DE2403189C3

DE2403189C3 - Verfahren zum Simulieren der Orbitalschweiming an ortsfesten Metallelementen, insbesondere Rohrkörpern, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2403189C3
Application number: DE2403189A
Authority: DE
Inventors: Edmond Andre Paris Minkiewicz
Original assignee: Entrepose Gtm Pour Les Travaux Petroliers Maritimes Etpm Paris Ste
Current assignee: Entrepose Gtm Pour Les Travaux Petroliers Maritimes Etpm Paris Ste
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1974-01-23
Publication date: 1979-02-01
Also published as: NL7401418A; GB1459123A; IE39057B1; LU69167A1; FR2241376B1; JPS5337825B2; US3904845A; IE39057L; IT1004952B; BE809815A; SE7404213L; FR2241376A1; SE407914B; JPS5045755A; DE2403189B2; DE2403189A1; CA996200A; DK420574A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Simulieren der Orbitalschweißung an ortsfesten Metallelementen, insbesondere Rohrkörpern, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

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 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 gespeist 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

ίο z. B. der Führmechanismus 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 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 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die Orbitalschweißung Mittel zu schaffen, solche Versuche in natürlichem 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.

Diese Aufgabe ward hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß die einander gegenüberstehenden

ω Kanten zweier Blechplatten 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 Orbital schweißung durchläuft.

Die Einzelzustände der Umlaufnahtschweißung ergeben sich besonders dadurch, daß die Masse des geschmolzenen Metalls in der Folge die unterschiedlichsten Stellungen in bezug zur Schwerkraftrichtung

jo 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, während trotzdem sichergestellt ist, daß dabei Bedingungen auftreten, die praktisch identisch den tatsächlichen Bedingungen bei der Schweißung von umlaufenden

Nähten sind.

Es ist aus der DE-OS 2 201175 ein Werkstückhalter mit kippbarem Drehtisch für Schweißarbeiten bekannt, mit dein das zu schweißende Werkstück in eine günstige Lage gegenüber der Schweißflamme oder dem Schweißlichtbogen gebracht werden kann, der seinerseits vorzugsweise ortsfest gehalten wird. Eine eigene Halterung für einen Schweißkopf oder gar eine solche, die gegenüber der schwenkbaren und drehbaren Aufspannplatte für das Werkstück bewegbar ist, ist bei dieser bekannten Vorrichtung jedoch nicht vorgesehen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung mit einem Schweißkopf und mit einem um eine Achse mit stellbarer Neigung drehbarer Platte derart ausgebildet, daß der Schweißkopf auf der Platte, und gegenüber dieser beweglich, angeordnet ist.

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 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 deiart 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 bestimmten Neigung gegenüber der drehbaren Plattform halten, welche auch noch einstellbar ist.

Die Vorrichtung nach der Erfindung bietet zusätzlich zu den Versuchen, umlaufende Schweißnähte auszuführen, 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 blokkieren.

Nachfolgend wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Seiten- und Frontansicht des Ausführungsbeispiels, mit dem insbesondere eine simulierte Schweißung einer umlaufenden Schweißnaht an zwei ebenen BJechplatten vorgenommen wird,

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

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

Das Ausführungsbeispiel der Simulationsvorrichtung nach 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 Drehung 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.

Auf der Oberseite des Sockels 1 ist ein Winkelrahmen 6 angebracht, z. B. aus Metallprofilträgern, der ί 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

ίο der Welle 10 erstreckt. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist der Tisch 10 mit einer seiner Kanten derart mit der drehbaren Platte 9 verbunden, daß er um eine Achse B geschwenkt werden kann, die senkrecht zur Rotationsachse A der Platte 9 gerichtet ist.

Darüber hinaus 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 Teilen 10 a und 10b, die gegeneinander verschiebbar sind, so daß

ίο zwischen ihnen ein Spalt 10 c von einstellbarer Breite gebildet werden kann, der in einer senkrecht zur Achse A der Welle 8 gerichteten übene liegt. Die Oberfläche (in der Fig. 1) des Tisches ltist mit Nuten und Durchbrüchen versehen, so daß mit Spannelementen in bekannter Weise zwei Blechplatienelemente 12a und 12b darauf befestigt werden können, die dan;; mit ihren geradlinigen Kanten in der vertikalen Ebene (in Fig. 1) des Spaltes 10c des Tisches 10 praktisch aneinanderstehen.

