DE2520800C2 - Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherrohres aus aneinander geschweißten Dauben mit nach innen gerichteten Längsrippen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherrohres aus aneinander geschweißten Dauben mit nach innen gerichteten Längsrippen gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1.

Rohre dieser Bauart sind aus den FR-PS 8 93 617 und 10 86 337 sowie der DE-PS 1168 929 vor allem als Kesselflammrohre bekannt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese aus Daube;: zusammengeschweißten Rohre trotz einer guten Wärmeübertragung zwischen durch das Rohr strömendem heißen Gas, ζ. B. Abgas fines Öl- oder Gasbrenners, und außerhalb des Rohres strömender Flüssigkeit in der Praxis wenig erfolgreich waren. Nachteilig war insbesondere, daß die Dauben während des Schweißvorganges und danach häufig nicht genügend gerade blieben und die Rohre dadurch zu weit von den erforderlichen Maßen abwichen, um in zuverlässiger Weise mit anderen Teiien des Wärmetauschers verbunden werden zu können. Ein anderer Nachteil war, daß die Rohre nach dem Verschweißen ihrer Dauben häufig nicht genügt id spannungsfrei wurden und bei späterer thermischer Belastung gerissen sind. Dieser letztere Nachteil trat besonders an mit solchen Rohren ausgestatteten Zentralheizungskesseln auf. für die diese Rohre wegen ihrer in bezug auf die Kesseikapaziiäi besonders kleinen Abmessungen bevorzugt sind. Durch die beim Betrieb solcher Kessel viele Male pro Tag stattfindenden Ein- und Ausschaltungen werden die Wärmetauscherrohre soieher Kessel thermisch erheblich belastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu beheben und das Verfahren (jemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 so zu vervollkommnen, daß durch das Zusammenschweißen der einzelnen Dauben hinreichend maßhaltige und zugleich möglichst spannungsfreie Rohre entstehen, die auull L7CI nullen 17ViI luiyarüäuigCii tiiCriiM^CiiCti xjCutt%f^T\l chungen frei von Spannungsrissen bleiben

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß so hergestellte Wärmetauscherrohre hinreichend maßgenau geraten und auch nach langzeitigem Betrieb unter großer (hermischer Wechselbeanspruchung keinerlei Schäden, etwa durch Spannungsrisse, aufweisen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis9 gekennzeichnet. Dabei hai es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Schwei-

Bung gemäß den Patentansprüchen 3 bis 9 je nach den Gegebenheiten in mit Abstand aufeinanderfolgenden Teilstrecken durchzuführen, wodurch unerwünscht große Erhitzungen der Dauben durch das Schweißen vermieden werden.

In Figuren ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

F i g. I eine Hälfte eines aus aneinander geschweißten, jeweils ein Winkelprofil aufweisenden Dauben gebildeten zyli :drischen Wärmetauschecrohres mit nach innen gerichteten Längsrippen in einer Stirnansicht.

F i g. 2 ein Viertel eines aus aneinander jeschweißten. jeweils ein U-Profil aufweisenden Dau'uen gebildeten zylindrischen Wärmetauscherrohres ;nit πε» · ^:nnen :s gerichteten Längsrippen {in gleichet S'^rnai ·■' iit wie Fig. 1).

F i g. 3 den linken Teil einer HaUev» ~;. !uung für die zu verschweißenden Dauben in > ..,cv Seilenansicht (teilweise im Axialschnitt). 2u

Fig.4 den restlichen Teil Uc- -iben Vorrichtung in einer hälftigen Stirnansicht vom Inneren der Vorrichtung her (mil drei in die Vorrichtung eingesetzten Dauben).

F i g. 5 bis 11 schematisch gehaltene Schaubilder, die 2S unterschiedliche Möglichkeiten der Durchführung des Schweißverfahrens veranschaulichen.

Die herzustellenden Rohre können gemäß Fig. 1 aus Dauben mit einem Winkelprofil oder gemäß Fi g. 2 aus Dauben mit einem U-Profil zusammengeschweißt in werden, das in Obereinstimmung mit der Darstellung vorzugsweise ungleich lange Flansche. 5,9 aufweist. Der kürzere (I) der beiden ungleich langen Schenkel 1, 2 jeder cm Winkelprofil aufweisenden Daube verläuft tangential zum Rohr und bildet zugleich einen Ji Umfangsteil der Rohrwanuung. während der längere Schenkel 2 eine radiale innere Rippe des Rohres bildet. Gemäß F i g. 2 bildet der längere Flansch 5 jeder Daube aus einem U-Profil einen Umfangsteil der Rohrwandung, während die Stege h dieser Dauben jeweils eine ·»« radial verlauiende innere Rippe des Rohres bilden. Außerdem begrenzen die kü^rzeren inneren flansche 9 dieser Dauben einen zent.v.Ien inneren Raum des Rohres.

