DE2542081A1

DE2542081A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung dickwandiger werkstuecke aus stahl

Info

Publication number: DE2542081A1
Application number: DE19752542081
Authority: DE
Inventors: Dieter Kusmierz; Reinhard Dr Ing Mueller
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1975-09-20
Filing date: 1975-09-20
Publication date: 1977-03-24
Also published as: FR2324405B1; NL7610087A; CH594472A5; JPS5239545A; FR2324405A1

Description

ERIED. ERUPP GESELLSGHAPT MIT BESCHRÄNKTER HAPTUNG IN ESSEN

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung dickwandiger ■Werkstücke aus Stahl

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dickwandigen, rotationssynnnetrischen Werkstücken aus Stahl, insbesondere von Druckbehältern, "bei dem die Wand des Werkstücks durch formgebendes Auftragschweißen mit mehreren abschmelzenden Elektroden in senkrechter Richtung von unten nach oben aufgebaut wird so"Wie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Im Großbehälterbau und insbesondere im Kernreaktorbau ■werden immer größere und schwerere Werkstücke, wie Druckbehälter, Planschringe, Tragringe und Stutzen benötigt. Diese Werkstücke können von einer bestimmten Größe ab nicht mehr durch nahtloses Schmieden hergestellt werden, da fast immer geeignete Schmiedepressen sowie Wärmebehandlungsanlagen fehlen und Schwierigkeiten beim Transport der Werkstücke auftreten. Beispielsweise können ringförmige Werkstücke mit einem Durchmesser von mehr als 10 m gegenwärtig nicht mehr durch Schmieden gefertigt werden. Zur Herstellung großer, rotationssymmetrischer Werkstücke aus Stahl hat sich das formgebende Auftragschweißen bewährt, das ohne weiteres auch direkt auf der Baustelle durchgeführt werden kann und das die beim Sehmieden auftretenden Schwierigkeiten vermeidet.

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Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines dickwandigen Druckbehälters für Kernreaktoren bekannt, bei dem die Behälterwand durch formgebendes Auftragschweißen mit— IeLs mehrerer abschmelzender Elektroden kontinuierlich in senkrechter Richtung aufgebaut wird. Bei diesem bekannten Verfahren wird die tragende Behälterwand in einem Arbeitsgang auf die Außenseite eines dünnwandigen Innenfutters aus nichtrostendem Stahl derart aufgebracht, daß je nach der gewünschten Wanddicke mehrere Schweißraupen in radialer Richtung nebeneinander mit Hilfe der in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten Elektroden aufgetragen werden.

Bei dem bekannten Verfahren ist nachteilig, daß wegen der beim Auftragschweißen freiwerdenden Wärme Verwerfungen des dünnwandigen Innenfutters des Großbehälters kaum vermeidbar sind. Bin weiterer Nachteil besteht darin, daß nur eine begrenzte Anzahl von Elektroden eingesetzt werden kann, da beim bekannten Verfahren die Elektroden in Umfangsrichtung des Behälters versetzt angeordnet und so ausgerichtet sind, daß jede Schweißraupe teilweise auf der vorhergehenden Raupe aufliegen muß, um sich mit dieser durch teilweises Aufschmelzen fest zu verbinden. Aus metallurgischen Gründen dürfen aber in sehr vielen Fällen die einzelnen Schweißraupen erst dann aufgetragen werden, wenn der Untergrund auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt ist, was eine bestimmte Kühlzeit erfordert, Beispielsweise beträgt die Kühlzeit einer bei 600 A hergestellten Schweißraupe auf 200⁰C ca. 5 Min. Beim bekannten Verfahren müßten die mit einer Schweißgeschwindigkeit von 4-OOmm/Min. arbeitenden Elektroden einen Mindestabstand von 2000mm haben, wenn eine Raupentemperatur von 200 C einzuhalten ist, und bei einem rotations-

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symmetrischen Werkstück mit einem Durchmesser von 2000mm könnten daher nur 3 Elektroden eingesetzt werden. Schließlich fuhrt auch die Verwendung von verschiedenen Werkstoffen "beim Auftragschweißen nach dem "bekannten Verfahren zu einem erhöhten Sicherheitsrisiko, da das Verschweißen eines Bleches aus nichtrostendem Stahl mit ferritischem Elektrodenmaterial aus schweißtechnischen Gründen als sehr problematisch anzusehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung dickwandiger Werkstücke durch formgebendes Auftragschweißen zu schaffen, das eine hohe Schweißgeschwindigkeit sowie die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe zuläßt und das Werkstücke mit gleichbleibend hoher Festigkeit, guter Oberflächenbeschaffenheit und geringen Abweichungen in den Abmessungen liefert. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zu schaffen»