jo Auf der Vorderseite der Tafel Ϊ.1 ist eine ebene Gleitführung 13 befestigt (s. auch Fig. 3 und 4), gegenüberliegend zur drehbaren Platte 9 und parallel zur Achse B des Tisches 10. Die ebene Gleitführung 13 weist zwei Schienen mit Kreisquerschnitt 14a und 14fe auf, an denen frei ein Wagen 15 laufen kann. Dieser besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte in Form eines T, die an den Schienen 14 a und 14 b mittels Rollen 16a und 16b geführt ist. Die Verschiebung des Wagens in Längsrichtung der Gleitführung

13 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 18 zur Drehung angetrieben, der ebenfalls an der Gleitführung 13 befestigt ist. Der Ge'riebemotor 18 erhält seine elektrische Speisung über einen Schleifringsatz 19 (Fig. 1) am Ende der Welle 8, das der drehbaren Platte 9 abgewandt liegt. Es sind außerdem Endschalter 20a und 20 b im Speisungskreis des Getriebemotors 18 vorgesehen, die vom Wagen 15 dann geschaltet werden, wenn er sich dem Ende der Gleitführung 13 nähert. Zwischen den Endpunkten kann die Bewegungs-Amplitude des Wagens 15 in bekannter Weise mit Hilfe von Begrenzungskontakten 21a und lld eingestellt werden, die entlang der Gleitführung 13 verschiebbar sind.

Die Vorderfläche des Wagens 15 ist in kreuzförmiger Anordnung mit Gleitführungen versehen, die einstellbare Spanncrgane 22a und 22b (Fig. 1) aufweisen, welche day Befestigen irgendeines beliebigen Schweißkopfes Ii erlauben.

Die Anordnung ist derart^ daß der Sehweißbrenner 24 des Schweißkopfes 23 in der vertikalen Ebene (in Fig. 1) des Spaltes 10c des Tisches IU 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 Wa-

gen 15 sich selbst entlang der Gleitführung 13 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 2Sb 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 (Fig. 2) ist an der drehbaren Platte 9 befestigt, um dieser bezüglich der Arrive α der Welle 8 Gleichgewicht zu erhalten. Die Schlcifringanordnung 19 besitzt noch weitere Schleifringe, die über isolierte Leiter im Innern der V»elle 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 Umstanden tür die l-unktion de·; Schweißbrenners 24 benötigt wird, welches über eine Leitung 27 in 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 Ge'.riebemotor 29 angebracht, durch den die Welle 6 und damit verbund/n die drehbare Platte 9 in Drehung versetzt wird, was beispielsweise über ein Ritzel erfolgen kann, das nicht dargestellt i«t und z. B. einen Schlitz im Lager 7 durchsetzt. Der Getriebemotor 29 und der Getriebemotor 18 werden beide von einer Steuereinheit 30 gesteuert, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf dem Sockel 1 unterhalb des Getriebemotors 29 steht. Die Steuereinheit 30 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 23. der darin befestigt ist, einzuwirken, so daß dessen Verschiebung entlang der Gleitführung 13 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 15 in verschiedenster Weise programmiert werden können, um die Schweißversuche durchzuführen, die später im einzelnen beschrieben werden. Die Steuereinheit sorgt auch für das Einschalten und das Absetzen des Schwe!3kopfes 23 nach einem bestimmten Programm. Eines dieser Programme ermöglicht z. B. den Beginn des Aufheizens der Blechelemente 12a und 12 b 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 Fig. 1 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 dei Schweißmatcrialien, die bei diesen Arbeiten benötigt werden, machen immer mehr Vorversuche erforder-

^Λ> lieh, die in Laboratorien durchgeführt werden, wobei dann die vorgesehenen Schweißverfaliren und die Materialien, die verarbeitet werden sollen, beobachtel werden können. Zum Material gehören unter anderem auch die verschiedenen Schweißköpfe und ihre

in Schwcißflammen, aber auch die ganzen Zusatzeinrichtungen z. B. für die Stroinspeisung, die verschiedenen Gaszusiitzc und selbstverständlich die zugeführten Materialien wie Schweißstäbc oder dergleichen. Es ist selbstverständlich cnmöglich, in allen

r> Einzelheiten die verschiedenen unterschiedlichen Typen von Verfahren und Schweißmatcrialien wie auch Schweißeinrichtungen hier zu beschreiben, die mit dci Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 Versuchen unterzogen werden können; es sollen -lher kurz einige in> >giiehe Versuche aufgezeigt werden, von denen gewisse neu sind und in den Rahmen der Erfindung pehören I. Simulation der Schweißung einer Verbindungsstelle, die über ihre gesamte Länge einen konstanten Winkel mit der Vertikalen einschließt

