DE2601247B2

DE2601247B2 - Verfahren zum anschweissen eines rohres an eine rohrplatte

Info

Publication number: DE2601247B2
Application number: DE19762601247
Authority: DE
Inventors: Johannus Jacobus Breskens Broodman (Niederlande)
Original assignee: B.V. Koninklijke Maatschappij, De Scheide, Vlissingen (Niederlande)
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1976-01-15
Publication date: 1977-12-22
Also published as: NL162469B; FR2298398A1; US4066861A; FR2298398B1; NL7500814A; GB1492705A; DE2601247A1; DE2601247C3; NL162469C

Description

JLHKüiaischweibungen zwischen dem Rohrende und der inneren Oberfläche der Bohrung ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß über das Rohr (2) ein passender Ring (5) geschoben wird, der beim Schweißen an der die Bohrung (6) umgebenden Wand der Rohrplatte (1) anliegt und daß beim Anschweißen des Röhrendes an die Rohrplatte so viel Wärme zugeführt wird, daß nur ein Teil des Querschnittes des Ringes (5) schmilzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erst das Ende des Rohres (2) in der Bohrung (6) mit dem Inneren der Bohrung verschweißt wird und daß danach eine oder mehrere Zirkularschweißungen an der Außenseite dort ausgeführt werden, wo das Rohr in der Bohrung steckt, wobei der Ring vollständig schmilzt und eine zweite Schweißnaht gebildet wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring im Querschnitt ein rechtwinkliges Dreieck bildet und dal:· die rechtwinklig zueinander stehenden Seiten des Ringes am Rohr und an der Rohrplatte anliegen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Ringes demjenigen des Rohres und/oder der Rohrplatte entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zum Anschweißen von Rohren an eine Rohrplatte eines Dampfgenerators, der als Wärmeaustauscher dient, wobei die Rohrplatte aus einem hochlegierten Stahl mit der Werkstoffnummer 1.6770 der VDEH Stahl-Eisen-Liste besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Ringes aus dem gleichen hochlegierten Stahl besteht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen eins Rohres an eine Rohrplatte, bei dem erst eines der Rohrenden ein kurzes Stück, beispielsweise einige Millimeter, in eine passende Bohrung in eimer Rohrplatte eingeführt und dieses Rohrende danach mit der Rohrplatte mit Hilfe einer sich nicht verbrauchenden Elektrode in der Bohrung verschweißt wird, in dem eine oder mehrere Zirkularschweißungen zwischen dem Rohrende und der inneren Oberfläche der Bohrung ausgeführt werden.

Durch dieses Schweißverfahren wird eine dichte Schweißung zwischen dem Rohrende und der Rohrplatte erreicht, die sich beim Schmelzen des Metallbereiches durch den elektrischen Lichtbogen vollständig durch das Rohr und angrenzende Bereiche der Rohrplatte hindurchstreckt, wie dies in F i g. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellt ist. Der Erstarrungsvorgang beginnt von der Oberfläche des Rohrendes und der Rohrplatte aus und verläuft zum Inneren der Schweiliung, was in filmartigen, gering erstarrenden Absonderung resultiert, die sich vollständig durch die Schweißung vorn Inneren zum Äußeren der Rohrendenbohrung erstrecken. Solche Fehler können nicht festgestellt werden, können jedoch während der Herstellung oder

;._:._. Γ..:/.:.ν.ζ-ήζζζ'- her-?:'?!!!?- "'erk'tük· kes zu einem Bruch führen. Nach dem vorbeschriebenen Schweißverfahren hergestellte Rohrplattenverbindungen werden im allgemeinen in Wärmetauschern verwendet. Für Wärmciäüscner, wie uampigcncratoren, bei denen flüssiges Natrium durch ein die Rohre ■ ■■:■■·■■■■■:■■■-- ι.^-π-π'χ '-.inv't' :'<'.>.! Ur:', -,!",,T*, .,;,,,. i, ,J;,, Innere der Rohre Dampf oder Wasser fließt, sind die vorbeschriebenen Verbindungen nicht sicher genug. Kommt flüssiges Natrium mit dem Dampf in Berührung, so können Wasser-Natrium-Reaktionen in explosiver Form auftreten, durch die der Wärmetauscher ernstlich beschädigt werden kann.