Bei beiden Ausführungsformen des Rohres gemäß -t» den Fig. 1 und 2 werden grundsätzlich nach dem Zusammenschweißen der ersten beiden Dauben alle nachfolgenden Dauben jeweils mit inrem auf dem Umfang des herzustellenden Rohres liegenden Längsrand des dortigen Schenkels 1 bzw. Flansches 5 an den '"' ebenfalls auf diesem Umfang liegenden Winkelrand 3 > der zuvor verschweißten L/aube mil einen) U-Profil bzw Winkclrand 7 der zuvor verschweißten Daube mit einem U-Profil durch emc Schweißraupe 4 bzw. 8 angeschweißt, bis schließlich der Längsrand der ersten "«"· Daube 1, 2 bzw. 5. b. 9 mit dem Winkelrand 3 bzw. 7 der zuletzt verschweißen uauDt verschweißt wird. Dan dieses Verschweißen im Rahmen eier vorgenannten grundsätzlichen Lehre jedoch recht unterschiedlich erfolgen kann, ist weiter unten anhand der F i g. 5 bis 11 wi crla'iiert.

Die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Haltevorrichtung veranschaulicht, wie die einzelnen Dauben gemäß Fig. 1 vor dem Zusammenschweißen zwischen zwei stirnsciligen Scheiben 13 mit den einzelnen Dauben *>*> zugeordneten radialen Nuten 1! festgehalten werden können. Die beiden Scheiben f3 der Vorrichiting werden mit den zwischen ihnen gehaltenen Dauben durch einen axialen Zuganker 12 nebst einer an dessen einem Ende auf ein Außengewinde 14 aufgeschraubten Mutter 15 zusammengespannt.

Vor dem eigentlichen Schweißvorgang werden die in der Haltevorrichtung befindlichen Dauben zunächst in ihrer Mitte bzw. bei mehr als 50 cm langen Dauben in Abständen von höchstens 25 cm entlang dem ganzen Rohrumfang durch elektrische Lichtbogenschweißung punktförmig zusammengeheftet. Daraufhin wird nach dem Zusammenschweißen der ersten beiden Dauben, beispielsweise der beiden in Fig.4 obersten Dauben, entlang der zwischen diesen befindlichen Fuge 16. der auf dem Umfang des herzustellenden Rohres liegende Längsrand der (gemäß F i g. 4) nach unten anschließenden Daube entlang der Fuge 17 an den ebenfalls auf diesem Umfang liegenden Winkelrand 3 der zuvor verschweißten Daube angeschweißt. Und so werden gemäß Fig.4 in Richtung des Pfeiles 18 entlang dem ganzen Umfang des herzustellenden Rohres aufeinanderfolgend sämtliche weiterhin in der Haltevorrichtung gehaltenen Dauben aneinander geschweißt, bis schließlich auch der in F i g. 4 oberste Län™srand der ersten Daube mit dem darüber anschließenden .Vjnkeirand der zuletzt verschweißten (in Fig.4 nicht dargestellten) Daube verschweißt wird. Nur durch Aufrechterh^Itung dieser Schvveißreihenfolge erreicht man. daß die von der Schvveißuns verursachte Verformung der Dauben und des daraus gebildeten Rohres keinen störenden Einfluß auf die angesirebte gleichmäßige Form des Rohres und während des Betriebes auch nicht auf die Haltbarkeit des Rohres ausüben kann.

Bei Dauben mit einem anderen Winkelprofi! oder mit einem U-Profil muß die Haltevorrichtung selbstverständlich angepaßte Scheiben 13 mit entsprechend angepaßten Nuten 11 aufweisen. Angepaßte Haltevorrichtungen sind auch erforderlich, wenn die radiale Höhe der Rippen zur Herstellung sogenannter Keilrippenrohre von deren einem Ende /u deren anderem Ende oder zu einer dazwischenliegende!'¹ Stelle des Rohres hin zunimmt.

Das Schweißen kann von Hand sowohl autogen als auci· elektrisch und darüber hinaus auch mit einem oder mehreren Scln.eißköpfen automatisch ausgeführt wc den. Wesentlich ist indessen, daß die in e.iien· Arbeitsgang gezogenen Schweißraupen nkii¹ /u I.iiil· werden. Lediglich im Fail, daß das heizusic-lienui. Rohr nicht langer als 30 cm ist. kann das Verfahren so ausgeführt werden, daß gemäß F i g. 5 l'uge n.ich fuge in unmittelbarer Reihenfolge vollständig und dicht fertig geschweißt wird, wobei allerdings noch darauf geachtet werden sollte, daß die Schweißnähte in der genannten Aufeinanderfolge ziwrig ohne zeitliche Unterbrechungen hergestellt werden.