_>^r> Dies ist der Fall bei horizontalen und vertikaler Schweißnähten bei gewissen Metallkonstruktionei wie zylindrischen Behältern, Schiffrümpfen usw. Füi don Winkel, den die Schweißnaht gegenüber der Vertika'e·* einnimmt, können vier Hauptlagen dei

κι Sch veißung angenommen werden, die in den Fig. 5 bis 8 dargestellt sind und die sämtlich mit einer Stellung des Sockels 1 der Einstellung gemäß Fig. I unc 2 durchgeführt werden können, die die Horizontalstellung gemäß Fig. 1 ist. In allen diesen Figuren sind

η mit 12a und mit 12/) die beiden Blechelemente bezeichnet, die auf dem Tisch 10 aufgespannt sind unc sich mit ihren geradlinigen Kanten in der Richtung der Schweißnaht, die mit X-X' angedeutet ist, gegenüberstehen, während 24 den Schweißbrenner odei

■in den Schweißlichtbogen des Schweißkopfes 23 bezeichnet, wobei eine Verschiebung des Wagens 1£ entlang der Gleitführung 13 eine Parallelbewegung in Richtung X-X' der Schweißnaht erlaubt, wie dies durch den Pfeil / angedeutet ist. Die Schweißung ir

4ι der waagerechten Ebene, die schematisch in Fig. 5 angedeutet ist, kann dadurch ausgeführt werden, daE die Achse D des Tisches 10 (Fig. 1), der von dei drehbaren Platte 9 getragen wird, die horizontale Lage beibehält, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die Vertikalnahtschweißung, die in Fig. 6 schematisch dargestelll ist, wird so durchgeführt, daß der Tisch 10 gegenüber der drehbaren Platte 9 die in Fig. 1 gezeigte kelativlage 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-X'. Entsprechend der Verschiebungsrichtung des Schweißbrenners 24, die mit den beiden Pfeilen /, und

μ /_? angedeutet ist, wird entweder eine steigende odei 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 ein Gesamtdrehwinkel von 180° erreicht ist, kann eine Uberkopfschweißnaht gemacht werden, wie dies die Fig. 7 zeigt. Schließlich wird bei Winkelstellung der drehbaren Platte 9 gemäß Darstellung in dei Fig. 1, in der die Achse B des Tisches 10 waagerechl

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 10 verbunden ist, in die horizontale Lage, was durch Betätigung der Gewindespindel 25 erfolgt, und nun kann eine waagerechte Schweißnaht an senkrechter Wand ausgeführt werden, wie dies Fig. 8 zeigt. R^i diesen verschiedenen Einstellungen können die drohbare Platte 9 und ihre Welle 8 in den entsprechenden Winkelstellungen festgelegt werden, und die Steuereinheit 30 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. I gezeigten Stellung durchgeführt werden, wobei die Plattform 9 dann selbst in einer beliebigen Winkelstellung zwischen den in den Fig. 5 bis 7 gezeigten und voranstehend beschriebenen festgelegt werden kann.

2. Simulieren von Schweißverbindungen mit vr riablem Winkel gegenüber der Vertikalen:

Γ? ^t z. B. gewünscht, kreisförmige Schweißnähte zwischen Rohrelementen gleichen Durchmessers anzubringen, deren 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. Ölleitungen. 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 ZZ' 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 /, bzw. /₂ gehen kann. Für eine bestimmte Winkelstellung des Schweißbrenners 33 zur Achse ZZ' ist die Richtung der Schweißnaht vollständig bestimmt durch die Tangente XX' an den Kreis, der durch die Schnittebene der Schweißnaht mit der zylindrischen Mantelfläche der Rohrelemente 32a und 326 in der vertikalen Ebene gegeben ist. In der Fig. 10 sind 4 Stellungen wiedergegeben, die der Schweißbrenner 33 bei seinem Umlauf im Sinne des Pfeiles /, nacheinander einnimmt, und für jede der 4 Stellungen ist zusätzlich zu der örtlichen Richtung der Schweißnaht XX' mit einem Vektor G die Richtung senkrecht abwärts und mit einem Vektor 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 34, der sich vor der Elektrode des Schweißkopfes 33 bildet, nimmt eine Gestalt und eine räumliche Ausdehnung an, die weitgehend von den relativen Richtungen X-X' 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 Durchmesserlinien. 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 äu-

