DE2437880A1

DE2437880A1 - Verfahren zum schweissen von rohren

Info

Publication number: DE2437880A1
Application number: DE2437880A
Authority: DE
Inventors: Clyde F Kaunitz
Original assignee: NEANDER HERBERT B
Current assignee: NEANDER HERBERT B
Priority date: 1973-08-06
Filing date: 1974-08-06
Publication date: 1975-02-20
Also published as: JPS5050248A; CA994130A; GB1469561A; NO742823L; US3849871A

Description

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6. August Gzf/Rö

Clyde Έ. Kaunitz 2300 G-roveland Road,.May City» Michigan 48076-Herbert B. Feander 5500 W. 102nd Street* Oak lawn, Illinois 60435

Verfahren zum Schweißen von Rohreri

Die Erfindung betrifft allgemein ein Schweißverfahren und insbesondere ein Verfahren zürn Schweißen von großen rohrartigen Teilen, bzw. zum Aneinanderschweißen von Rohren.

Es sind viele Verfahren zum Aneinanderschweißen von rohrartigen Teilen zur Herstellung von Flüssigkeitsleitungen bekannt. Viele dieser bekannten Verfahren weisen jedoch Einschränkungen auf, die ihrer Anwendung auf Werkstätten oder auf Rohre kleinen Durchmessers beschränken und daher nicht geeignet sind, um vollständig dichte Schweißnähte bzw. Schweißstöße zwischen Rohren zu bilden, die die zur Führung von Gas und Öl erforderliche Wanddicke und Durchmesser aufweisen und großem äußeren, Druck und Temperaturänderungen aufgrund der Tatsache ausgesetzt sind, daß sie unter Wasser verlegt worden sind oder sich in arktischen Gebieten befinden. Das Erfordernis für ein Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht bzw. eines Schweißstoßes, der nicht nur harten Um- , Weitbedingungen wiederstehen sondern auch im Freien, d.h. nicht in einer Werkstätte sondern bei der Verlegung hergestellt werden

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kann, ist insbesondere angesichts der wachsenden Nachfrage für Öl und Gas und der immer größer werdenden Umweltschutz-Anforderungen hinsichtlich möglicher Ausfälle öder Brüche derartiger Leitungsführungen oder Pipelines äußerst dringend. »

Typische, bei Gas- oder Öltransportleitungen verwendete Rohrabschnitte weisen einen Durchmesser im Bereich von etwa 15 bis 150 cm (6 bis 60 Zoll) und eine Wanddicke von etwa 15 mm (5/8 Zoll) bis etwa 38 mm (1 1/2 Zoll) und eine Länge von annähernd 12 m (40 Fuß) auf. Das Problem beim Verbinden von Rohrabschnitten derartiger Größe besteht darin, daß die erforderlichen sehr dicken Wände nicht in einem einzigen Arbeitsgang ausreichend zufriedenstellend zusammengeschweißt werden können. Die auf die Rohrverbindung aufgebrachte Wärme, um das Schweißen zu erreichen, dringt nicht genügend gleichmäßig in das Metall ein, um ein vollständiges Zusammenfließen des Materials der beiden Teile über der ganzen Endwand zu erreichen. Die Verbindung ist daher weich, nicht vollständig dichtend und Gegenstand von Fehlstellen. Eine übliche RohrschwelBmeAhode, die dieses Problem löst, erfordert anfänglich, daß die Endflächen der zusammenzufügenden Rohre entweder mit einer Flamme oder durch eine Maschine auf eine innere Neigung von dem äußeren Durchmesser zu einem Punkt in der Nähe der Innenseite geschnitten werden, mit einer umgekehrten Neigung von diesem Punkt zum inneren Durchmesser. Nachdem dieses Schneiden vollendet ist, wird eine erste Schweißnaht von der Innenseite des Rohres hergestellt, welche üblicherweise als Dicht- oder Wurzeinaht bezeichnet wird. Darauffolgend werden Füllnähte durchgeführt,

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um die Verbindung von der Wurzelnaht nac.h außen vollständig zu füllen. Das Flammenschneiden der Rohrendseiten auf zwei gegenüberliegenden Neigungen um ein "v" zu formen, nimmt natürlich Zeit in Anspruch. Die Ausbildung der Wurzelnaht von der Innenseite des Rohres ist ebenso schwierig.

