DE2500328A1

DE2500328A1 - Lichtbogen-schweissmaschine zum schweissen von rohren

Info

Publication number: DE2500328A1
Application number: DE19752500328
Authority: DE
Inventors: David Sciaky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-12
Filing date: 1975-01-07
Publication date: 1975-11-06
Also published as: FR2267180A1; FR2267180B1; US3882299A; DE2500328C2; GB1461157A; JPS50137847A; JPS5242538B2; CA1016784A

Description

Dr.W.P.Radt Dipl.-Ing. E E. Finkener

Dipl.-Ing. W. Ernesti '..,

Patentanwälte ^David

463 Bochum _, . __ _ .

HeinriA-Kanlg-Strae. 12 ChJCagO. 111 j UP j S

Fernsprecher 415SO, «2327 TT O A Telegrammadresse: Radtpatent Bocfanm U O A

74- 133
EEF/US

Lichtbogen-Schweißmaschine zum Schweißen von Bohren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Schweißen von Bohren, insbesondere auf eine Maschine, mit der mit einem sich drehenden Lichtbogen geschweißt wird. Mit der Entdeckung des Erdöls und der weit verbreiteten Verwendung von Erdölprodukten, insbesondere seit der Erfindung des Automobils, ist es notwendig geworden, große Mengen von Erdöl zu den Baffinerien und von den Baffinerien zu den Verbrauchern zu befördern. Als wirtschaftlichste Methode hat sich der Transport dieser Stoffe in einer Bohrleitung (Pipeline) erwiesen, die durch stumpfes Zusammenschweißen von Bohrstücken hergestellt wird, die in Bohrwalzwerken gefertigt werden. Die Bohre können 12 m lang sein und einen Durchmesser von weniger als 15 cm bis 1,20 m bei einer Wandstärke von 3 mm bis 19 mm haben. Sie werden gewöhnlich stumpf durch manuelles Lichtbogenschweißen zusammengefügt. Dieses Schweißverfahren ist sehr aufwendig, weil das Lichtbogenschweißen ein langsames Verfahren ist, hochqualifizierte und erfahrene Schweißer benötigt und wegen der Unbeständigkeit des Prozesses meist Beparaturschweißungen erforderlich macht, um Fehler in der Schweißnaht zu beseitigen, die nur bei einer zerstörungsfreien Prüfung der fertigen Schweißnaht gefunden werden. Das manuelle Lichtbogenschweißen erfordert auch eine Vielzahl von Schweißdurchgängen, um das Material über die volle Stärke zu schweißen, wobei es erforderlich ist, die Oberfläche des Schweißbettes nach jedem Durchgang zu reinigen, insbesondere den Zunder zu entfernen, der sich während des Schweißens bildet. Es

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wird daher viel Zeit benötigt, um eine Rohrleitung zu verlegen und das Arbeitstempo der gewöhnlich sehr großen Montagekolonne, die die Rohrleitung legt, wird erheblich herabgesetzt. Dadurch ergeben sich sehr hohe Baukosten. Zusätzlieh ist es erforderlich, die am besten ausgebildeten Schweißer heranzuziehen, um die Vurzelnaht zu legen, worauf weniger gut ausgebildete Schweißer folgen, um die Schweißrille auszufüllen.

Es sind in den vergangenen Jahren verschiedentlich Versuche unternommen worden, automatisch arbeitende Maschinen zum Schweißen von Rohren zu entwickeln, die nur einen mittelmäßig ausgebildeten Schweißer erfordern, um die Maschine zu betätigen. Diese Maschinen waren, wenn überhaupt, nur beschränkt erfolgreich, weil sie sehr kompliziert aufgebaut waren und wegen der vielen Schweißparameter, die während des Schweißens reguliert werden mußten, um eine zufriedenstellende Schweißnaht zu erhalten. Das, was hinsichtlich der Schweißgeschwindigkeit eingespart wurde, ist oft durch die Zeit verlorengegangen, die erforderlich war, um die Maschine um das Rohr anzuordnen, und um die Maschine zu warten. Das Schweißverfahren, das beim Einsatz dieser Maschinen im allgemeinen benutzt wurde, war eine Inertgasschweißung, bei der ein Lichtbogen zwischen dem Rohr und der Abschmelzelektrode gezogen wurde. Die Abschmelzelektrode und ein Teil der Wandungen der zu verschweißenden Kanten wurden durch den Lichtbogen aufgeschmolzen und bildete nach dem Erstarren die Schweißnaht.

Bei diesem Verfahren ist es im allgemeinen notwendig, Unterlagen im Inneren des Rohres zu benutzen, um zu verhindem, daß das geschmolzene Metall durchfällt, obschon in einigen Fällen die Enden des Rohres vor dem Schweißen so gestaltet wurden, daß, wenn das Ende eines Rohres in unmittelbarer Nähe, d.h. in einem Abstand von etwa 1,5 mm von dem Ende des anderen Rohres angeordnet wurde, eine

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Rille gebildet wurde, die, um die Schweißnaht zu bilden, mit dem Schweißdraht ausgefüllt werden kann, der einen Durchmesser von etwa 1 mm hat. Bei einem so geringen Abstand werden keine Unterlagen benötigt, jedoch ist dieses Verfahren sehr schwierig durchzuführen_t weil äußerst kleine Abstände erforderlich sind und wegen der Schwierigkeit, mit der Maschine die notwendige Arbeitsgenauigkeit einzuhalten. Bei den oben erwähnten Maschinen werden die Rohre eingespannt und mittels einer Konstruktion gehalten, die das Rohr umgibt.

