DE2537373A1 - Verfahren zum befestigen eines rohres in einer bohrung durch explosiv- schweissen - Google Patents

Description

INTERNATIONAL RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY LIMITED, Newcastle upon Tyne, Großbritannien

Verfahren zum Befestigen eines Rohres in einer Bohrung durch Explosiv-Schweißen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befestigen eines Rohres in einer Bohrung durch Explosiv-Schweißen, d.h. auf das Verschweißen eines Metallrohres mit anderen metallischen Korpern unter Verwendung von Sprengstoffen, und die Erfindung ist insbesondere - wenngleich nicht ausschließlich für die Verbindung von Rohrleitungen zur Verteilung oder Weiterleitung von Flüssigkeiten, wie beispielsweise öl. oder Gasen, sowie für die Verbindung von rohrförmigen Bauteilen mit Flanschen oder dergleichen anwendbar.

Ein Problem, das beim Verschweißen von Rohren mit großem Durchmesser auftritt, besteht in der ausgeprägten ovalen Form, die etwa Λ% des Durchmessers ausmachen kann. Durch die GB-PS 1 297 708 ist eine Lösung bekanntgeworden, welche mit einer aufblähbaren Füllung arbeitet, und wenngleich sich

609811/085 9

diese Methode als zufriedenstellend erwiesen hat, gibt es doch gewisse Fälle, bei denen die Geschwindigkeit und die Probleme des Zugangs sowie Materialkosten einfachere Verfahren verlangen.

Durch die GB-PS 1 280 451 ist ferner ein Verfahren zum Einschweißen eines Rohres in eine Rohrwand mittels einer Sprengladung bekanntgeworden, wobei entweder die Wand des Rohres oder irgendeines anderen metallischen Körpers, der die Ladung umgibt, kegelförmig odet spitz zulaufend ausgeführt ist; Die vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung dieser Erfindung dar, welche zwar für das Verschweißen von Rohren mit Rohren anwendbar ist, jedoch nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zum Explosiv-Verschweißen eines metallischen Rohres mit einem metallischen Körper das Einsetzen des Rohres in eine Bohrung in dem metallischen Körper, wobei ein Spielraum zwischen der Außenseite des Rohres und der Bohrung in dem metallischen Körper vorgesehen wird, das zentrale Anordnen oder Einsetzen eines räumlich getrennten Körpers aus einem Aufschlagmedium, der anschließend als Schlagkörper bezeichnet wird und eine Sprengladung enthält, sowie das Zünden der Sprengladung, welche dem Schlagkörper eine so hohe Geschwindigkeit verleiht, daß wiederum der Wand des Rohres eine genügend hohe Geschwindigkeit verliehen wird, um eine Schweißung zwischen der Außenfläche des Rohres und der Innenfläche der Bohrung des metallischen Körpers auszuführen.

60981 1/0859

Den Schlagkörper muß man jedoch von den Übertragungsmedien unterscheiden, die von früheren Explosiv-Schweißverfahren her bekannt sind, d.h., das Übertragungsmedium wird in inniger Berührung mit einem der metallischen Körper gebracht, die zu verschweißen sind, wohingegen bei der vorliegenden Erfindung eine räumliche Trennung zwischen dem Schlagkörper und den metallischen Körpern absichtlich eingeführt wird und auch unbedingt notwendig ist, um zu ermöglichen, daß der Schlagkörper die maximale Beschleunigung, die von der Sprengladung ausgeht, erreicht, bevor er auf den metallischen Körper aufschlägt.

Der Schlagkörper kann die Form eines im allgemeinen zylindrischen Stöpsels aus einem Material einer Kunststoffgattung haben, und er muß ferner die Eigenschaft haben, einer Zertrümmerung oder Zersplitterung mindestens während der Zeit des Aufschlages zu widerstehen, so daß man ihn leicht aus dem Rohr entfernen kann. Diese Materialien umfassen Polythen sowie Gummi und andere ähnliche Materialien.

Der Schlagkörper kann in eine dünne Metallummantelung eingeschlossen werden, um eine Extrusion oder ein Ausbrechen des Aufschlag- oder Beaufschlagungsmaterials durch einen Spalt zwischen den zwei Rohren zu verhindern, um diesen Spalt dauerhaft abzudichten und ferner beim Aufschlagvorgang zu unterstützen.