Das US-Patent 3 002 191 (Thielsch) lehrt eine Verfeinerung dieser Verbindungsschweißung, indem die zusammenzufügenden Rohrenden mit einer Maschine bearbeitet werden, um Material von jedem der Enden zu entfernen und eine wesentliche Kerbe zwischen den Rohren auszubilden, deren Boden durch den Anschlag zweier Lippen oder Wurzeln gebildet wird. Die Enden der Rohre sind in Abstand zueinander angeordnet und ein Schweißring wird zwischen ihnen so eingesetzt, daß, wenn die Temperatur an den Enden und dem Ring steigt, das Metall des Ringes dazu dient, die Lippen ineinanderfließen zu lassen und eine Wurzelnaht zu bilden. Das US-Patent 3 406 444 (Parker) lehrt ebenso die Lippen oder Vorsprünge an den Enden jedes Rohres mit einer Maschine zu bearbeiten, so daß jede einen nach oben sich erstreckenden Flanschteil hat, um ein Extrametall für das Zusammenfließen zu schaffen. Die Rohrenden werden dann in eine benachbarte Beziehung zueinander gebracht und durch einen Heliarkprozeß erwärmt, um die Wurzelnaht zu bilden.

Eine andere Form des oben erwähnten Verfahrens erfordert eine äußerst genaue Maschinenbearbeitung der Rohrenden, um die sich axial erstreckenden Vorsprünge an jedem Ende auszubilden. Die

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Vorsprünge werden dann vorsichtig in einen Abstand von ungefähr 0,1 cm (0_y04 inch) gebracht und dann auf einen Abstand von 0,157 cm (0,062 inch) gesägt. Nach dem Sägen wird ein heißer Draht mit einem Durchmesser von 0,1 cm (0,04 inch) zwischen die VorsprUnge gelegt, um die Wurzelnaht zu bilden. Darauffolgend werden Füllnähte ausgeführt, bis die Verbindung ausgefüllt und fertiggestellt ist. Die ausgesprochen hohe Genauigkeit'dieses Verfahren erfordert, ist offensichtlich sehr schwierig zu erreichen, kostet Zeit und ist auf diesem Gebiet recht teuer.

Ein anderes Schweißverfahren, daß als Stumpfschweißverfahren bekannt ist, wird verwendet, um Rohre mit kleinen Durchmessern geringer Wandstärke zu verbinden. Das amerikanische Welding Society Welding handbook 5. Ausgabe lehrt, das Stumpfschweißen von Stahlrohren im Freien bei Stahlrohren mit einer Wandstärke von 0,63 cm. Das Rohrende muß durch eine Maschinenbearbeitung mit einer Manschette versehen werden, es muß Wärme und dann ein hydraulischer Druck axial zu den zu schweißenden Gebiet in der Größenordnung ungefähr 703 kg pro cnr (10.000 Psi) aufgebracht werden, um die Rohrenden miteinander zu verbinden. Das Stumpfschweißen wird durch den von der Hydraulikvorrichtung gelieferten Druck begrenzt. Beispielsweise müssen die Rohre entweder innen oder außen zusammengeklammert werden, wobei sowohl radiale als auch axiale Kräfte auftreten. Bei einem typischen Rohr mit einem Durchmesser von 91»4 cm (36 inch) und einer Wandstärke von 18 mm (3/4 inch), muß jede Rohrklammer eine

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axiale Kraft von ungefähr 476 t (1.050.000 pounds) und eine radiale Kraft von ungefähr 318 t (700.000 pounds) aufbringen, um ein Stumpfschweißen entsprechend der oben erwähnten Methode durchführen zu können. Die Anwendung solcher Kräfte belastet den Stahl jedoch mit ungefähr 1.480 kg pro cm (21.000 Psi), wobei daß im allgemeinen erlaubte Maximum dieser Rohrarten nur bei 630 kg pro cm (9.000 Psi) liegt. Dies würde daher ein Brechen des Rohres zum Ergebnis haben. Ein Rohr, das genügend fest ist, um solchen Drücken zu wiederstehen, wäre schwierig auszulegen und ausgesprochen teuer und schwierig herzustellen. Aus diesem Grund wird das Stumpfschweißen nicht bei Rohren verwendet, die eine solche Größe haben, die für den Öl- und Gastransport notwendig ist.