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mehrere, die Wand des Werkstückes bildende und aus mehreren Schweißraupen bestehende Wandzonen durch mehrere, in radialer Richtung des Werkstückes nebeneinanderliegende und über die jeweilige Breite der einzelnen Wandzonen bewegliche Elektroden gleichzeitig so aufgetragen werden, daß jede Wandzone durch die ihr zugeordnete Elektrode auf dem Radius des Werkstückes zur benachbarten Wandzone hin aufgebaut wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die einzelnen Wandzonen aus unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut werden. Zur Vermeidung von Sprödbrüchen ist es besonders vorteilhaft, wenn Wandzonen mit besonders

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hoher Festigkeit und Streckgrenze und Wandzonen mit besonders hoher Zähigkeit abwechselnd nebeneinander angeordnet werden. Zur Erhöhung der Beständigkeit des Werkstückes ist entsprechend der Erfindung vorgesehen, daß die äußere und/oder innere Wandzone aus zunderbeständigen, korrosionsbeständigen und/oder wasserstoffbeständigen Werkstoffen aufgebaut wird. Dabei ist es insbesondere dann, wenn die äußere und/oder innere Wandzone aus austenitischem, rostfreiem Stahl besteht, vorteilhaft, wenn sie in axialer Richtung des Werkstücks auf einer geringeren Höhe als die restlichen Wandzonen aufgebaut wird.

Das vorgeschlagene Verfahren wird gemäß der Erfindung mit einer Vorrichtung durchgeführt, die aus einem Drehwerk, einem Schweißkopf und einer Regeleinrichtung besteht, wobei der Schweißkopf wiederum aus einem in radialer Richtung des Werkstücks beweglichen Ausleger sowie mehreren am Ausleger befestigten, in radialer Richtung des Werkstücks beweglichen Elektroden zusammengesetzt ist, die insbesondere als Unterpulverelektroden eingesetzt werden können, und wobei die Regeleinrichtung die Drehzahl des Drehwerks sowie das Auftragen der Wandzonen regelt.

Gegenüber den bekannten Auftragschweiß-Verfahr en wird mit der vorliegenden Erfindung eine wesentlich erhöhte Schweißgeschwindigkeit erreicht, ohne daß sich daraus nachteilige Wirkungen auf die Eigenschaften der hergestellten Werkstücke ergeben. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften zum Aufbau der einzelnen Wandzonen, ohne daß daraus Sicherheitsrisiken erwachsen.

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So lassen sich durch die abwechselnde Anordnung von Wandzonen hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit in vorteilhafter Weise Sprödbrüche vermeiden. Werden die Werkstücke mit einer als Schutzschicht wirkenden äußeren und/oder inneren Wandzone aus austenitisehern, rostfreiem Stahl versehen, so ist entsprechend der Erfindung sichergestellt, daß der austenitische Stahl immer auf die aus ferritischem Stahl "bestehende Wandzone aufgeschweißt und daß der unerwünschte umgekehrte Pail vermieden wird.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figo 1 Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und ein zylindrisches Werkstück,

Fig. 2 * Verfahrensablauf bei der Herstellung

eines Werkstücks_r dessen Wandzonen aus zwei verschiedenen ferritischen Stählen bestehen und dessen innere Wandzone aus einem austenitischen Stahl besteht.

Auf dem Drehwerk 1, das eine Schweißgeschwindigkeit von 100 bis lOOOmm/Min. auf dem Umfang des Werkstücks zuläßt, befindet sich eine sternförmige Auflage 2 aus I-Irägern, auf welcher der Auflagering 3 angeordnet ist. Auf dem Auflagering 3 wird das zylindrische, rotationssymmetrische Werkstück 4 aufgebaut. Die Wand des Werkstücks 4 besteht aus mehreren Wandzonen 5, die in dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Die Anzahl der Wandzonen 5 ist unterschiedlich und liegt in der Regel zwischen 2 und 8.

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Das Werkstück 4 wird in Richtung der Rotationsachse 6 von unten nach oben kontinuierlich aufgebaut. Der Aufbau der Wandzonen 5 erfolgt durch den Schweißkopf 7, der sich in Richtung der Rotationsachse 6 von unten nach oben bewegt. Der Schweißkopf 7 besteht aus dem Ausleger 8 und den mit Elektroden 9 versehenen Elektrodenhalterungen. Der Ausleger 8 ist in Richtung des Radius 14 des Werkstücks 4 beweglich, wodurch alle Elektroden 9 um die gleiche Wegstrecke verschoben werden können. Jede der Wandzonen 5 wird durch die zugehörige Elektrode 9 aufgebaut. Alle Elektroden 9 sind unmittelbar nebeneinander angeordnet und können gleichzeitig über die Breite 16 der zugehörigen Wandzone 5 bewegt werden. Außerdem ist jede Elektrode 9 für sich allein über die Breite 16 der Wandzone 5 beweglich. Die Drehzahl des Drehwerkes 1 und die Bewegungen des Schweißkopfes 7> des Auslegers 8 und der Elektroden 9 sowie die aufzubringenden Werkstoffmengen werden durch die programmgesteuerte Regeleinrichtung 10 über die Leitungen 11, 12 und 13 geregelt.

