallischen Schmelzfluß in die Schweißnaht hineindrängt, so daß das Metall in das Rohr einzudringen versucht, während am unteren Ende des vertikalen Durchmessers durch die Schwerkraft das geschmolzene Metall auf die Elektrode des Schweißbrenners 33 zurückzufallen versucht. Die erste Stellung entspricht deshalb dem Schweißen auf einer ebenen Fläche gemäß Fig. 5 und die zweite dem Schweißen über Kopf, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist. Desgleichen sind die Schweißstellungen an den äußeren Enden des vertikalen Durchmessers vergleichbar mit der vertikalen Schweißnaht gemäß Fig. Die Besonderheit des Orbitalschweißens besteht jedoch darin, daß der Schweißbrenner nacheinander sämtliche Zwischenstellungen zwischen den soeben beschriebenen Extremstellungen einnimmt. Gerade diese Besonderheit der fortwährend sich ändernden Schweiß- stellung bei der Ausführung von Orbitalschweißnähten und die sich

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dabei ergebenden Schwierigkeiten machen aber gerade das Bedürfnis nach derartigen Vorversuchen verständlich, weil gerade damit das Schweißen von Rohrteilen in ortsfester Lage mittels automatischer Schweißvorrichtungen studiert werden kann, insbesondere für den Bau von Ölleitungen. In Anbetracht der Abmessungen und der Gewichte der einzelnen, miteinander zu verschweißenden Rohrelemente ist es im allgemeinen schwierig und teuer, diese Vorversuche an Objekten natürlicher Größe durchzuführen. Oft können solche Versuche auch deswegen nicht durchgeführt werden, da, wenn auch die Schweißköpfe für einen Versuch zur Verfügung gestellt werden, entweder nicht der konkrete Schweißmechanismus oder die Rohrelemente selbst nicht zur Verfügung stehen.

Alle diese Nachteile können überwunden werden, wenn eine Orbitalschweißnaht der feststehenden Röhrenelemente durch das Verfahren nach der Erfindung simuliert wird, das mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 verwirklicht werden kann. Dieses Verfahren besteht darin, die einander gegenüberstehenden Kanten der beiden Blechplattenelemente 12a und 12b miteinander zu verschweißen, die auf den Tisch 10 aufgespannt sind, indem dabei der Tisch um seine feste Achse, nämlich die Achse der Welle der drehbaren Platte 9, geschwenkt wird im Sinne und in der Geschwindigkeit des Voranschreitens der Schweißung, d.h. der Verschiebung des Wagens 15 entlang der Gleitführung 13, an dem

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der Schweißkopf 23 sitzt derart, daß das geschmolzene Metall, d.h. der vorher bereits erwähnte kleine Schmelzfluß, der sich, an der Spitze des Schweißbrenners 24 bildet, allmählich in sämtliche mögliche Lagen gelangt, die die geschmolzene Metallmasse auch während der tatsächlichen Orbitalschweißung, die in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, einzunehmen hat. Um diese Orbitalschweißung mit der Vorrichtung nach den Pig. I und 2 simuliert durchzuführen, genügt es, die Steuereinheit 30 dermaßen zu programmieren, daß die gesteuerte Umlaufgeschwindigkeit der drehbaren Platte 9 mit der Verschiebungsbewegung des Wagens 15> an dem der Schweißkopf 23 sitzt, der Geschwindigkeit nach in geeigneter V/eise koordiniert ist.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Simulieren der Orbitalschweißung an ortsfesten metallischen Elementen, nämlich Röhren, ist darin begründet, daß in der Tat sämtliche wirkliche Stellungen der Schweißung, die vorstehend anhand der Fig. 10 beschrieben wurden, tatsächlich reproduziert werden können, da in jeder Position das gekrümmte Verbindungselement_xals ein geradliniges Element betrachtet werden kann. Diese Annäherung ist praktisch fehlerfrei, da die Rohrelemente, die miteinander zu verschweißen sind, große Durchmesser haben. Eine Rechtfertigung ergibt sich auch daraus, daß bei langsamer Verschiebegeschwindigkeit des Schweißkopfes, wie sie bei Orbitalschweißung üblich ist,

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die tangentiale Beschleunigung auf den Schmelzfluß infolge der Rotation der Blechelemente 12a und 12b praktisch vernachlässigbar ist im Verhältnis zur Erdbeschleunigung, die auf den Schmelzfluß wirkt.