Alle oben erwähnten Verfahren haben schwere Nachteile, wobei in erster Linie die benötigte Zeit und das benötigte Fachwissen hervortreten, um"zufriedenstellend Rohre großen Durchmessers im Freien zu verschweißen, weiter die Notwendigkeit besondere Materialien zu verwenden, wie z.B. Schweißringe und was besonders wichtig ist, ist die hohe Wahrscheinlichkeit von Fehlstellen in der Schweißnaht, besonders in der Wurzelnaht. Infolge der großen Kosten der Instandsetzung und des Flüssigkeitsverlustes und der Umweltschaden, welche durch Fehler in solchen Rohren hergerufen werden, muß jede Schweißnaht in einem automatischen Verfahren hundertprozentig ausgebildet werden und sowenig wie möglich Facharbeiter erfordern.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein einfaches, leicht durchzuführendes Rohrschweißverfahren, um Rohre mit ihren Enden zu verschweißen, indem eine vollkommen dichte ausgesprochen feste Verbindung hergestellt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung weist nicht die Nachteile des Standes der Technik auf, indem es, die Schritte des Stumpfschweißens und des Schmelzschweißens in einzigartiger Weise verbindet, um eine vollkommene Verbindung herzustellen. Die gegenüberliegenden Endflächen der Rohre, die verbunden werden sollen, werden erst mit einer Maschine so bearbeitet, daß sie einen radial dünnen, axial sich erstreckenden Vorsprung um das Ende jeden Rohres benachbart zur inneren Fläche des Rohres bilden. Die zwei Rohre werden dann koaxial mit ihren VorSprüngen ausgerichtet, um eine enge Abstandsbeziehung zu schaffen. Die benachbarten Vorsprünge und Endflächen des Rohres bilden dann eine Schweißkerbe, welche sich um den Umfang der Verbindung der zwei Rohre erstreckt. Diese Verbindung, einschließlich der Vorsprünge, wird dann vollständig und einheitlich erwärmt, während der Spalt um die Verbindung mit einem Inertgas abgedeckt wird, um die Oxydation zu verhindern. Wenn die Verbindung, einschließlich der zwei dünnen Virsprünge auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wurde, werden die zwei Rohre aufgrund einer Kraft auf ihren konzentrischen Achsen genügend zueinander bewegt, um die Vorsprünge zu stauchen und sie vollständig und einheitlich über ihre ganze Fläche in einer Wurzelnaht zusammenzuschweißen. Diese Stauchkraft wird durch eine innen ausgerichtete Klammervorrichtung erreicht, welche eine radiale

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Kraft gegen die Innenfläche des Rohres aufbringt, um eine Reibung zu schaffen, die ein Gleiten verhindert und die ebenso eine axiale Kraft aufbringt, um das Stauchen hervorzurufen. Im allgemeinen sollte die durch die Klammervorrichtung radial aufgebrachte Kraft in der Größenordnung von 1,5 χ der axialen Kraft sein.

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Die vollständig geschmolzene und fehlerfreie Wurzelnaht verbindet die Rohre sicher und flüssigkeitsdicht miteinander. Wenn es notwendig ist, kann dann die Innenseite der Schweißkerbe, besonders die Oberfläche des Wurzelteils maschinell bearbeitet werden, durch Vorrichtungen wie beispielsweise ein sich drehendes Fräswerkzeug, um das unebene Material von der Kehle der Verbindung zu entfernen. Dies ist bei der Art und Weise, in der die Wurzelnaht hergestellt wurde, nicht notwendig. Schließlich werden darauffolgende Füllniete mit geeignetem Schweißmaterial durchgeführt, bis die Schweißkerbe gefüllt und die gesamte Verbindung fertiggestellt ist.

Das oben beschriebene Verfahren ist äußerst schnell und da das Aufheizen, das Stumpfschweißen, das Fräsen, wenn benötigt, an einer Station durchgeführt werden können, während das Schmelzschweißen an einer vorhergegangenen Stumpfschweißverbindung an einer getrennten Station durchgeführt wird, ermöglicht dieses Verfahren fehlerfreie Verbindungen schnell im Gelände herzustellen, ohne das ausgesprochene Facharbeiter benötigt werden oder exakte Toleranzen eingehalten werden müssen. Rohre von praktisch jedem gewünschten Durchmesser und jeder gewünschten Wandstärke können mit diesem Verfahren geschweißt werden, da der geringe Wurzelkeil, welcher stumpfgeschweißt wird, die Schweißfläche entscheident reduziert und daher die axialen und radialen Klammerkräfte, die notwendig sind um diese Vorsprünge miteinander zu verschweißen, wesentlich reduziert werden. Beispielsweise werden die notwendigen Kräfte, um das Rohr mit einem Durchmesser von 91 cm (36 inch) zu verschweißen, auf eine radiale Kraft von 136 Tonnen (300 000 pound) und auf eine axiale Kraft von 90 Tonnen (200 000 pound) auf jedem Rohr reduziert. Die Spannung wird auf diese Weise auf ungefähr 422 kg pro cm (6000 p.s.i.) redu-

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ziert, was gut in den erlaubten Spannungsbereich des Rohres liegt. Die Verminderung der Schweißfläche auf den Wurzelteil gestattet eine leichtere Stumpfschweißung durchzuführen, erlaubt jedoch den Vorteil der schweren Wand des Rohres wahrzunehmen, umdagegen zu klammern. Die geringe radiale Dicke des Vorsprungteils gestattet eine gleichförmige Erwärmung, welche die normale Wanddicke des großen Rohres nicht gestattet.

Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Verbijidung^vpn Rohrteilen mitihren Enden zu schaffen, welches schnell und wirkungsvoll ist, und dennoch eine größe Zuverlässigkeit aufweist. ' ^ „■---"""

Es soll ein Verfahren für die Verbindung von Rohrenden geschaffen werden, in dem eise- Schweißverbindung geschaffen wird, welctif siehsr^ilnd fehlerfrei.4iesje wieder miteijiaader abdichtet. Es,soll ein Verfahren geschaffen werden^ um Rohrenden miteinander zu verbinden, welche—eine einzigartige Kombination von Stumpfschweißen und Schmelzschweißen darstellt, um. eine fehler-^..= freie Dichte und sichere Verbindung zwischen diesen—Gliedern zu schaffen. Es soll weiter ein Verfahren für das Verschweißen von Rohrenden geschaffen werden, bei welchem die Vorbereitung der Enden der Rohre in der Werkstatt oder im Freien durchgefüht werden kann und wobei das Schweißen durch angelerntes Personal im Freien schnell durchgeführt werden kann, wobei man sicher ist, daß jede Schweißnaht fehlerfrei ist. Es soll ein Schweißverfahren geschaffen werden, um Rohrenden miteinander zu verschweißen, welches keine maschinelle Bearbeitung der Rohrteile auf exakte Toleranzen oder die Verwendung von Zwischenplatten erfordert,

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um die Schweißnaht durchzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1-5 Querschnitte, gebrochene Ansichten der Rohre,

die mit ihren Enden zueinander angeordnet sind, wobei chematisch die Schritte der vorliegenden Erfindung dargestellt sind, durch welche eine fehlerfreie dichte Schweißnaht ausgebildet wird.

Fig. 1 die bearbeiteten Enden der mit ihren Enden im Abstand aufgericheten Rohre.

Fig. 2 das Heizen und Abdecken mit Schutzgas der Rohre

von Fig. 1;

Fig. 3 das axiale Zusammendrücken der Rohre, um die Wur-

teile jedes Rohres zu stauchen und um sie zusammenzuschweißen, um eine Wurzelverbindung zu schaffen;

Fig. 4 das Entfernen des unebenen Metalles von der Oberfläche der Wurzelverbindung;

Fig. 5 das Schmelzschweißen der verbleibenden Verbindung

zwischen den Enden der Rohre durch das Aufbringen auf einander folgender Lagen von Schweißmaterial. 509808/087 1

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In Figur 1 werden zwei gleiche Rohre 10 und 10' in einer Position gezeigt, um sie entsprechend dem Verfahren dieser Erfindung zu verbinden. Diese Rohre sind übliche Rohrabschnitte, die aus Metall hergestellt sind, das entsprechend dem besonderen Verwendungszweck, für welchen dieses Rohr ausgelegt ist, ausgesucht wurde. Diese Rohrabschnitte sind häufig 120 m und länger und haben Durchmesser die sich zwischen 15 cm und 150 cm und darüber bewegen. Die Wandstärke der Wände 14 und 14'jedes Rohres hängt von dem Verwendungszweck des Rohres und ebenso von der Länge und dem Durchmesser des Rohres ab. Die Wandstärke bewegt sich zwischen 0,3 mm bis 36 mm.

Die in der Figur 1 gezeigten Rohre 10 und 10' sind mitu ihren Enden gegeneinander angeordnet,,so daß üire Enden 16 und 16' mit ihren Endflächen gegeneinanderliegen. Wenn die Rohre verbunden sind, sollen die inneren Oberflächen 18 und 18' so glatt wie möglich sein, um der dadurch fließenden Flüssigkeit eine gute Führung zu geben. Der erste Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung wird vollständig in Figur 1 gezeigt. Dieser Schritt besteht aus dem Bearbeiten der Enden 16 und 16', welche mjPmaTer— weise zueinander parallel sind, wenn die Rohre mit ihren Enden gegeneinader in der gezeigten Art angeordnet werden. Dies geschieht im wesentlichen durch die Entfernung des Materials von den Enden jedes Rohres, wobei mehr Material in der Nähe der äusseren Flächen 20 und 20' jeden Rohres als in der Nähe der inneren Flächen 18 oder 18' entfernt wird. Das Material wird entfernt bis die Wurzelteile 30 und 30' an den Enden jedes Rohres vorzugsweise benachbart zu den inneren Flächen 18 bzw. 18' ausgebildet sind.

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Jeder Vorsprung wie zum Beispiel 30 hat im allgemeinen parallele obere und untere Oberflächen 32 und 34 welche durch eine Fläche 36 verbunden sind, so daß der Vorsprung parallel zur zentralen* Achse der Rohre 10 und 10' in Richtung des gegenüberliegenden Vorsprungs erstreckt. Der Teil des Endes jedes Rohres 10 und 10' über der Fläche 34 und 34' jeden Wurzelteiles oder Vorsprungsteiles 30 und 30' ist nach innen mit einem Winkel von ungefähr 9 bis 10 Grad abgeschrägt. Die nach innen abgeschrägten Endteile 40 und 40' zusammen mit ihren entsprechenden Wurzelteilen 30 und 30' bilden, wenn die Rohre koaxial ausgerichtet und in anschlagender Beziehung zueinander bewegt werden, eine Schweißkerbe 50, welche im einzelnen weiter unten beschrieben wird.