Die Schweißung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit einem sich drehenden Idchtbogen durchgeführt und es werden neue Mittel benutzt, die die beiden Rohre von der Innenseite her zusammen- und ihre Enden im richtigen Abstand voneinander halten, um die Schweißung durchführen zu können.

Gegenstand der Erfindung ist das automatische Aneinanderschweißen von Rohren. Die Erfindung betrifft ferner Einrichtungen zum Verklemmen zweier Rohrstücke durch innenliegende Klemmeinrichtungen. Ferner betrifft die Erfindung eine Maschine, mit der Rohre mit Hilfe eines rotierenden Lichtbogens stumpf aneinandergeschweißt werden können. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine automatische Schweißmaschine, die keinen zusätzlichen Schweißdraht erfordert und die auch von nicht für das Lichtbogenschweißen hoch qualifizierten Personen bedient werden kann. Mit der Schweißmaschine lassen sich Schweißungen mit höheren Geschwindigkeiten durchführen als bisher.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine geschnittene Seitenansicht, auf der die wesentlichen Teile der Maschine dargestellt sind,

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- 4 Figur 1a Querschnitte in verschiedenen Ebenen,

Figur 2 das Ansetzen eines Rieht Werkzeuges an das Ende des zu schweißenden Rohres,

Figur 3 eine Maschine, die beim Legen einer Rohrleitung eingesetzt wird,

Figuren verschiedene, teilweise geschnittene Ansichten und 4b einer Maschine mit zusätzlichen äußeren Kiemmund Schmiedeeinrichtungen.

Die auf Figur 3 dargestellte Maschine zeigt deren Verwendung beim Überlandverlegen von Rohrleitungen. Auf der linken Hälfte der Figur 3 sind verschiedene Rohrstücke 1 dargestellt, die bei 2 zusammengeschweißt worden sind. Ein an die Rohrleitung anzuschweißendes Rohrstück 1a ist auf verstellbaren Rollenstützen 3 angeordnet, wobei das eine Ende etwa 1,20 m von dem Ende des Rohrstückes 1, das schon an Ort und Stelle geschweißt ist, angeordnet ist. Die Schweißmaschine 4 wird in einer Schlinge 5 befestigt, die an dem Baum 6 eines Kranes aufgehängt ist, der auf einen Traktor 7 montiert ist. Auf dem Traktor sind ferner eine Schweißstromquelle 8 sowie eine hydraulische Pumpe.9 mit Leitungen 10, eine Evakuiereinrichtung und elektrische Steuerungen angeordnet. Die hydraulischen Leitungen sind mit hydraulisch betätigten Einrichtungen zur Erzeugung eines Anpreßdruckes innerhalb der Maschine 4 verbunden.

Zum Betrieb der Einrichtung wird das Ende der Maschine 4 in das Rohrstück 1a eingeschoben, das von der Rollenstütze 3 gehalten wird, so daß das Ende an der entgegengesetzten Seite dieses Rohrstückes herausragt. Ein Richtwerkzeug wird in dieses Ende eingeführt, um die Maschine innerhalb des Rohres auszurichten. Das Rohr wird dann verklemmt, das Richtwerkzeug entfernt und das Ende der Maschine 4 in das Rohr 1 eingeführt, dessen anderes Ende schon geschweißt

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ist. Die Leitung 1a wird gegen das Hohr 1 geschoben, das dann an der Maschine verklemmt wird· Baraufhin werden die Bohre automatisch um einen genau bestimmten Betrag, beispielsweise 1,5 mm, getrennt, die Lichtbogenkabel 11 an beiden Enden der Rohre angebracht und die Bohre dann verschweißt und geschmiedet. Die innere Schweißwulst, die beim Stumpfschweißen entsteht, wird dann durch das innere Reinigungswerkzeug 42 öntfernt, die Maschine 4 von der Rohrleitung abgezogen und es werden die notwendigen Vorbereitungen zum Anschweißen eines weiteren Rohrstückes getroffen.