Be"*:igt die Länge des herzustellenden Rohies mehr als 30 cm. höchstens jedoch W) cm. dann weiden die Fugen /w ischen den Dauben gemäß F i g. b /weckmäUis' !Γι noCnSleilN 50 LIII Ii¹IIgCM ICIINItCLlSCII ctti'slnt: UL M-Rdhriimfimg aufeinanderfolgend verschweißt. νν.ιπ.κΙ-dann wieder vnn vorn beginnend die /weiten Teilsiiekken entlang dem K.ihriiml.iiij: verschweißt werden.

Ls hat sich gezeigt, daß die l.jtige einer zusammen hängend gelegten Schwetßrnupe und damit auch einer vorgenannten Teilstrecke mindestens IOcm und vorzugsweise 20cm betragen sollte. Fig.7 ,cgi. wie die Dauben eines entsprechend langen Rohres zweckmäßig in jeweils drei Teilstrecken verschweißt werden. Zunächst v.ird in einer Fuge die erste Teilstrecke und danach die dritte Teilstrecke mit einer Schvveißriuipe

verseben. Dieses wiederholt sich in Umfiingsrichlung aufeinanderfolgend Fuge for Fuge, bis alle Fugen in ihren ersten und ihren dritten Teilstrecken mit einer Schweißraupe versehen sind, first darauf werden die /weiten Teilstrecken wiederum Fuge für Fuge in <, gleicher Weise dicht verschweißt.

Das in Fig.8 dargestellte Rohr ist so lang, daß jede Fuge in vier Teilstrecken verschweißt werden muß. AKc Fugen /wischen den Dauben werden 'zunächst Fuge nach Fuge in der ersten Teilstrecke und daraufhin Fuge ι« HSJh Fuge in der dritten Teilstrecke Und erst hiernach Fuge nach Fuge in der /weilen und schließlich in der vierten Teilstrecke jeder Fuge mit einer .Schweißraupe versehen. Bei noch längeren Rohren ergibt sich damit grundsätzlich, daß zunächst in einer Fuge eint· crsie ti Teilstrecke und in einem Abstand von der letzteren eine dritte und gegebenenfalls fünfte usw. Teilstrecke geschweißt xvird und daraufhin in gleicher Weise cnilang dem ganzen Umfang des Rohres in den jeweils benachbart anschließenden Fugen weitere erste, dritte >o und gegebenenfalls fünfte us*v. Teilstrecken geschweißt werden und daß erst hiernach das Rohr durch aufeinanderfolgendes Schweißen der /weiten, vierten usw. Teilstrecken Fuge für Fuge aufeinanderfolgend fertig geschweißt wird. y,

Das in '-ig.9 dargestellte Rohr ist zur Verschweißung seiner Dauben in einer Haltevorrichtung gehalten, die zunächst beide stirnseitigen Enden der Dauben übergreift. Jede Fuge wird in fünf Teilstrecken verschweißt, und zwar zunächst im dritten (mittleren) so Teil, danach im zweiten Teil und hiernach im vierten Teil. Dann wird das Rohr aus der Haftevorrichtung entfernt, wonach erst die einen und dann die anderen Kndfcilc der Fugen verschweißt wcden.

Cicmäß Fig. 10 wird automatisch mit drei Schweiß- J5 köpfen geschweißt, die in jeder Schweißfuge in I-ang«·· 'li'h» :ng mit Abstan.I angeordnet sind und jeweils das anschließende Drittel der Fuge verschweißen. Auf jede sei verschweißte fuge folgt die in llmfangsricfitung benachbarte Fuge mit einer gleichartigen Verschwel· Bung. usw. Hieraus ergibt sich, daß bei mehreren Schweißköpfen dieselben grundsätzlich in jeweils ein und derselben Fuge iitt Abstand einer Teilstrecke gleichsinnig im Sinne der gleichzeitigen Schwdßung der jeweils anschließenden Teilstrecke angesetzt werden können.

Auch bei dem in Fig. 11 veranschaulichten Schweiß· verfahren wird mit drei Schweißköpfen gearbeitet. Diese wirken aber je in einer eigenen Fuge und zwar so, daß erst, nachdem der erste Schweißkopf in der ersten Fuge das erste Drittel der Fugcnlfinge, d.h. gemäß vorstehendem eine Teilstrecke durchlaufen hat. der zweite Schweißkopf in der zweiten Fuge zu schweißen beginnt, und erst, nachdem der erste .Schweißkopf zwei Drittel der Fuge und der zweite Schweißkopf ein Drittel der zweiten Fuge durchlaufen hat. der dritte Schweißkopf in der dritten Fuge zu arbeiten beginnt. Sobald der erste Sehweißkopf das Ende der ersten Fuge erreicht hat. wird er nach dem Anfang der vierten Fuge versetzt, entsprechend der zweite Sehweißkopf nach Beendigung seiner Arbeit in der zweiten Fuge in die fünfte Fuge, usw. Dieses Verfahren ist natürlich nicht an die Verwendung von drei Schweiüköpfen gebunden, d. h. es können maximal so viele Schweißköpfe verwendet werden, wie die Gesamtlänge einer Fuge in Teilstrecken einer vorgenannten Länge aufgeteilt werden kann.