Die Höhe oder Dicke jedes Wurzelteils 30 oder 30', d.h. der Abstand zwischen der unteren Fläche 32 und der oberen Fläche 34 ist bedeutend geringer als die normale Wandstärke des Rohres und beträgt vorzugsweise ungefähr 0,5 cm (0,2inch), kann jeoch auch 0,063 oder 0,76 cm (0,25 oder 0,3 inch) betragen. Die Vorsprünge des Wurzelteils vom Fuß des abgeschrägten Teils 40 der Wand jeden Rohres ist normalerweise¹ der Größenordnung von 0,3 cm (1/8 inch). Es ist verständlich, da'diese Abmessungen nur zur Darstellung dienen und sich entsprechend der Größe aber durch Verwendung des Rohres, daß geschweißt werden soll, ändern können ohne daß sich von der Lehre der Erfindung entfernt wird.

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Wenn die Bearbeitung der Enden 16 und 16' der Rohrabschnitte und 10' durchgeführt wurde, werden die Rohre koaxial ausgerichtet, wie in Figur 1 zu sehen ist und in solcher Ausrichtung durch geeignete Klammer-und Kraftvorrichtungen 42 und 42' zusammengeklammert, wie es im einzelnen water unten beschrieben wird. Die koaxiale Ausrichtung der Rohre 10 und 10' gestattet eine ausgehende Ausrichtung der Wurzelteile 30 und 30', um in zufriedenstellender Weise die verbleibenden Schritte der Erfindung durchzuführen. Wenn die Ausrichtung erreicht wurde, wird ein Induktionsheizgerät 52 um die äußere Fläche 20 des Rohres über der Verbindung oder dem Gebiet das zwischen federn Rohr geschweißt werden soll angebracht. Die Induktionsheizvorrichtung 52 ist von üblicher Ausführung und weist normalerweise Wicklungen 54 und ein isolierendes Gehäuse 56 auf. Eine übliche Schutzgasvorrichtung (nicht gezeigt) wird betätigt, um Inertgas zu der inneren und äußeren Fläche des Rohres zu leiten, die die Verbindung umgeben, wodurch Luft und Sauerstoff von dem Gebiet der Verbindung vertrieben wird. Die mit Gas gefüllten 58 in dem Gehäuse 56 der Heizvorrichtung 52 in dem Inneren üer Rohre werden mit Inertgas gefüllt, während die Wicklungen 54 der Induktionsheizvorrichtung 52 mit Energie versorgt werden. Auf diese Weise wird das Verbindungsgebiet gleichzeitig aufgeheizt und der Sauerstoff wird herausgetrieben, um die Möglichkeit der Oxydation und des Feinstbrechen (eicroeracking) zu vermindern.

Die zwei radial dünnen, axial sich erstreckenden Wurzelteile oder Vorsprünge 30 und 30'. werden dann auf eine vorherbestimmte

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Temperatur erwärmen. Die Wärmeleitung durch das Metall an den Enden jedes Rohres wird durch die gestrichelten Gebiete 46 und 46' in der Figur 2 gezeigt. Diese Strichelung zeigt, daß die induktionserwärmte Zone an den Enden der beiden Rohre nicht nur ungefähr diegleiche ist, sondern daß die Erwärmung gleich und vollständig, besonders durch die radiale Dicke der Wurzelteile 30 und 30' geschieht, welche besonders kritisch ist, um eine fehlerfreie dichte Stumpfschweißnaht zu erhalten. Es ist klar, daß die Erwärmung des Gebiets, das geschweißt werden soll, viel schneller,leichter und vollständiger erreicht werden kann, in einem Rohr, das in der Art gemäß der Erfindung bearbeitet wurde, als in einem Teil, welcher die vollständige Wanddicke des Rohres wie bei den früheren Methoden aufweist. Weiter ist, wenn die vollständige Wanddicke großer öl- oder Gasrohre aufgeheizt werden soll,ist wahrscheinlich, daß die Teile benachbart zur inneren Oberfläche des Rohres nicht gleichmäßig genügend erwärmt wurden, so daß irgendeine versuchte Stumpfschweißüng über große Schweißgebiete unvollständig und fehlerhaft wurde.

Während des Aufheizens und des Ausrichtens nach dem vorliegenden Verfahren, beträgt der Abstand zwischen den Endkanten 36 und 36' der Wurzelteile 30 und 30' ungefähr 11 mm. Der Abstand kann von denen als Beispiel gegebenen 11 mm zu irgendeinem geeigneten Abstand variieren, um eine gute Wurzelverbindung herzustellen.