Figur 1 ist eine geschnittene Seitenansicht, die die wesentlichen Teile der Maschine zum Schweißen von Rohren zeigt, die in das Rohr eingeführt wird und die die Vorrichtung zum Verklemmen der Rohre von innen, die Vorrichtung zum Steuern der Bewegung des Lichtbogens, die Vorrichtung zum Anlegen der Klemmkräfte und des Druckes zum Schmieden oder Stauchen der Werkstücke sowie die Vorrichtung zum Entfernen der inneren Schweißwulst, die während des Schweißens gebildet wird, enthält. Die Vorrichtung besteht aus einem Stahlrohr 12, dessen Länge etwa der Länge des längsten zu schweißenden Rohrstückes entspricht und an dessen Ende ein Flansch 44 angeschweißt ist, an dem drei hydraulische Zylinder 13» 14 und 15 angebracht sind, die durch Stangen 16 und 17 zusammengehalten werden. Die hydraulischen Zylinder liegen einer hinter dem anderen konzentrisch zu dem Stützrohr 12. In dem Zylinder 13 ist ein Kolben angeordnet, der an einem Ende des Rohres 20 angebracht ist, das teleskopisch innerhalb des Rohres 12 liegt und an dessen entgegengesetztem Ende die vordere Klemmeinrichtung 21 befestigt ist. Der Zylinder 14 enthält einen verschiebbaren Kolben 23) der an einem Ende des Rohres 22 angebracht ist, das teleskopisch innerhalb des Rohres 2O₁ jedoch hiervon getrennt, angeordnet ist, so daß es sich frei in dem Rohr 20 verschieben kann. An dem entgegengesetzten Ende des Rohres 22 sind Magnetspulen 25 angebracht, von denen je

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eine auf jeder Seite des Spaltes zwischen den Rohren angeordnet ist, die geschweißt werden sollen und durch die das magnetische Feld, durch das der Lichtbogen zum Rotieren gebracht wird, aufgebaut wird, wenn Strom über die Leiter durch die Spulei fließt. Eine hintere Klemmarretierung 27 ist am Ende des Rohres 22 etwa 2,5 cm vom Ende der Spule 25 entfernt angeordnet. Es ist ferner ein hydraulischer Zylinder 15 vorgesehen, der die hintere Verklemmung betätigt und die Druckkraft für das Schmieden nach dem Schweissen erzeugt. Er besteht aus einem Kolben 29» der an dem inneren Teleskoprohr 28 befestigt ist, an dessen entgegengesetzt liegendem Ende die hintere Verklemmeinrichtung 30 angebracht ist. Sowohl die hintere als auch die vordere Klemme sind in der Klemmstellung gezeigt, wobei die vordere Klemme innerhalb des Rohrstückes sitzt, das an das Ende der Rohrleitung angeschweißt werden soll. Rollen 31 sind an verschiedenen Punkten längs des Rohres 12 vorgesehen, um die Maschine innerhalb des an die Rohrleitung anzuschweißenden Rohrstückes verschieben zu können.

Um ein genaues Spiel zwischen den zu verschweißenden Rohren einhalten zu können, sind Abstandsstücke 32, 33 und. 34-vorgesehen. Das Abstandsstück 32 ist ein Zylinder, der an die Frontplatte 35 des Zylinders 15 angeschweißt wird. Das Rad 34·, das an den Flansch 33 angeschweißt wird, der mit einem Innengewinde versehen ist und auf ein Gewinde geschraubt wird, das an dem inneren Rohr 28 angebracht ist, dient dazu, den Flansch 33 zu drehen, um die Maschine mit dem gewünschten Spalt auszurichten. Die Kolben in den Zylindern sind mit Dichtungsmitteln 19 an ihrem äußeren Umfang und 0-Ringdichtungen am inneren Umfang versehen und bilden innerhalb der einzelnen Zylinder eine linke und eine rechte Kammer. Die Kammern sind mit Bohrungen 52 und 53 versehen, über die sie über geeignete Ventile mit einem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung stehen, der mit Hilfe einer hydraulischen Pumpe unter hohem Druck gehalten wird.

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Durch. Zuführen von hydraulischer Flüssigkeit unter Druck über die Bohrung 52 und deren Abzug über die Bohrung 53 wird der Kolben nach rechts bewegt. Umgekehrt wird der Kolben nach links bewegt, wenn hydraulische Flüssigkeit in die Bohrung 53 eingeführt wird und aus der Bohrung 52 Flüssigkeit abgezogen wird.

Die vordere Verklemmeinrichtung 21 besteht aus acht Klemmsegmenten, die im gleichen Abstand um das Teil 39 angeordnet sind, das die Form eines achtseitigen ^yramidenstumpfes hat.

Die äußere Oberfläche der lyramide kann frei an der Oberfläche der Segmente gleiten, die an der lyramide anliegen. Die Segmente können sich radial bewegen, werden jedoch durch eine Arretierung 40, die an das Ende des äußeren Rohres 12 geschweißt ist, daran gehindert, sich nach rechts zu verschieben. Federn 37 drücken die acht Segmente in radialer Richtung nach innen. Wenn der Kolben 18 des vorderen Klemmzylinders 13 dadurch, daß hydraulische Flüssigkeit durch die Bohrung 53 in die rechte Kammer gedruckt wird, nach links bewegt wird, verschiebt sich der pyramidenartig ausgebildete Abschnitt der Klemmeinrichtung nach links, so daß sich die Segmente auf den Mittelpunkt des Rohres zu bewegen und das Rohr freigegeben wird. Wird der Kolben nach rechts bewegt, so bewegen sich die Klemmsegmente nach außen und verklemmen das Rohr. Entsprechend wird die hintere Klemmarretierung 27 nach rechts bewegt, wenn hydraulische Flüssigkeit in die linke Kammer des Zylinders 14 eingeführt wird. Wird die linke Kammer des Zylinders 15 gefüllt, hält die hintere Klemme 30 das Rohr, in das sie eingeführt ist, fest, während beim Füllen der rechten Kammer die hintere Verklemmung freigegeben wird.