i' Bcrcn Enden des vertikalen Durchmessers vergleichbar mit der vertikalen Schweißnaht gemäß Fig 6. Dip Besonderheit des Orbitalschweißens besteht jedoch darin, daß der Schweißbrenner nacheinander sämtliche Zwischenstellungen zwischen den soeben be-

.'Ii schriebenen Extremstellungen einnimmt. Gerade diese Besonderheit der fortwährend sich ändernden Schweißstellung bei der Ausführung von Orbitalschweißnähten und die sich dabei ergebenden Schwierigkeiten machen aber gerade das Bedürfnis nach der-

-'Ί artigen 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 Gern wichte 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

Γι 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,

4» 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 gegenüberste-

4-1 henden Kanten der beiden Blechplattenelemente 12a und 126 miteinander zu verschweißen, die auf den Tisch 10 aufgespannt sind, indem dabei der Tisch um seine feste Achse, nämlich die Achse der Welle 8 der drehbaren Platte 9, geschwenkt wird im Sinne und in

5n der Geschwindigkeit des Voranschreitens der Schweißung, d. h. der Verschiebung des Wagens 15 entlang der Gleitführung 13, an dem 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 Fig. 1 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 Weise koordiniert ist.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Simulieren der Orbitalschweißung an ortsfesten metallischen

ίο

Elementen, nämlich Rühren, ist darin begründet, daß in der Tat sämtliche wirkliche Stellungen der Schweißung, die vorstehend an Hand der Fi g. 10 beschrieben wurden, tatsächlich reproduziert werden können, da in jeder Position das gekrümmte Verbindungselement als ein geradlinige* Element betrachtet werden kann. Diese Annäherung ist praktisch fehlerfrei, da die Rohrelemente, d',e 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, 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 12/) sollten eine Länge haben, die gleich dem Außenumfang der Röhrenelemente, deren Schweißung simuliert werdensoll, ist oder dessen Vielfaches, da dann mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Fig. I 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 2 erfordert dabei lediglich, die Achse A der Welle 8 der drehbaren Platte 9 um eben diesen Winkel zu neigen, indem die Gewindestange 4 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 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 Zuhilfenahme der Vorrichtung nach der Erfindung erbringt folgende weitere Vorteile: Der Schweißvorgang kann leicht auf den beiden Seiten der ebenen Blechplatten 12a und

■Ί \2b beobachtet werden, nämlich durch den Schlitz IQc 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 Blechin plattenelemente 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 Orbitalschweißune. die Anlaß zn Schwieripkpil^n ocrhon. wip rtw;i

2i) 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 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

id es möglich, die Länge einer kritischen Zone der Schweißverbindung beispielsweise um den Faktor IO zu vergrößern. Bestehen die miteinander zu verschweißenden Elemente aus einem Material, das vor dem Schweißen erhitzt werden muß, so ist dieser Vor-

r> gang 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 und 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Simulieren der Orbitalschweißung an ortsfesten Metallelementen, insbesondere Rohrkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Kanten zweier Blechplatten 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 Rohrelementen, mit einem Schweißkopf und mit einer um eine Achse mit stellbarer Neigung drehbaren Platte, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf (23) auf der Platte (9) und gegenüber dieser beweglich angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Platte (9) einen Tisch (10) trägt, der zur Halterung von Blechplatten (12e, 12 b) parallel zur Drehachse (A) der Platte ausgerichtet ist, ferner einen Antriebswagen (15) für den Schweißkopf (23), der parallel zum Tisch (10) geführt ist.

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) schwenkbai befestigt ist, daß an dieser Kante des Tisches (10) eine zvs Tiscr^bene senkrecht stehende Tafel fest angebracht ist, die den Wagen (15) für den Schweißkopf (23 trägt, und daß über ein Stellrad (25) der Tisch (10) und die Tafel (11) in einer bestimmten, gegenüber der drehbaren Platte (9) Neigung einstellbar sind.