Die Erfindung bezweckt daher, das vorbeschriebene Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die vorerwähnten Nachteile vermieden werden und daß nach diesem Verfahren Natrium-Dampfwärmetauscher hergestellt werden können, die sicher sind.

Dieser Zweck wird dadurch erreicht, daß über das Rohr ein passender Ring geschoben wird, der beim Schweißen an der die Bohrung umgebenden Wand der

.!5 Rohrplatte anliegt, und daß beim Anschweißen des Rohrendes an die Rohrplatte so viel Wärme zugeführt wird, daß nur ein Teil des Querschnittes des Ringes schmilzt.

Bei der Verwendung eines solchen Ringes dient der nicht geschmolzene Werkstoff des Rings als Unterstützung für den geschmolzenen Werkstoff. Darüber hinaus beginnt der Erstarrungsvorgang nicht nur vom Inneren des Rohres und der Rohrplatte, sondern auch von dem teilweise geschmolzenen Ring aus. Diese resultiert in einer gebogenen durchgehenden Erstarrungsfront, die sich von der Rohrplatte aus durch den Ring bis in das Rohrinnere hineinerstreckt, wobei sich diese Erstarrungsfront zum Inneren des Rohres hinbewegt und zu angrenzend einer völlig anderen Erstarrung führt, wobei Einschlüsse von Ablagerungen und dadurch Brüche der Verbindung vermieden werden.

Bei diesem Verfahren entsteht in dem Rohr direkt angrezend an die Schweißung eine Zone weniger guter Struktur, die sich durch die Rohrwand erstreckt und die unter sehr schwerer Belastung gegebenenfalls zu einem Bruch führen kann.

Dies kann durch Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens vermieden werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß erst das Ende des Rohres in der

so Bohrung mit dem Inneren der Bohrung verschweißt wird und daß danach eine oder mehrere zirkuläre Schweißungen an der Außenseite dort ausgeführt werden, wo das Rohr in der Bohrung steckt, wobei der Ring vollständig schmilzt und eine zweite Schweißnaht gebildet wird.

Nach dem Erstarren der Schweißnaht erstreckt sich diese Zone nicht mehr quer durch die Wand des Rohres zwischen dessen Äußeren und Inneren, sondern verläuft in einem schrägen Winkel, so daß die Zone weniger bruchgefährdet ist. Darüber hinaus wird beim Schmelzen des Ringes die Struktur der ersten Schweißnaht erheblich verbessert. Dieses Verfahren bietet eine maximale Gewähr gegen Brüche des Rohres. Dies ist durch eine wesentlich geringere Ausfallquote bewiesen,

h^r) die wesentlich geringer ist als die, die bei entsprechenden Schweißungen auftritt, die jedoch nach dem bekannten, vorerwähnten Verfahren durchgeführt worder sind.

Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, das Rohr so zu bemessen, daß es eng in die Bohrung paßt, daß die Ausmaße des Ringes so gewählt sind, daß dieser das :„-.-hr '-πα u^rhKoRt und daß nach dem Einführen des Rohrendes in die Bohrung uas Ruincndc ^,ü.i. unu, eine enge Klemmverbindung des Rohres in der Bohrung und des Ringes sowohl auf dem Rohi als auch an der Rohrplatte Dcwirkcisü, ^;:r "chrpht*" Ηίηαρνησρη vuirH

Vorzugsweise hat der Ring einen Querschnitt eines . ,_,< bive'-y''·!*^" T^ clzchz. b^\ r!<»m riie rechtwjnklip zueinander stehenden £>cncimci au _u„... 'Al,'.., _u..i „.·, ^. Rohrplatte anliegen. Dies ergibt einen besonders glatten Übergang vom Rohr zur Rohrplatte.

Der Werkstoff des Ringes entspricht vorzugsweise demjenigen des Rohres und/oder der Rohrplatte.