Das Anschweißen eines Rohrabschnittes an das Ende der Rohrleitung geht wie folgt vor sich:

In der Ruhestellung der Maschine werden die rechte Kammer

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des Zylinders 13» die linke Kammer des Zylinders 14 und die rechte Kammer des Zylinders 15 mit hydraulischer Druckflüssigkeit gefüllt. In diesem Zustand befindet sich die hintere Klemmarretierung 27 rechts und die rechte und die linke Verklemmung sind freigegeben. In das Ende des Rohres, das an die Leitung angefügt werden soll, wird das Richtwerkzeug 41 eingeführt, während die Maschine 4 in das entgegengesetzte Ende der Leitung eingesetzt wird, bis es durch das Richtwerkzeug gestoppt wird. Anschließend wird das rechte Rohr dadurch verklemmt, daß hydraulische Flüssigkeit in die linke Kammer des Zylinders 13 gedrückt wird. Die hintere Klemme und das Werkzeug 42 zum Entfernen der inneren Schweißwulst stehen gegenüber dem Rohr vor. Das Werkzeug 41 wird vom Ende der Leitung entfernt und das Werkzeug zum Entfernen der Schweißwulst und die hinteren Klemmen werden in das Ende des Rohres eingeführt bis die Rohrenden zusammenstoßen. Die Maschine wird jetzt an das Ende der Rohrleitung angeklemmt, indem die linke Kammer des Zylinders 15 unter Druck gesetzt wird. Die Schweißmaschine ist damit an der Rohrleitung und an dem Rohr, das geschweißt werden soll, befestigt. Der gewünschte Spalt wird eingestellt, indem man an dem Rad 34 dreht, bis ein Spalt von der gewünschten Breite zwischen dem Ende des Zylinders 32 und dem Flansch 33 vorhanden ist. Gleichzeitig wird die hydraulische Flüssigkeit unter Druck in die rechte Kammer des Zylinders 14 gedrückt, wodurch das äußere Rohr 12, die vordere Klemme 21 und die Leitung nach rechts bewegt werden, bis der Spalt zwischen dem Zylinder 32 und dem Flansch 33 geschlossen ist. Auf diese Weise wird ein Spalt zwischen den Rohren gebildet, der dem Spalt entspricht, der zwischen den Teilen 32 und 33 vorhanden war. Die Kabel der Stromquelle werden dann mit den Rohren verbunden. Der Strom wird den Spulen 25 über Leiter 26 von der Stromquelle zugeführt, die an der Zugmaschine befestigt ist, und die Stromquelle für den Lichtbogen für eine vorgegebene Zeit eingeschaltet, die erforderlich ist,

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um das Rohr zu schweißen. In dem Augenblick, in dem die Stromzufuhr unterbrochen wird, wird die linke Kammer des Zylinders 14 mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllt und der Druck innerhalb der linken Kammer des Zylinders 15 schlagartig erhöht, so daß das Rohr 12 und das rechte Rohrstück sich nach links gegen das linke Rohrstück verschieben, so daß die Schweißnaht gestaucht und geschmiedet wird. Durch das Stauchen bildet sich eine Schweißwulst 46 mit einer Stärke von 8 mm an der inneren Oberfläche des Rohres, die entfernt werden muß. Dies erfolgt in der Weise, daß beide Klemmverbindungen gelöst werden und die Maschine um ein Stück nach rechts verschoben wird, das ausreicht, um die Schneidwerkzeuge 45 an der Reinigungsmaschine 42 für die innere Schweißnaht gegenüber der Naht auszurichten. Die Schneidrollen 45 sitzen auf Stiften 49» diö durch Schwingrahmen 50 gehalten werden, die sich je nach der Zentrifugalkraft nach außen drehen, wenn das Drehkreuz 51» ^a^f dem die Schwingrahmen befestigt sind, gedreht wird. Die Schneiden reinigen die Wulst, wenn das Reinigungswerkzeug sich nicht dreht und bewegen sich nach außen und entfernen die Wulst, wenn der Motor angestellt wird. Die linke Kammer des vorderen Klemmzylinders 13 wird dann mit Druckmittel beaufschlagt, um das Rohr zu verklemmen, der Antriebsmotor 48 für das Schneidwerkzeug 45 angestellt und das Reinigungswerkzeug 42 nach links verschoben. Dies erfolgt dadurch, daß die rechte Kammer des Zylinders" 15 mit Druckmittel beaufschlagt wird, wodurch das Innere Rohr 28, das das Reinigungswerkzeug trägt, in bezug auf das Rohr nach links verschoben wird. Nachdem die Wulst entfernt ist, und die Späne mittels einer Saugeinrichtung: abgezogen sind, wird die Maschine vollständig aus dem Bohr zurückgezogen, die Zugmaschine nach vorne bewegt und ein neuer Rohrabschnitt an Ort und Stelle gebracht und zum Schweißen vorbereitet.