Die Rohrenden werden durch eine Induktionsheizvorrichtung 52 bis auf eine Temperatur erwärmt, welche ausreicht, um sicher zu sein, daß die Wurzelteile 30 und 30' miteinander verschmelzen,

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wenn sie gegeneinander gestaucht werden. Diese Temperatur ändert sich natürlich mit der Dicke der Wurzelteile und dem Material aus welchem das Rohr hergestelltst, kann jedoch leicht entweder durch einen einfachen Versuch bestimmt oder in den standardmetallurgischen Tabellen oder den Rohrherstellerlisten nachgesehen werden.

Wenn das Metall der Rohrenden auf die vorherbestimmte Temperatur erwärmt ist, wird eine Stumpfschweißnaht hergestellt, indem die Rohrteile 10 und 10' axial gegeneinander in einen innigen verschmelzenden Kontakt gebracht werden, wie man in Figur 3 sieht, wobei eine ausreichende Kraft auf die gestauchten Wurzelteile 30 und 30' aufgebracht wird, um eine mechanisch feste Wurzelschweißnaht zu bilden, welche" ein relativ glattes Endaussehen längs der inneren Wand des Rohres an ihrer Verbindung aufweist. Diese axiale Stauchkraft wird durch innen ausgerichtete Klammervorrichtungen 42 und 42' erreicht, welche ebenso eine radiale Kraft auf die Wände jeden Rohres ausüben. Diese radiale Kraft sollte ungefähr 1,5-mal der axialen Stauchkraft sein und ist notwendig, um eine genügend große Reibkräft zu schaffen, um ein Gleiten der Rohre relativ zu der Klammervorrichtung während des Stauchens zu verhindern, was die inneren Oberflächen verkratzen würde.

Um beispielsweise die Wurzelteile eines Rohres mit einem Durchmesser von 91 cm und einer Wandstärke von 18 mm zu stauchen, müssen die inneren Klammervorrichtungen eine radiale Kraft von 136 t auf jedes Rohr aufbringen, um eine genügend große Reibung

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zu schaffen, um ein Gleiten zu verhindern und der 90 t großen axialen Kraft standzuhalten,"-die aufgebracht wird, um die 703 kg pro cm (10.000 Psi) auf das Schweißgebiet aufzubringen, die notwendig sind, um die Wurzelteile zu stauchen.

Auf diese Weise werden die Wurzelteile 30 und 30' miteinander verschweißt wie in Figur 3 gezeigt ist, um eine dichte oder Wurzelverbindung 60 zu bilden. Diese Wurzelverbindung 60 schweißt die Rohre 10 und 10' vollständig zusammen. Da die Wurzelteile gleichförmig aufgeheizt und mit einer Kraft zusammengedrückt wurden, von der man wußte das sie ausreicht um ein Stauchen zu erreichen, um sie vollständig über ihre ganzen Flächen zu verbinden 1st die Wurzelverbindung eine vollständige flüssigkeitsdichte Verbindung. Da die Rohre axial ausgerichtet und der Abstand über ihrem Umfang konstant war, ist die Verbindung 60 einheitlich und um den ganzen Umfang des Rohres fehlerfrei und muß nur noch in der äußeren Kerbe 50 aufgefüllt werden, um die mechanische Festigkeit zu erreichen.

Wenn irgendein rauhes Material auf der Außenseite und/oder auf der Innenseite der Wurzelverbindung 60 vorhanden ist, kann es mit einem Fräswerkzeug 62 geglättet werden. Unter den meisten Umständen ist die Endbearbeitung durch Fräsen nicht notwendig und nur FüllSchweißnähte füllen die Schweißkerbe 50 vollständig auf.

Die Wurzelteile 30 und 30♦ können anfänglich zu leicht gekurvten Oberflächen 36 und 36' oder zu einem leichten nach oben gerichteten

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Kegel an dem Grundbearbeitet werden. Man fand* daß solch eine Form ein vollständig geschweißtes Muster rund um die Verbindung ergibt, ohne das Material nach innen heraus fließt, welches nicht gewünscht ist. .

Wenn einmal die ungewünschten Grate von der Verbindung 60 entfernt wurden, wird die Schweißkerbe 50 aufgefüllt,' indem aufeinanderfolgende Lagen Schweißmaterial aufgebracht werden, wie in Figur 5 gezeigt ist. Jede Lage Schweißmetall 64 kann durch die Verwendung eines üblichen Schmelzschweißwerkzeuges aufgebracht werden, welche in dem bekannten Verfahren wie z.B. beim Schutzgasschweißen (M.I.G.) aufgebracht werden. Dies kann mit automatischen Maschinen erreicht werden, so daß der Füllprozeß an einer Station durchgeführt werden kann, während die Bearbeitung das Stauchen und Stumpfschweißen an einer anderen Station durchgeführt wird. Das Auffüllen der Verbindung kann ebenso durch irgendeine andere geeignete bekannte Vorrichtung geschehen.