Die Blechplattenelemente 12a und 12b sollten eine Länge haben, die gleich dem Außerupfang der Röhrenelemente, deren Schweißung simuliert werden soll, ist oder dessen Vielfaches, da dann mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 die vollständige oder partielle Ringschweißnaht zwischen den beiden Rohrelementen simuliert werden kann.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 erlaubt weiterhin nach den Verfahren der Erfindung die Orbitalschweißung von zwei Röhrenelementen 32a und 32b, die ortsfest sind und denselben Durchmesser haben, wenn deren Achse in einer Richtung ZZ' geneigt ist, die einen Winkel mit der Horizontalebene einschließt. Eine derartige schräge Orbitalschweißung ist bei Metallbaukonstruktionen oft erforderlich/und das Simulieren mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 und erfordert dabei lediglich, die Achse A der Welle 8 der drehbaren Platte 9 um eben diesen Winkel zu neigen, in_j3em die Gewindestange Λ in einem geeigneten Sinn gedreht wird, wodurch der Sockel 1 der Vorrichtung sich gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn um die Scharniergelenke 3 verschwenken läßt und

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zwar in die Grube 2 hinein oder über diese hinaus, wie es schematisch in der Fig. 12 angedeutet ist.

Das Simulieren der Orbitalschweißung zweier ortsfester Metallelemente, insbesondere zweier Röhrenelemente, mit Hilfe zweier ebener Blechplattenelemente gemäß der Erfindung unter Zu: liilfenahme der Vorrichtung nach der Erfindung.erbringt folgende weitere Vorteile: der SchweißVorgang kann leicht auf den beiden Seiten der ebenen Blechplatten 12a und 12b beobachtet werden, nämlich durch den Schlitz 10c im Tisch 10 hindurch auch auf der Unterseite, während es im allgemeinen · sehr schwierig ist, die Schweißung auf der Innenseite der Röhrenelemente zu beobachten. Das Simulieren mittels ebener Blechplattenelemente erlaubt, die Studien vergleichsweise schnell und systematisch durchzuführen, und erleichtert das Simulieren von Störungen während der Schweißung selbst. Außerdem können die Störungen, die den bei zu schweißenden Rohrelementen auftretenden Fehlern entsprechen, sehr leicht simuliert werden, wenn ebene Blechplattenelemente verwendet werden. Wie bereits an früherer Stelle beschrieben, können gewisse Stellungen bei der Orbitalschweißung, die Anlaß zu Schwierigkeiten geben, wie etwa Stellungen im Bereich des Über-Kopfschweißens gemäß Darstellung der Fig. 7, dadurch genauer studiert werden, daß die drehbare Platte im Bereich dieser Stellungen besonders langsam angetrieben wird oder gar während einer bestimmten

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Dauer angehalten wird, wobei die Geschwindigkeit des den Schweißkopf tragenden Wagens unverändert gelassen wird, so daß dadurch die Zone der geradlinigen Verbindung, die gerade der Schweißung in dieser kritischen Lage entspricht, dadurch verlängert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Länge einer kritischen Zone der Schweißverbindung beispielsweise um den Faktor 10 zu vergrößern. Bestehen die miteinander zu verschweißenden Elemente aus einem Material, das vor dem Schweißen erhitzt, werden muß, so ist dieser Vorgang wesentlich erleichtert, wenn die simulierte Handlung an ebenen Blechplattenelementen und nicht an Rohrelementen durchgeführt wird, insbesondere wenn es sich um solche großen Durchmessers handelt. Schließlich sind das Verfahren die Vorrichtung zum Simulieren gemäß der Erfindung besonders wertvoll für die Ausbildung von Personal, das die Installationen für die automatische Schweißung in Metallgerüstkonstruktionen einzurichten und in Betrieb zu nehmen hat.

Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 13 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten nur dadurch, daß der Tisch 10, die Tafel.11, die

und

Gleitführung 1> und der Antriebswagen 15 weggelassen sind dass

dafür ein Radialarm 35 hinzugekommen ist, der am Rand der drehbaren Platte 9 befestigt ist. Der zu prüfende Schweißkopf irgendeines Typs 23 wird an dem Radialarm 35 befestigt und ist vermöge

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der Stellorgane 22a und 22b einstellbar, wie dies bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist, so daß der Schweißbrenner 24 durch die drehbare Platte 9 in einer senkrecht zur Achse A der Welle 8 stehenden Ebene in Drehung versetzt werden kann. Auf einem Wellenende 36, das vor die drehbare Platte 9 vorspringt, und koaxial zur Achse A der Welle 8 ist ein Lager 37 aufgesetzt, auf dem eine Platte 38 fest angebracht ist, die z.B. dreieckig sein kann und die drei Spannbacken 39 trägt, zwischen die ein erstes metallisches Röhrenelement 32a gegen die Platte 38 gespannt werden kann. Ein zweites Röhrenelement 32b, das mit dem ersten Element 32a verschweißt werden soll, wird an Letzterem mittels Schweißbrücken 40a,40b so verbunden, daß die Randkanten der beiden Röhrenelemente 32a und 32b sich einander in einer Ebene nähern, die senkrecht zur Achse A steht, in welcher Ebene auch der Schweißbrenner 24 liegt. Sine Spannvorrichtung 4l, die höhenverstellbar an einer Vertikalsäule 42 gehalten ist, hält den Rand des Röhrenelementes 32b derart fest, daß es sich nicht drehen kann, wodurch auch das Röhrenelement 32a, die Spannplatte 38 und das Lager 3? festgehalten werden, in dem sich allerdings das Wellenende 36 frei dreht, wenn die Platte 9 in Drehung versetzt wird. Diese Vorrichtung erlaubt das Simulieren einer kreisförmigen Schweißnaht zwischen zwei Röhrenelementen 32a,32b in wahrer Größe. Es können selbstverständlich mehrere Schweißköpfe 23 auf der drehbaren Platte 9 angebracht

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werden, wenn mehrere gleiche Radialarme 35 vorgesehen sind.

Fig. l4 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 13, die auch für eine Probeschweißung in wahrer Größe von einer Orbitalnaht bei schrägliegenden Rohren geeignet ist. Es genügt dazu, den Sockel 1 zu neigen, in dem die Gewindestange 4 in entsprechender Richtung so lange gedreht wird, bis die Welle 8 den gewünschten Winkel gegen die Horizontale einnimmt,

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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Figuren 15 und 16 wiedergegeben ist, unterscheidet sich von dem in der Fig. 13 nur dadurch, daß die Platte 38, an der die beiden Röhrenelemente 32a und 32b befestigt sind, unmittelbar fest mit der drehbaren Platte 9 verbunden ist, so daß die Röhrenelemente 32a und 32b um die Achse A in Drehung versetzt werden können. Im Gegensatz dazu ist der Schweißbrenner 23, der untersucht werden soll, auf einem festen Support 43 gehalten, welcher die Gestalt eines Kreissektors hat, der einen Winkel von wenigstens l80° einnimmt und dessen Innendurchmesser eii^wenig größer als der Durchmesser der drehbaren Platte 9 ist. Dieser Support ist selbst an einer vertikalen Säule 44 gehalten. Der Schweißkopf kann mit Hilfe stellbarer Organe 22a und 22b wie bereits früher beschriebenen befestigt sein, und zwar in einer beliebigen Winkelstellung auf dem Support 43· 45 bezeichnet eine Haspel für Schweißdraht, der dem Schweißkopf 23 zugeführt wird. Diese Haspel ist ebenfalls am Support 43 befestigt. Diese Vorrichtung ermöglicht eine fiktive Orbitalschweißung, bei der die Schweißstellung, die durch die Neigung des Schweißbrenners 24 gegen die Vertikale definiert ist, unveränderlich bleibt, wodurch im wahren Maßstab die Krümmung der Blechelemente wieder eingeführt wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Simulieren der Orbitalschweißung an
ortsfesten Metallelementen, insbesondere Rohrkörpein, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden
Kanten zweier ebener Blechplattenelemente verschweißt werden, während die Platten mit fortschreitender Schweißung um eine feste Achse geschwenkt werden, so daß das geschmolzene Metall nacheinander sämtliche Lagen einnimmt, die es auch bei der tatsächlichen Orbitalschweißung durchläuft.