Das Schweißen der Rohre mit der Maschine wird mittels eines

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elektrischen Lichtbogens durchgeführt, der zwischen den Enden der beiden zu schweißenden Rohre gezogen wird und sich dann in einer Kreisbahn entsprechend den Enden der Rohre mit einer Geschwindigkeit fortbewegt, die 200 m pro Sekunde betragen kann. Die Bewegung des Bogens erfolgt mittels eines Magnetfeldes, das radial durch den Spalt zwischen den Enden der zu schweißenden Rohre durchtritt. Die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld, das um den Lichtbogen durch den Strom erzeugt wird, der zwischen den Enden der beiden Rohre durchgeht, und dem radialen Magnetfeld, erzeugt die Bewegung des Lichtbogens auf der Kreisbahn. Es sind Versuche gemacht worden, Rohre mit Gleichstrom sowohl für die Spulen, die das magnetische Feld versorgen als auch für den Lichtbogen zu schweißen. Die Schweißungen, die mit derartigen Stromquellen gemacht wurden, waren jedoch in zweierlei Hinsicht unzureichend. Zunächst wurde ein Krater längs der Kante eines der Rohrstücke und eine Metallkante am Ende des anderen Stückes gebildet. Diese Kante trat am Ende des Rohres auf, das mit der positiven Klemme der Hochspannungsquelle für den Lichtbogen verbunden war. Ferner hat sich herausgestellt, daß das Ende des Rohres, das mit der negativen Klemme der Stromquelle verbunden war, auf eine Temperatur erhitzt wurde, die viel höher war als die Temperatur des Endes, das mit der positiven Klemme verbunden war. Um die gewünschte Temperatur auch an diesem Ende des Rohres zu erreichen, war es notwendig, die Stromstärke zu erhöhen. Dadurch ergab sich eine zu große Erwärmung des Rohrendes, das mit der negativen Klemme verbunden war, die zu einem übermäßigen Ausglühen des Rohrendes führte und es unmöglich machte, das Material während des Schweißens zu schmieden, da zuviel Material plastisch geworden war. Die übermäßige Erwärmung führte auch zu einer zu großen Materialmenge an den Kanten des Rohres, die entkohlt wurde, so daß nach dem Schweißen eine zu große Menge entkohlten Stahls in der Schweißverbindung vorhanden war. Es kam somit zu einem Schweißbereich mit

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einer niedrigeren Zugfestigkeit als sie das ursprüngliche Material hatte und mit einer reduzierten Härte.

Es wurde gefunden, daß bei Verwendung einer Wechselstromquelle zum Schweißen von Bohren mit einem Außendurchmesser von 7,3 cm und einem inneren Durchmesser von 6,35 ca die Anwendung eines Schweißprogramms, bei dem der Lichtbogen mit einer Stromstärke gezündet wird, die so gering ist, daß der Lichtbogen aufrechterhalten wird und die anschliessend kontinuierlich nach einer parabolischen Funktion erhöht und kurze Zeit auf einem hohen Niveau gehalten wird, wesentlich verbesserte Schweißungen erzielt werden· Ss wurden ausgezeichnete Ergebnisse erzielt und die Schweißungen hatten die oben erwähnten Fehler nicht· In einem praktisch durchgeführten Fall wurde eine Stromstärke von 500 Ampere 6 Sekunden lang und anschließend eine Stromstärke von 900 Ampere während 1/2 Sekunde aufrechterhalten.

Die Verwendung von Wechselstrom als Stromquelle zur Erzeugung des Lichtbogens in Verbindung mit einem Hochfrequenzfunken zum Zünden des Bog ens zu Beginn jedes HaIb-Zyklus führte zu einer gleichmäßigen Erwärmung beider Hohrstücke, ohne daß Material von einem Rohr zu dem anderen überging. Bei Verwendung von zwei eich gegenüberliegenden Spulen, die von einer Gleichstromquelle erregt werden, um das radiale Feld durch den Spalt zwischen den beiden Bohrstücken zu erzeugen, wurde gefunden, daß eine magnetische Antriebskraft von 6 Ampere-Windungen pro Spule den Bogen mit einer Geschwindigkeit von etwa 120 m pro Sekunde oder einem Meter pro Halbzyklus der 60 Zyklen bewegen würde. Durch Verwendung eines Steuerprogramms für den Idchtbogenstrom, bei dem das Material zunächst durch einen Wechselstrom mit niedriger Stromstärke erhitzt und dann die Stromstärke und damit die Temperatur des Metalls erhöht wird, bildet sich an der Oberfläche der beiden Bohrenden schnell eine sehr dünne Schicht aus geschmolzenem

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Material mit hoher Temperatur. Während des Schweißens bei großer Beanspruchung wird diese dünne Schicht, die auf einer dahinter liegenden Schicht aus plastischem Material abgestützt wird, zusammengedrückt und es bildet sich eine gesunde Schweißnaht aus dem plastischen Material, das größtenteils nicht oxydiert ist, weil es

1. hinter der abdeckenden Oberfläche lag und

2. während längerer Zeit keiner sehr hohen Temperatur aus gesetzt war, so daß die Oxydation und die Entkohlung minimal waren.