Allgemein gift, daß mehrere Schweißköpfe in einem gegenseitigen Abstand einer Teilstrecke in in Umfangsrichlungujs herzustellenden Rohres aufeinanderfolgenden Fugen gestaffelt hintereinander her im Sinne der Herstellung einer jeweils durchlaufenden Schweißfuge angeselz.t werden können. Begrenzt wird die Zahf der möglichen Schweißköpfe allerdings nicht nur durch die Zahl der auf der ganzen Rohrlänge befindlichen Teilstrecken, sondern auch dadurch, ddß die Schweißung aller gleichzeitig arbeitenden Schweißköpfe möglichst von oben nach unten erfolgen sollte. Es sollte deshalb die Hallevorrichtung mit den Dauben von Zeit zu Zeit so gedreht werden, daß die Schwei3ung stets im wesentlichen von oben nach unten erfolgen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 Patentansprüche: 25 20

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmetauscherrohre* aus aneinander geschweißten, jeweils ein Winkel- oder U-Profi! aufweisenden Dauben. ¹^ deren eine Schenkel bzw. Flansche tangential zum Rohr gleichgerichtet aufeinanderfolgend die Umfangswand des Rohres bilden, indem diese Schenkel bzw. Flansche jeweils mit ihrem freien Längsrand an den Winkelrand der in Umfangsrichtung benachbarten Daube angeschweißt sind, während die anderen Schenkel bzw. Stegteile der Dauben nach innen gerichtete Längsrippen des Rohres bilden, d a durch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammenschweißen der ersten beiden Dauben alle nachfolgenden Dauben jeweils mit ihrem auf dem Umfang des herzustellenden Rohres liegenden Längsrand an den ebenfalls auf diesem Umfang liegenden Winkelrand (3) der zuvor verschweißten Daube angeschweißt werden und schließlich der Längsrand eic ersten Daube mit dem Winkelrand der zuletzt verschweißten Daube verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte in der genannten Aufeinanderfolge zügig ohne zeitliche Unterbrechungen hergestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit mehr als 30 cm langen Dauben, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauben zunächst nur über mindestens 10 und höchstens 30 cm lange Teilstrecken entlang dem Rohrumfanv verschweißt werden und danach in gleicher Weise die anschließenden Teilstrecken geschweißt werden (F i g. 6).

4. Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils etwa 2'.'Cn lange Teilstrecken ^ geschweißt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 mit mindestens 50 cm langen Dauben, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauben zumindest beim Schweißen von Hand vor dem eigentlichen Schweißvor- ·"> gang in ihrer Mitte bzw. bei mehr als 50 cm hingen Dauben in Abständen von höchstens 25 cm entlang dem ganzen Rohrumfang zunächst durch elektrische Lichtbogenschweißung punktförmig zusammengeheftet werden. *5

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in einer Fuge eine erste Teilstrecke und in einem Abstand von der letzteren eine dritte und gegebenenfalls fünfte usw. Teilstrecke geschweißt wird und in gleicher Weise entlang dem ganzen Umfang des Rohres in den jeweils benachbart anschließenden Fugen weitere erste, dritte und gegebenenfalls fünfte usw. Teilstrekken geschweißt werden, und daß erst hiernach das Rohr durch aufeinanderfolgendes Schweißen der zwirnen, vierten ubw. TeiiMrecken je benachbarter Fuge Fuge für Fuge fertig geschweißt wird (Fig.8).

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dauben zunächst zwischen zwei ihre beiden Enden überdeckenden Haltern in ihren zur Verschweißung erforderlichen Lagen gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung zunächst in dem von den Haltern frei gelassenen Bereich des Rohres begonnen und nach Herausnahme des so teilweise verschweißten ^b5 Rohres an den beiden Rohrenden in gleicher Weise nachgeholt wird (Fig. 9).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 mit

automatischer Schweißung mit mehr als einem Schweißkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißköpfe in ein und derselben Fuge im gegenseitigen Absland einer Teilstrecke gleichsinnig im Sinne der gleichzeitigen Schweißung der jeweils anschließenden Teilstrecke angesetzt werden g)

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 mit automatischer Schweißung mit mehr als einem Schweißkopf, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schweißköpfe in einem gegenseitigen Abstand einer Teilstrecke in in Umfangsrichtung des herzustellenden Rohres aufeinanderfolgenden Fugen versetzt hintereinander her im Sinne der Herstellung einer jeweils durchlaufenden Schweißfuge angesetzt werden (F ig. 11).