Die vorerwähnten Probleme treten besonders bei Dampfgeneratoren auf, die aus 10CrMoNiNb 910, Werkstoffnr. Ί.6770 der VDEH Stahl-Eisen-Liste, gefertigt sind, so daß die vorliegende Erfindung insbesondere zur Herstellung solcher Generatoren geeignet ist, wobei in diesem Falle der gleiche Werkstoff zur Fertigung der Ringe verwendet wird.

Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, als Ringwerkstoff den gleichen Werkstoff zu verwenden, wie zur Herstellung des Rohres oder der Rohrplatten, so daß auch Werkstoff verwendet werden kann, durch den die Legierung der Schweißung verbessert werden kann.

Die Verwendung von Ringen beim Anschweißen eines Rohres ar. eine Rohrplatte ist an sich bekannt, bei diesen bekannten Verfahren werden die Ringe jedoch immer von innen aus vollständig durchgeschmolzen, da bei der dichten Anordnung der Rohre keine äußere Schweißnaht geiegt werden kann. Außenschweißungen können jedoch unter Verwendung eines speziellen Schweißkopfes ausgeführt werden, so daß die Verwendung von solchen Ringen nunmehr einen großen Vorteil erbringt. Durch das vollständige Durchschmelzen können bei den bekannten Verfahren die obengenannten Ablagerungsfehler nicht vermieden werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. In dieser Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine nach dem bekannten Verfahren hergestellte Schweißung.

F i g. 2 einen der F i g. 1 entsprechenden Querschnitt durch eine Schweißanordnung eines Rohres, eines Ringes und einer Ringplatte vor dem Schweißvorgang gemäß de r Erfindung,

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Querschnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte Schweißung und

Fig.4 einen Querschnitt durch das Rohr und die Rohrplatte sowie die Schweißverbindung, die durch eine bevorzugte Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden kann.

An den in F i g. 1 dargestellten Teil der Rohrplatte 1 ist ein zum Teil dargestelltes Rohr 2 angeschweißt. Der Werkstoff des Rohres und der Rohrplatte ist vollkommen durchgeschweißt und die sich von innen nach auCien erstreckende Schweißverbindung ist gestrichelt dargestellt. Beim Erstarren sind zwei getrennte Erstarrungsfronten gebildet, wie vorstehend erläutert wurde, von denen die eine Front in der dem Rohr benachbarten Schmelze und die andere in der der Rohrplatte benachbarten Schmelze beginnt. Diese Erstarrungsfron ten bewegen sich aufeinander zu, so daß der Kern oder der Mittelbereich der Schweißung zuletzt erstarrt. Da einige Stoffe die Eigenschaft haben, zum größten Teil in der Schmelze zu bleiben, können die letzten Bereiche der Schmelze wegen filrnartiger dui ch die vorgenannten Stoffe gebildeten Ablaeen.int»»r; vor. geringcrei Qualität ■> bein, woDei sich diese Ablagerungen manchmal vollständig durch die erstarrte Schweißung hindurcherstrecken und diese wegen der verschlechterten Werkstoff»;—.,. cnU_?fta_r -elciiv 7.;;. J^m bcnacnDarten Schweißmaterial schwächen. Eine dieser Ablagerungen ist Hmvh :''..

^a.uuu Hinaus Kann ein Schrumpfbruch dort auftreten, wo die Schmelze zuletzt erstarrt, wobei diese Brüche zum Inneren der Schweißverbindung hin gerichtet sind. Ein weiterer Nachteil, der bereits erläutert wurde, ist durch die geschwächte Zone 4 im Rohr gebildet, die sich direkt an die erstarrte Schweißverbindung anschließt. Diese Zone erstreckt sich über das Rohr und kann bei starker mechanischer und thermischer Belastung des Wärmetauschers zu einem Rohrbruch führen.