Der Schlagkörper kann vorzugsweise die Form eines konischen Stöpsels aufweisen.

Der Schlagkörper kann ferner im räumlichen Abstand von der Innenwand des Rohrkörpers durch Abstandshalter in der Form kreisrunder Ringe gehalten werden, oder der Schlagkörper

6098 1 1/0859

kann auch einen zentralisierenden Körperteil, der über den Schweißbereich hinausragt, aufweisen, um die räumliche Trennung im Beaufschlagungsbereich aufrechtzuerhalten.

Um die Kraft des Sprengstoffes bei seiner Explosion zu absorbieren und eine übermäßige Verformung des Schweißbereichs zu verhindern, kann man einen segmentierten Amboß verwenden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der metallische Körper aus einer Rohrwand bestehen, die eine Anzahl von Bohrungen zur Aufnahme zahlreicher Röhren oder Rohre aufweisen kann, welche in die Bohrungen in der Rohrwand einzuschweißen sind.

Das Explosiv-Schweißverfahren kann ausgeführt werden, wenn sich das Rohr oder die Rohre in einer horizontalen oder vertikalen Lage befinden.

Die Sprengladung kann durch einen örtlichen oder abgelegenen Zünder gezündet werden.

Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Anordnung, bei der ein Rohr in die Muffe eines Muffenrohres eingesetzt ist, so daß man die Rohre gemäß dem Verfahren der Erfindung explosiv vereinigen kann,

609811/0859

wobei die Rohre eine horizontale Lage einnehmen;

Fig. 2 eine Modifikation des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels, bei der sich die Rohre in einer vertikalen Lage befinden;

Fig, 3 eine Anordnung zum Explosiv-Verschweißen einer Röhre oder eines Rohres mit einer Lochwand oder Lochplatte;

Fig. 4 eine Anordnung zum Explosiv-Verschweißen zweier Rohre mit einer metallischen Hülse und

Fig. 5 eine Modifikation des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels .

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung ist eine Vorrichtung zum Explosiv-Verschweißen eines Rohres 10 mit einem weiteren Rohr 11 vorgesehen, das ein aufgeweitetes oder muffenartiges Ende 12 aufweist.

In Fig. 1 ist das Rohr 10 in das muffenartige Ende 12
des Rohreä 11 eingesetzt, und ein paralleler Distanz-Spielraum wird zwischen der Außenfläche des Rohres 10
und der Innenfläche des aufgeweiteten oder muffenartigen Endes 12 aufrechterhalten.

Das Explosivmittel weist einen kegelstumpfförmigen Schlagkörper 13 auf, der aus Polythen hergestellt ist und eine Sprengladung 14 enthält, die sich in inniger Berührung mit dem Schlagkörper befindet.

60981 1 /0859

Der Schlagkörper 13 ist mittels einer Kunststoffhülse 15 räumlich angeordnet, die zentralisierende Platten 16 aufweist, welche das Beaufschlagungsmedium in einem minimalen Distanz - Abstanivon der Innenbohrung des Rohres 10 halten. Ein Zünder 17 ist dazu vorgesehen, die Sprengladung 14 zu zünden. Um die Außenseite des aufgeweiteten oder muffenartigen Teils 12 ist ein metallischer Amboß 18 positioniert, der Kreissegmente aus dickem Metall aufweist, die durch Halteeinrichtungen zusammengehalten werden. Dieser Amboß absorbiert die Explosionskraft und verhindert eine übermäßige Verformung der Rohrwände.

Der Winkel und die Dicke des kegelstumpfförmigen Schlagkörpers, die Größe der Sprengladung und der Distanzspielrauia zwischen dem Schlagkörper und der Innenwand des Rohres 10 sowie der Distanzspielraum zwischen der Außenfläche des Rohres 10 und der Innenfläche des aufgeweiteten Endes 12 werden in Abhängigkeit von den Wanddicken und Durchmessern der Bauteile sowie in Abhängigkeit von der Länge der Schweißmng berechnet, die hergestellt werden soll. Die Sprengladung kann entweder sein, daß sie eine Explosionsgeschwindigkeit erzeugt, die die Schallgeschwindigkeit in dem Metall überschreitet und die höchste Schallgeschwindigkeit aufweist, d.h. Überschallgeschwindigkeit, oder sie kann auch kleiner sein als diese, d.h. im Unterschallbereich liegen. Vorzugsweise verwendet man jedoch die erstere.