Da das Volumen des plastischen Materials durch das Steuerprogramm für den lichtbogen begrenzt wird, wird das Schmieden des Materials verbessert, da der Druck besser auf den geschweißten Bereich übertragen wird, was auf die festere Lage hinter der geschmolzenen Zone zurückzuführen ist. Um die Stromstärke parabolisch ansteigen zu lassen, kann ein veränderbarer Transformator, der mit einem Motor angetrieben wird oder ein magnetischer Verstärker verwendet werden, der von einem geeigneten programmierbaren Steuergerät gesteuert wird.

Um den Schweißbereich eines 30 cm starken Rohres zu schmieden, ist eine Stauchkraft von etwa 60 000 kg erforderlich. Die innere Klemmkraft, die notwendig ist, die Rohrenden abzurunden und eine Verschiebung der Rohrteile während des Stauchens zu vermeiden, beträgt 91 818 kg für jede Klemmeinrichtung. Wegen der erforderlichen Klemm- und Stauchkräfte haben die hydraulischen Zylinder einen so großen Durchmesser, daß sie nicht durch die 30 cm starken Rohre hindurchgehen, so daß die Gesamtlänge der Maschine, die in das Rohr eingeführt werden muß, größer ist als die Länge des an die Rohrleitung anzuschweißenden Rohrstückes. Es hat sich herausgestellt, daß die Maschine, wenn sie an der Rohrleitung verklemmt und an dem entgegengesetzten Ende

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abgestützt 1st, Infolge ihres Gewichtes durchhängt. Aus diesem Grunde wurde festgelegt, daß die größte Maschine, die hergestellt werden kann, eine Maschine ist, mit der Rohre mit einer Länge von 7,20 m geschweißt werden können, die unter Beachtung der Standardabmessungen gefertigt worden sind. Eine längere Maschine würde zu viel durchhängen und es nicht erlauben, die Maschine in das Bohr ohne Störungen einzuführen.

Um das Schweißen von Rohrabschnitten zu ermöglichen, die länger als 7»20 m sind, wurde die auf Figur 1 dargestellte Maschine, wie aus Figur 4 ersichtlich, abgeändert. Bei dieser zweiten Ausführungsform werden die beiden Rohrabschnitte, die aneinandergeschweißt werden sollen, durch die Verwendung von innen angeordneten Klemmeinrichtungen ausge- richtet, die in ähnlicher Weise aufgebaut sind, wie die Klemmeinrichtungen, die bei der Maschine gemäß Figur 1 benutzt werden, jedoch mit geringeren Anpreßdruck betätigt werden. Sie Arbeitszylinder, die hierzu erforderlich sind, haben einen kleineren Durchmesser und können innerhalb des Rohres untergebracht werden, so daß ein verhältnismäßig kurzer Mechanismus erforderlich ist, der innerhalb der Rohre unterzubringen ist. Da der Abschnitt der' Maschine, der innerhalb des Rohres untergebracht werden muß, verhältnismäßig kurz ist, kann er nicht durchhängen und es ist deshalb keine Begrenzung der Länge der Rohretücke, die geschweißt werden sollen, notwendig. Die inneren Klemmen werden zum Abrunden und Ausrichten, sowie dazu benutzt, die Rohre anfänglich in die richtige Lage zu bringen. Ein äußerer Satz von Klemmen und Arbeitszylindern wird außerhalb der Rohre angeordnet, die geschweißt werden sollen. Er dient dazu, die hohen Klemm- und Druckkräfte aufzubringen, die erforderlich sind, um die Rohre zu schmieden.

Die Figuren 4, 4a und 4b sind Ansichten der Torrichtung zum stumpfen Aneinanderschweißen von Bohren, die aus einem

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selbst fahrenden Zentrierkern 54· besteht, der benutzt wird, um die beiden Rohre vor dem Verklemmen, Schweißen und Stauchen ausgerichtet zu halten. Der Zentrierkern besteht aus einem vorderen Klemmzylinder 59 und einem hinteren Klemmzylinder 60, die eine vordere Klemmvorrichtung 56 und eine hintere Klemmvorrichtung 57 in der oben in Zusammenhang mit der inneren Klemmvorrichtung beschriebenen Weise betätigen. Der Zentrierkern wird innerhalb des Rohres mit Rädern 64 und Antriebsrädern 61 abgestützt. Ein reversibler Getriebemotor 58, mit dem die Antriebsräder 61 über eine Antriebswelle 77 verbunden sind, ist an der mit Flanschen versehenen Endplatte 62 des hinteren Klemmzylinders 60 befestigt. Ein inneres Reinigungswerkzeug ist an dem Flansch 78 an der linken Seite des Zentrierkerns links von der hinteren Klemme 57 angebracht.