In Fig.2 der Zeichnung ist eine Schweißanordnung mit einem Rohr 2, einer Rohrplatte 1 und einem Ring 5 vor dem Schweißvorgang vorgestellt. Das Rohrl paßt gleitend in die Bohrung 6 und der Ring 5 umschließt das Rohr 2 eng. Zur Herstellung einer guten Schweißverbindung ist es erforderlich, daß die Oberflächen des Ringes 5 mit der Oberfläche des Rohres 2 und der Rohrplatte 1 über den vollen Umfang aneinander anliegen. Nach dem Aufschieben des Ringes 5 über das Rohr 2 wird das Ende

jo des Rohres in die Bohrung 6 eingeführt. Danach wird dieses Ende mechanisch gegen die Wand der Bohrung gerollt, was eine gute Klemmverbindung zwischen dem Rohrende und der Wand der Bohrung ergibt. Ferner wird das Rohr 2 beim Rollen gegen die Rohrplatte

i=s gezogen, was in einem guten Kontakt ohne oder mit einem teilweise schmalen Spalt nur zwischen dem Ring und der Platte resultiert.

Um die erste Schweißnaht zu ziehen, wird ein Schweißwerkzeug mit einer sich nicht verbrauchenden Elektrode in die Bohrung eingebracht. Im allgemeinen wird eine Kreisbewegung des Schweißwerkzeuges längs des Rohrendes ausreichen, um dieses und einen Bereich der anliegenden Bohrungswand und einen benachbarten Bereich des Rings 5 zu schmelzen.

3 Fig.3 zeigt die Schweißverbindung nach dieser ersten Schweißphase. Der Ring 5 ist, wie dargestellt, noch nicht vollständig geschmolzen, so daß Absonderungen nicht mehr vollständig durch die Schweißverbindung laufen können. Die dennoch vorhandenen Absonderungen besitzen eine solche Form und Stellung, daß sie keine Gefahr mehr darstellen. Dies resultiert aus einer gebogenen ununterbrochenen Erstarrungsfront, die in F i g. 3 der Zeichnung mit 7 bezeichnet ist und die von dem Teil der Schmelze aus läuft, der der Rohrplatte

■55 I₁ dem Ring 5 und dem Rohr 2 benachbart ist, und die sich zum Inneren der Bohrung und des Rohres hinbevvegt. Während der ersten Phase bildet der nicht geschmolzene Bereich des Ringes eine gute Unterstützung der Schmelze.

w) F i g. 4 veranschaulicht die Endphase des Schweißverfahrens. In dieser wird auch der Ring 5 durch eine sich nicht verbrauchende Elektrode vollständig geschmolzen, die außen um das Rohr 2 herumbewegt wird. In F i g. 4 sind zwei Schweißnähte 8 und 9 dargestellt. Die

η; Schweißnaht 9 wird die Schweißverbindung wegen des dadurch erreichten größeren Querschnittes und auch durch die Rekristallisation der ersten Schweißnaht 8 verstärken, die durch die Wärmezufuhr von der

Schweißnaht 9 zur ersten Schweißnaht 8 bewirkt wird. Mögliche Absonderungen in der Schicht 9 können nicht in die Schicht 8 eindringen und werden daher, wie auch bei der Schicht 8, nicht mehr gefährlich sein und nicht mehr zu Rissen oder Brüchen führen. Die unterbrochenen Linien, die mit dem Bezugszeichen 10 versehen sind, zeigen eine Zone, die der Zone 4 in F i g. 1 entspricht. Diese Zone 10 verläuft in einem wesentlich schrägeren Winkel mit der Wand 10 durch diese, als die Zone 4 in F i g. 1 und ist daher länger. Dies bildet eine wesentlicl festere Verbindung, die größeren mechanischen um thermischen Belastungen widerstehen kann. Ein» ähnliche Zone wird auch in der Rohrplatte 1 gebildet Diese hat jedoch keine nachteiligen Wirkungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Anschwei Ben von Rohren mit einem Durchmesser von 17,2 mn und einer Wandstärke von 2,95 mm an Rohrplatte! verwendet worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Anschweißen an <>inp Rnhrniz· te, bei dem erst eines der Rohrenden ein kurzes Stück (etwa einige Millimeter) in eine passende Bohrung in einer Rohrplatte eingeführt und dieses ".:.h...:;.Jc J;:::ui;:; ;i;u Ger Kcnrpiäiic ifi ucr Bohrung mit Hilfe einer sich nicht verbrauchenden Elektrode