2. Vorrichtung zum simulieren von Schweißvorgängen, insbesondere von Orbitalschweißvorgängen an ortsfesten Metallelementen, vorzugsweise Röhrenelementen, gekennzeichnet
durch eine um eine horizontale Achse mit stellbarer Neigung drehbare Platte, Mittel, die der Platte eine kontrollierte Drehbewegung erteilen, und Mittel zum Befestigen wenigstens eines Schweißkopfes auf der Platte und gegenüber dieser beweglich.

j5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Platte. (9) einen Tisch (lO) trägt, der im wesentlichen parallel zur Drehachse (A) der Platte ausgerichtet ist, ferner einen Antriebswagen (15) für den Schweißkopf (23)

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der parallel zum Tisch (10) geführt ist, dass Mittel (17,, l8) vorgesehen sind, um dem Wagen (15) und dem Schweißkopf (23) eine gesteuerte Bewegung evtl. synchronisiert mit der gesteuerten Drehbewegung der drehbaren Platte (9) zu erteilen, und Mittel zum Befestigen von zwei Blechplattenelementen (12a 12b) auf dem Tisch (10), deren geradlinige Kanten in der
ebenfalls geradlinigen Verlängerung des Schweißbrenners (24) einander gegenüber—stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß eine Kante des Tisches (10) an der drehbaren Platte (9) um eine senkrecht zur Drehachse (A) der Platte (9) gerichtete Achse (B)(schwenkbar befestigt ist), daß an dieser Kante des Tisches (lO) eine zur Tischebene senkrecht stehende Tafel
fest angebracht ist, die den Wagen (15) für den Schweißkopf (23) trägt, und dass Mittel (25) vorgesehen sind, um den Tisch (10) und die Tafel (ll) in einer bestimmten, gegenüber der
drehbaren Platte (9) einstellbaren Neigung zu halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf (23) an der drehbaren Platte (9) mit
einem Radialarm (35) befestigt ist und dass Mittel (37,38,39) vorgesehen sind, um zwei röhrenförmige Metallelemente (32a, 32b) in fester Stellung vor der drehbaren Platte zu halten, deren einander gegenüberstehende kreisförmige Randkanten in der

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Verlängerungslinie der ebenfalls kreisförmigen Bahn des Schweißbrenners (24) liegen.

6. Vorrichtung zum Simulieren von Schweißvorgängen insbesondere der Orbitalschweißung an ortsfesten Metallelementen , vorzugsweise Röhrenelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Platte (9) aufweist, die drehbar um eine horizontale oder regelbar geneigte Achse befestigt ist, dass Mittel vorgesehen sind, um der Platte (9) eine kontrollierte Drehbewegung zu erteilen, ein fester Support (43) in Form eines Kreisringsektors vorhanden ist, der die drehbare Platte (9) konzentrisch umgibt, Befestigungsmittel für einen Schweißkopf (23) am feststehenden Support 0K5) in einer bestimmten und einstellbaren Winkelstellung zur Achse der drehbaren Platte (9) vorhanden sind und Mittel (38,39) zum Befestigen von zwei metallischen Röhrenelementen (32a,32b) auf der drehbaren Platte (9) derart, daß deren kreisförmige Randkanten mit dem Schweißbrenner (24) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

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