Obwohl die Induktionserwärmung für diesen Zweck als am wirkungsvollsten gefunden wurde, können andere Vorrichtungen zum Aufheizen der Rohrenden verwendet werden, wie z.B. geeignete Widerstandswicklungen» welche um die benachbarten Rohrenden gewickelt werden , oder durch die Verwendung geeigneter Reihen Blasrohre, für Heizgas. Ähnlich können die Klammer- und Kraftaufbringvorrichtungen, die verwendet werden, um die axialen und radialen Kräfte auf die Wände jedes Rohrteils aufzubringen gegen die äußeren Oberflächen des Rohres angeordnet werden. Die bevorzugte Stellung solcher Klammer- unü Kraftaufbringvorrichtungen ist jedoch be-

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nachbart zur inneren Oberfläche jedes Rohres.

Während die Wurzelteile oder Vorsprünge oben so beschrieben wurden, daß sie im allgemeinen parallele obere und untere
Oberflächen haben, soll bemerkt werden, daß diese WurzeHserile ^;' von irgendeiner gewünschten Form sein können, welche ein
vollständiges Schweißgebiet mit nicht gewünschten sich nach innen oder außen ergebenden Ausflüssen von Material während des Stauchens zu schaffen. Beispielsweise können Schwalbenschwanzförmige oder geneigte Vorsprungsformen verwendet werden, wenn dies für besondere Schweißaufgaben geeignet erscheint.

Während die Erfindung hinsichtlich einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist es für den Fachmann verständlich, daß dieses Verfahren und die Verfahrensschritte in weitem Maße variiert werden können, ohne sich von den Grundsätzen und dem Geist der Erfindung zu entfernen.

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Claims

08t·.: . Patentansprüche

1. Verfahren zum sicheren flüssigkeitsdichten Verbinden der Enden eines Paares rohrförmiger Glieder,·' gekennzeichnet

die Ausbildung eines axialen sich erstreckenden Wurzelteils an dem einen Ende jedes rohrförmigen Gliedes.;.--daß eine geringere* radiale Abmessung als die radiale Dicke der Wand jedes rohrförmigen Gliedes hat, um eine sich über den Umfang erstreckende Schweißkerbe zu schaffen,-wenn die Glieder in eine ändereinanderstoßende koaxiale Beziehung' zueinander gebracht werdenj - '

koaxiales Ausrichten der rohrförmigen Glieder so,.daß.die Enden jedes rohrförmigen Gliedes mit den sich axial erstreckenden Wurzelteilen in einer engen im Abstand angeordneten Beziehung angeordnet sind, wobei die Flächen einander gegenüberliegen;

Aufheizen der engen im Abstand angeordneten Enden der Rohrglieder, mit den sich axial erstreckenden Wurzelteilen auf eine genügend hohe Temperatur, so daß die Wurzelteile miteinander verschweißt werden können;

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unter Kraft zusammenführen der rohrförmigen Glieder, um die sich axial erstreckenden Wurzelteile in eine Enge sich berührende Beziehung mit einer genügend großen Kraft zu bringen, um ein Stauchen der Wurzelteile und ein miteinander Verschweißen der Wurzelteile durchzuführen, um eine feste vollkommen dichte Wurzelverbindung zu schaffen, welche die rohrförmigen Glieder miteinander verbindet;

Aufbringen von Schweißmetall in der Schweißkerbe, die durch die Wurzelverbindung und die sich gegenüberliegenden Enden der rohrförmigen Glieder gebildet wurde, und zwar genügend, um die Kerbe zu füllen und eine vollständige dichte Verbindung zwischen den rohrförmigen Gliedern zu schaffen.

2. Verfahren Nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine äußere radiale Oberfläche der Wurzelverbindung geglättet wird, welche den Boden der Schweißkerbe bildet, bevor das Schweißmaterial aufgebracht wird, um die Kerbe zu füllen, um Metallgrate zu entfernen und dadurch die Schweißverbindung zu verstärken.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere und Äußere der rohrförmigen Glieder über die Enden der Glieder mit den rohrförmigen Teilen mit Inertgas abgedeckt wird, während Wärme auf die Enden aufgebracht wird, um eine Oxydation während des Schweißens zu verhindern, wodurch ein Feinbrechen (microcracking) verhindert wird und das Erscheinungsbild der geformten Verbindung verbessert wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme durch Induktionswicklungen aufgebracht wird, welche benachbart zur Verbindung angeordnet sind, welche durch die im Abstand angeordneten Enden der rohrförmigen Glieder gebildet wird, welche die sich axial erstreckenden Wurzelteile aufweisen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Klammervorrichtungen eine radiale Kraft auf die Wand jedes Rohrteiles aufbringen, die ungefähr 1,5 mal der axialen Kraft entspricht, die auf jedes Rohrteil aufgebracht wird, um sie zusammenzubringen und die sich axial erstreckenden Wurzelteile zu stauchen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden radialen Kräfte und die axiale Stauchkraft auf jedes der Rohre durch Klammervorrichtungen aufgebracht · wird, welche relativ zu den Rohrteilen angeordnet sind, um kraftschlüssig durch Reibung mit der Wand in Eingriff zu kommen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich axial erstreckenden Wurzelteile durch Bearbeiten der Enden der rohrförmigen Glieder, welche verbunden werden sollen, ausgebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Wände der rohrförmigen Glieder bearbeitet-werden, um einen radial dünnen Wurzelteil auszubilden, welcher