Wenn die Sprengladung durch den Zünder gezündet wird, erreicht die Wand des Rohres 10 eine ausreichend hohe Geschwindigkeit, um eine Verschweißung zwischen ihrer Außenfläche und der Innenfläche des aufgeweiteten Rohres 11 zu bewirken. Der Schlagkörper, die zentralisierenden Platten

6098 1 1 /0859

usw. -werden durch die Explosion zerstört und nach Abschluß der Schweißung einfach aus der Bohrung entfernt bzw. herausgenommen .

Wenn man das oben beschriebene Verfahren anwendet, hat sich herausgestellt, daß der Distanzspielraum bzw. Abstand zwischen einem Rohr und der Bohrung eines umgebenden Metallkörpers, an dem das Rohr anzuschweißen ist, auf 10% der Wanddicke des Rohres oder sogar weniger reduziert werden kann, verglichen mit 50 bis 10096 bei den bisher bekannten Anordnungen. Dadurch wird ohne übermäßige Vergrößerung der Bohrungen oder Bauteile die Ausführung der Schweißung möglich.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Rohre in einer vertikalen Lage. In diesem Fall wird der Schlagkörper mittels einer ebenen Scheibe oder Platte 19, die am einen Ende des Rohres 10 einen inneren Zentrierring 19a aufweist, sowie mittels der Platte 16 in der Bohrung zentralisiert. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Platten aus einem nachgiebigen Gummi hergestellt sein, oder man kann auch zur Zentralisierung des Schlagkörpers Federn vorsehen. Das Schweißverfahren wird in der gleichen Weise ausgeführt, wie dies vorstehend in Verbindung mit Fig.1 beschrieben wurde.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Verfahren in der Weise angewandt, daß ein Rohr 20 mit einer Lochwand oder Lochplatte 21 verschweißt wird. In diesem Fall sind zentralisierende Platten überflüssig, da der Schlagkörper mit einem Schulterteil 13a versehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der konische Teil vorzugsweise so angeordnet, daß er vom Rohrende weggerichtet ist. Der Durch-

60981 1 /0859

messer der Bohrung in der Lochplatte braucht nicht wesentlich größer zu sein als der Außendurchmesser des Rohres, denn wenn das Rohr durch den Schlag von dem Schlagkörper her beschleunigt wird, erreicht man die daraus resultierende Beschleunigung wesentlich schneller als wenn das Rohr unmittelbar durch Gasdruck beschleunigt wird, wie dies bei den bekannten Anordnungen der Fall ist. Der erforderliche Abstand bzw. Distanzspielraum kann sehr einfach mittels Beilagscheiben in geeigneter Dicke erreicht werden.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die zu verbindenden Enden der zwei Rohre 10 und 11 durch eine Hülse 22 umgeben und überlappt, und diese wird wiederum von einem Amboß umfaßt, der zahlreiche schweißförmige Segmente 23 aufweist, die durch nichtgezeigte Halteeinrichtungen in Wirkposition gehalten werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Abschirmring 24, der aus Metall bestehen kann, zwischen den Stirnrändern der zwei Rohre gehalten, um zu verhindern, daß der Schlagkörper zwischen den aneinandergrenzenden Rohrenden hindurch extrudiert. Um einen parallelen Spielraum zwischen den Rohren 10, 11 und der Hülse 22 aufrecht zu erhalten, können entsprechende Maßnahmen getroffen werden, z.B. durch Einschaltung von Keilen, oder der Spielraum kann einfach durch die Halterung aufrechterhalten werden, wie dies gezeigt ist. Die Explosion der Sprengladung zur Erzielung der Schweißüng erfolgt genau so, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.

In dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Schlagkörper aus zwei kegelstumpfförmigen Teilen 25, von denen ein jeder eine Hauptladung 26 enthält, und die durch

60981 1 /0859

einen glatten hülsenförmigen Abschnitt 27 verbunden sind, der einen kleinen Kernsprengstoff 28 enthält, welcher durch einen Zünder 29 gezündet wird. Der hülsenförmige Abschnitt, der in wenigstens einer der Bohrungen unter Verwendung fe.B. eines Klebers angeordnet ist, ist mit einer radialen Ausnehmung 30 in dem Bereich versehen, wo die Verbindung zwischen den zwei Rohren 10, 11 stattfindet, und aufgrund dieser Formgebung wird eine Extrusion des Schlagkörpers in den Verbindungsbereich hinein verhindert. Die Einzelheiten der umgebenden Hülse und des umgebenden Ambosses wurden bereits in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben.

Es sei bemerkt, daß bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Zünder, wie beschrieben, örtlich gezündet werden kann, oder auch von einer Position aus, die von der Sprengladung abgelegen ist.

Es sei ferner bemerkt, daß der Schlagkörper nicht konisch oder spitz zulaufend zu sein braucht, wie dies in Zusammenhang mit den speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde. Er kann in der Tat auch mit parallelen Seitenwänden versehen sein, vorausgesetzt, daß die genannte räumliche Trennung zwischen der Außenfläche des Schlagkörpers und der Innenfläche des Rohres aufrechterhalten wird, und daß eine geeignete Sprengladung verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform würde die Sprengladung normalerweise eine solche sein, welche eine im Unterschallbereich liegende Explosionsgeschwindigkeit hat.

Der Ringraum, welcher durch die Außenfläche des Rohres und die Bohrung des umgebenden Bauteils begrenzt wird, braucht nicht, wie oben beschrieben wurde, eine konstante Breite aufzuweisen, sondern kann in Explosionsrichtung der Hauptladung oder -ladungen zunehmen. Die Anwendung eines konischen

609811/0859

25.17373

Distanzspaltes ist jedoch in der Praxis weniger attraktiv und kommt normalerweise nur dann infrage, wenn die Rohrwand sehr dick ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine solche Formgebung bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.

6098 1 1 /0859

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Befestigen eines Rohres in einer Bohrung durch Explosiv-Schweißen, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Sprengladung(14) innerhalb des Rohres (10) durch einen Körper (13) aus einem Aufschlagmedium umgeben ist und in inniger Berührung mit diesem steht, daß der Körper wenigstens in dem Bereich von der Wand des Rohres in Abstand angeordnet ist, der die Sprengladung umgibt, wodurch das Aufschlagmedium eine hohe Geschwindigkeit erreicht, bevor es auf die Wand des Rohres aufschlägt und die Rohrwand zur Ausbildung der Schweißung ausdehnt.

   Verfahren nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus dem Aufschlagmedium in dem Bereich konisch verjüngt ist, der die Sprengladung umgibt.

   Verfahren nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus dem Aufschlagmedium durch einen ringförmigen Vorsprung am Körper im Abstand von der Innenfläche des Rohres gehalten ist.

   609811./085 9.

   4. Verfahren nach Anspruch 2 zum Einschweißen eines Rohres in einer Bohrung in einer Lochwand oder einer Lochplatte,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus dem Aufschlagmedium einen zylindrischen Teil (13a) aufweist, der an das Ende des Rohres eingepaßt ist.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum Verschweißen der Enden zweier Rohre mit einer umgebenden Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Abschirmkörper zwischen den Rohrenden angeordnet wird, um die Extrusion des Aufschlagmediums zwischen den Rohrenden hindurch zu verhindern.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum Verschweißen der Enden zweier Rohre mit einer umgebenden Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus dem Aufschlagmedium Sprengladungen innerhalb beider Enden aufweist und jedes Ende von einem zylindrischen Mittelabschnitt mit größerem Durchmesser aus konisch verjüngt ist.

   7. Verfahren nach Anspruch 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Körper an seiner Mitte eine ringförmige Ausnehmung in Ausfluchtung auf den Spalt zwischen den Enden der Rohre aufweist.

   ReFu/Pi.

   6098 11/0859