Der Stauch- und Klemmechanismus 55 besteht aus zwei Stützringen 74- und 75» die mit sechs hydraulischen Zylindern versehen sind, die im gleichen Abstand voneinander am Umfang der Ringe angeordnet sind, so daß sie radial auf die zu schweißenden Rohre Drucke ausüben und die Rohre mit einer Gesamtklemmkraft von über 90 000 kg verklemmen können. An dem Ring 74 sind zwei Wellen 73 befestigt, die den Ring 75 stützen und ermöglichen, daß dieser sich in bezug auf den Ring 74- längs der gemeinsamen Achse durch Gleiten über die Wellen 73 verschieben kann. Ein Paar hydraulischer Stauchzylinder 72 ist an dem Ring 75 befestigt. Die Zylinder enthalten Kolben 76, die an der Welle 73 angebracht sind. Wenn hydraulische Flüssigkeit mit hohem Druck durch die Öffnung 78 in die linke Kammer des Zylinders 72 eingelassen wird, bewegt sich der Kolben in bezug auf den Ring 75» an dem die Zylinder 72 befestigt sind, nach rechts.

Auf diese Weise wird ein Druck von über 60 000 kg zwischen den Enden der Rohre ausgeübt, die durch die zwei Gruppen von Klemmzylindern verklemmt werden, was aus-

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reichend ist, um das Rohr mit der dicksten Wandung zu stauchen. Durch Einleiten von hydraulischer Flüssigkeit durch die öffnung 79 in. die rechte Sammer des Zylinders 72 würde der Kolben 76 nach links gedrückt, wahrend der Zylinder 72 sich nach rechts bewegt, bis seine Bewegung durch den Anschlag 80 gestoppt wird·

Bei einer typischen Oberlandverlegung von Bohren ist der Klemm- und Stauchmechanismus, der an einem Träger hängt, der an einem Traktor befestigt ist, koaxial über der Rohrleitung in einer Entfernung von 1,5 m vom Side der geschweißten Rohrleitung angeordnet. Das zu schweißende Rohr wird auf zwei in der Höhe veränderbare Rollenstützen gelegt, und so ausgerichtet, daß die Rohrenden, die verschweißt werden sollen, einen Abstand von 1,5 m haben. Der Innere Zentrierkern 54 wird dann in das hintere Sude des Rohres eingeführt und der Motor 58 angestellt, so daß der Kern selbstfahrend wird und sich verschiebt, bis er etwa 95 cm aus dem entgegengesetzten Ende des Rohres herausragt. Anschließend wird ein Richtwerkzeug mittels eines Stabes an der Spitze der hinteren Klemmsicherung 65 des Kerns angebracht und der Kern innerhalb des Rohres nach hinten bewegt, bis das Richtwerkzeug gegen das vordere Ende des zu schweißenden Rohres stößt. Die vordere Klemme 56 des Kerns wird dann durch Betätigen des hydraulischen Zylinders 59 erweitert und das Werkzeug entfernt. Das zu schweißende Rohr 1a, das jetzt fest ^mit dem Kern 54 verbunden ist, wird von Hand nach oben gegen eine Spaltlehre gerollt, die am Ende der Rohrleitung angebracht worden ist. Die Stärke der Lehre bestimmt die Breite des Trennspaltes zwischen den Rohren, über dem der Lichtbogen gezogen werden soll. Die hintere Klemme 57 des Kerns, die von der vorderen Klemme 53 durch eine Isolierung 66 elektrisch isoliert ist, ist so ausgebildet, daß sie sich durch Betätigen des hinteren Klemmzylinders 60 ausdehnt. Die Spaltlehre wird dann entfernt.

Die äußere Kiemmaschine 55 wird dann mit der Zugmaschine

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soweit bewegt, daß die senkrechte Mittelebene der Klemmmaschine mit der Mittellinie des Lichtbogenspaltes ausgerichtet ist. Die sechs oberen Klemmen 70 der Klemmaschine (von denen drei auf dem linken und drei auf dem rechten Stützring sitzen) mit den entsprechenden Kolbenstangen werden gleichzeitig gegen die Oberflächen der Rohre gedrückt, indem Flüssigkeit unter hohem Druck in die Kammern 68 der entsprechenden hydraulischen Zylinder eingelassen wird. Dies führt dazu, daß die Kiemmaschine sich nach oben und von ihrer Stütze wegbewegt, bis die Kolben 69 gegen den Boden ihrer Zylinder 67 stoßen. Die sechs unteren Klemmen 81 (drei an dem linken Ring und drei rechts) der Klemmaschine werden jetzt durch Betätigung der entsprechenden Zylinder nach oben gedrückt. Die beiden Rohrenden werden dann ergriffen durch die kombinierten Klemmkräfte der sechs linken und sechs rechten Zylinder gehalten. Die beiden Stromkabel werden mit den beiden Rohren in einem Abstand von etwa 30 cm vom Spalt verbunden und der rotierende Lichtbogen durch Drücken eines Knopfes an den elektrisehen Steuereinrichtungen der Stromquelle für den Lichtbogen, der elektromagnetischen Antriebsspulen und der Lichtbogenzündelektroden gezündet. Der Strom wird nach einer Zeit, die durch einen vorher eingestellten Zeitgeber bestimmt wird, unterbrochen, die vordere Klemme des Kerns zurückgezogen und die Stauchzylinder 80 werden betätigt, um den Stauch- und Schmiededruck aufzubringen. Damit ist die Schweißung beendet. Der Stauchdruck wird dann auf 0 reduziert, die Kabel werden entfernt, die hintere Klemme des inneren Kerns zusammengezogen und der Kern durch Anstellen des Motors 58 zurückbewegt, bis er eine vorher eingestellte Stellung einnimmt, bei der die Reinigung der inneren Schweißwulst und das Abziehen der Splitter vorgenommen wird. Nach dem Reinigen wird der Zentrierkern aus dem Rohr entfernt und es werden Vorbereitungen getroffen, um einen neuen Rohrabschnitt in Stellung zu bringen und zum Schweißen einzurichten.