Die einzelnen Wandzonen 5 bestehen jeweils aus mehreren Schweißraupen 15· Beim Aufbau der Wandzonen 5 werden zunächst während einer -Umdrehung des Drehwerks 1 beispielsweise alle inneren Schweißraupen 15a der einzelnen Wandzonen 5 aufgetragen. Dann wird der Ausleger 8 um eine bestimmte Strecke in Richtung des Radius 14 nach außen verschoben, und während einer weiteren Umdrehung werden die Schweißraupen 15b gelegt. Die bis jetzt benötigte Zeit reicht aus, um die Schweißraupen 15a auf die erforderliche Temperatur abzukühlen. Nach dem Auftragen der Schweißraupen 15b werden die Sohweißraupen 15c aufgebracht, die sich jeweils mit den Schweißraupen 15a der benachbarten, äußeren Wandzonen 5 verbinden.

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Das Aufbringen der Schweißraupen kann in radialer Richtung von innen nach außen, von außen nach innen oder im stetigen Wechsel dieser "beiden Möglichkeiten erfolgen. Verdickungen beziehungsweise Eins clinürungen des Werkstücks 4 lassen sich dadurch herstellen, daß einzelne Elektroden 9 für längere Zeit "bzw. für verschiedene Umläufe zu- oder abgeschaltet werden (siehe Elektroden 9a, 9Td in Pig. 2). Es ist ferner möglich, die äußere oder innere Wandzone 5 in einem bestimmten Abstand zur Schweißebene der restlichen Wandzonen 5 aufzubringen (siehe Wandzone 5e in 3?ig. 2). Diese Arbeitstechnik wird insbesondere dann angewendet, wenn eine Wandzone aus rostfreiem Stahl aufgebracht werden soll. Schließlich kann auch die Dicke der äußeren oder inneren Wandzonen 5 durch zeitweises Abschalten der zugehörigen Elektroden 9 variiert werden. Wegen des großen Durchmessers der Werkstücke 4 ist die Schweißebene im Regelfall waagerecht. Bei kleineren Werkstückdurchmessern kann es aber erforderlich sein, daß die äußeren Elektroden 9 zu bestimmten Zeiten allein oder mit größerer Abschmelzleistung arbeiten, da für die äußeren Wandzonen 5 mehr Material als für die inneren Wandzonen 5 benötigt wird.

Die einzelnen Wandzonen 5 bestehen in der Regel aus 3 bis 10 Schweißraupen 15 und haben beispielsweise eine Breite von 10 bis 20 mm und eine Höhe von 3 bis 6 mm. Folgende Schweißwerkstoffe haben sich besonders bewährt:

a) 3?erritischer Werkstoff mit hoher Festigkeit: S 3 NiMoCr

b) Ferritischer Werkstoff mit hoher Zähigkeit: S 2 Ni

c) Austenitischer Werkstoff: X 5 CrNiMoNb 19

Ansprüche: - 7 -

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Claims

Ansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von dickwandigen, rotationssymmetrischen Werkstücken aus Stahl, insbesondere von Druckbehältern, bei dem die Wand des Werkstücks durch formgebendes Auftragschweißen mit mehreren abschmelzenden Elektroden in senkrechter Richtung von unten nach oben aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, die Wand des Werkstücks bildende und aus mehreren Schweißraupen bestehende Wandzonen durch mehrere, in radialer Richtung des Werkstücks nebeneinanderliegende und über die jeweilige Breite der einzelnen Wandzonen bewegliche Elektroden gleichzeitig so aufgetragen werden, daß jede Wandzone durch die ihr zugeordnete Elektrode auf dem Radius des Werkstücks zur benachbarten Wandzone hin aufgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wandzonen aus unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Wandzonen mit besonders hoher Festigkeit und Streckgrenze und Wandzonen mit besonders hoher Zähigkeit abwechselnd nebeneinander angeordnet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere und/oder innere Wandzone aus zunderbeständigen, korrosionsbeständigen und/oder wasserstoff beständigen Werkstoffen aufgebaut wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere und/oder innere Wandzone in axialer

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Richtung des Werkstücks auf einer geringeren Höhe als die restlichen Wandzonen aufgebaut wird,,

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Drehwerk (1), einem Schweißkopf (7) und einer Regeleinrichtung (10) besteht, wobei der Schweißkopf (7) aus einem in radialer Richtung des Werkstücks (4) beweglichen Ausleger (8) sowie mehreren am Ausleger (8) befestigten, in radialer Richtung des Werkstücks (4) beweglichen Elektroden (9) zusammengesetzt ist, die insbesondere als Unterpulverelektroden verwendet werden können, und wobei die Regeleinrichtung (10) die Drehzahl des Drehwerks (1) sowie das Auftragen der Wandzonen (5) regelt.

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