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sich axial von den Enden der Wände jedes Rohrgliedes erstreckt, um einen Vorsprung zu bilden, der im allgemeinen parallele obere und untere Flächen aufweist und eine äußere Fläche von der Form hat, um ein vollständiges Schweißmuster ohne nach innen herauslaufendes Material während des Stauchens zu schaffen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich axial erstreckende Wurzelteil benachbart zur Innenfläche der Wand jedes rohrförmigen Gliedes ausgebildet wird.

10..Verfahren zum sicheren und flüssigkeitsfesten Verbindens zweier im allgemeinen rohrförmiger Glieder mit ihren Enden, gekennzeichnet durch

das Bearbeiten jedes Endes der rohrförmigen Glieder um einen radial dünnen, sich axial erstreckenden Wurzelteil auf dem Ende jedes Gliedes auszubilden, daß die Wurzelteile eine sich über den Umfang erstreckende Schweißkerbe schaffen, wenn die rohrförmigen Glieder in eine anschlagende Beziehung zueinander gebracht werden;

koaxiales Ausrichten der rohrförmigen Glieder so, daß die Enden jedes rohrförmigen Gliedes mit den sich axial erstreckenden Wurzelteilen in einer engen im Abstand angeordneten gegenüberliegenden Beziehung zueinander liegen;

O¹J _

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Aufwärmen der im dichten Abstand liegenden Enden der rohrförmigen Glieder mit den sich axial erstreckenden Wurzelteilen auf eine genügend hohe Temperatur, so daß die sich axial erstreckenden Wurzelteile miteinander verschweißt werden können;

Abdecken des Spaltes zwischen den Enden der rohrförmigen Glieder mit den Wurzelteilen mit Inertgas, während dem Aufheizen der Enden, um eine Oxydation während des Schweißens zu verhindern, um dadurch ein Feinbrechen (microcracking) zu verhindern;

axiales Gegeneinanderbringen der rohrförmigen Glieder mittels Kraft, um die sich axial erstreckenden Wurzelteile in eine enge anschlagende Bedßhung mit einer genügenden Kraft zu bringen, um die sich axial erstreckenden Wurzelteile zu stauchen und dadurch diese Wurzelteile miteinander zu verschmelzen, um eine feste vollständig dichtende Wurzelverbindung zu schaffen, welche die rohrförmigen Glieder miteinander verbindet;

Aufbringen ausreichender Lagen Schweißmetall in der Schweißkerbe, die durch die Wurzel verbindung und die gegenüberliegenden Enden der rohrförmigen Glieder über der Wurzelverbindung gebildet wird, um die Schweißkerbe aufzufüllen und dadurch eine vollständige Verbindung auszubilden, welche die rohrförmigen Glieder miteinander dichtend verbindet.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen mittels Induktionsschlagen geschieht, die benachbart zu dem Verbindungsgebiet angeordnet sind, welches durch den Abstand angeordneten Enden der rohrförmigen Glieder gebildet wird, welche die sich axial erstreckenden Wurzelteile haben. ^N

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammervorrichtungen eine radiale Kraft auf die Wand jedes Rohrteils aufbringen, die gleich ungefähr 1,5 mal der axialen Kraft ist, welche auf die Rohrteile aufgebracht wird, um sie zueinanderzubringen, um die sich axial erstreckenden Wurzelteile zu stauchen.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich axial erstreckenden Wurzelteile durch Bearbeiten der Endteile der rohrförmigen Glieder ausgebildet werden, welche miteinander verbunden werden sollen.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Wände der rohrförmigen Glieder bearbeitet werden, um einen dünnen sich radial erstreckenden Wurzel" teil zu bilden, welcher sich von den Enden der Wand eines jedari rohrförmigen Gliedes benachbart zur inneren Oberfläche der Wand des rohrförmigen Gliedes erstreckt, um einen Vorsprung zu bi;Uien, der, im allgemeinen parallele Ober- und Unterflächen, uncl %\*\f, äußere Fläche hat, welche so ausgebildet ist, daß mit Sicherheit ein volles Schweißmuster ohne» ein ^r.nv^tr.^£n. ypn. ^aterifLl na_ch Innen des Stauchens gebildet wird.