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Claims

Pa t ent ansprüche

V 1 .J Vorrichtung zur Durchführung einer Umf angsschweißung von stumpf aneinander liegenden Enden Ton Bohren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus folgenden Teilen besteht:

einem Rohr (12), das annähernd die gleiche länge hat wie das längste zu schweißende Bohr stück, drei hydraulischen Doppelzylindern (13, 14, 15), die an einem Sode des Rohres (12) befestigt sind, wobei jeder Zylinder eine abgedichtete, ringförmige Kammer bildet, die koaxial zur Längsachse des Rohres liegt, einem zweiten teleskopisch und verschiebbar innerhalb des ersten Bohres (12) angeordneten Rohr (20), dessen eines Ende an einem Kolben (18) befestigt ist, der verschiebbar innerhalb der Ringkammer des ersten Zylinders (''3) angeordnet ist, wahrend das an dere Ende Einrichtungen (21) zum Verklemmen des Rohres

(12) an dem zweiten Rohr <£0) enthalt, einem dritten, teleskopisch in dem zweiten Rohr (20) angeordneten Rohr (22), dessen eines Ende an einem zweiten Kolben (23) angebracht ist, der in dem zweiten Zylinder (14) verschiebbar ist, wobei das dritte Rohr (22) in der Nähe des anderen Endes und konzentrisch zu seiner Achse mit einem Paar Magnetspul en (25) versehen ist, die in einem Abstand von etwa 2,5 cm getrennt voneinander angeordnet sind, einer Scheibe, deren äußerer Durchmesser etwa 5 om kleiner ist als der innere Durchmesser des Rohres, und die am Ende des dritten Rohres (22) befestigt ist, einem vierten teleskopisch in dem dritten Rohr (22) angeordneten Rohr (28), das mit einem Ende an einem dritten Kolben (29) befestigt ist, der verschiebbar in dem dritten Zylinder (15) ange ordnet ist, und das sich über den dritten Kolben (29) hinaus erstreckt, während das andere Ende des vierten Rohres (28) über das Ende des drittem Bohres (22) übersteht, und an dem überstehenden Ende mit einer zweiten Klemmeinrichtung (30) versehen ist, die von dem vierten

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Rohr (28) elektrisch isoliert ist und zum Verklemmen des zweiten der zu verschweißenden Rohrstücke dient, einem Flansch (43), der am Ende des vierten Rohres (28) angebracht ist, um die zweite Klemmeinrichtung (30) in einer bestimmten Stellung an der äußeren Oberfläche des Rohres zurückzuhalten, und der mit Einrichtungen zum Anbringen eines inneren Reinigungswerkzeuges an seiner nach außen liegenden Oberfläche versehen ist, derart, daß das Werkzeug längs der Achse des Rohres liegt sowie Einrichtungen zum Erzeugen eines Wechselstrom-Lichtbogens zwischen den Enden der zu verschweißenden Rohre.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtungen (21, 30) aus einem inneren Werkstück (39)» das die Form eines achtseitigen Pyramidenstumpfes hat, und acht Klemmsegmenten (36), bestehen, die das innere Werkstück umgeben, und deren nach innen gerichtete Oberflächen an je einer der acht Seiten des Pyramidenstumpfes anliegen, während die äußeren Oberflächen an der Innenwandung des zu verklemmenden Rohres anliegen, wobei Federn vorgesehen sind, die in Rinnen liegen, die auf dem Umfang der äußeren Oberflächen der Segmente angeordnet sind und die Segmente radial nach innen von der inneren Oberfläche des Rohres (1, 1a) wegziehen.
3- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, deren Ausgangsleistung regelbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen enthält, mit denen die Lichtbogenspannung so gesteuert werden kann, daß sie einem vorgegebenen Spannungs-Zeitprogramm folgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Steuern der Lichtbogenspannung

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enthält, derart, daß diese einem parabolischen Gesetz in bezug auf die Zeit folgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Regulieren des Spaltes zwisehen den benachbarten Enden der beiden zu verschweißenden Rohre enthält.

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