DE2601247C3 - Verfahren zum Anschweißen eines Rohres an eine Rohrplatte - Google Patents

Description

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 einer 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 Schweißung, was in filmartigen, gering erstarrenden Absonderung resultiert, die sich vollständig durch die Schweißung vom Inneren zum Äußeren der Rohrendenbohrung erstrecken, Solche Fehler können nicht festgestellt werden, können jedoch während der Herstellung oder während des Betriebes des so hergestellten Werkstükkes zu einem Bruch führen. Nach dem vorbeschriebenen Schweißverfahren hergestellte Rohrplattenverbindungen werden im allgemeinen in Wärmetauschern verwendet Für Wärmetauscher, wie Dampfgeneratoren, bei denen flüssiges Natrium durch ein die Rohre umgebendes Gehäuse strömt und bei denen durch das 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

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 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,

μ die wesentlich geringer ist als die, die bei entsprechenden Schweißungen auftritt, die jedoch nach dem bekannten, vorerwähnten Verfahren durchgeführt worden 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 Rohr eng umschließt und daß nach dem Einfahren des Rohrendes in die Bohrung das Rohrende gerollt und, eine enge Klemmverbindung des Rohres in der Bohrung und des Ringes sowohl auf dem Rohr als auch an der Rohrplatte bewirkend, zur Rohrplatte hingezogen wird.

Vorzugsweise hat der Ring einen Querschnitt eines rechtwinkligen Dreiecks, bei dem die rechtwinklig zueinander stehenden Schenkel an dem Rohr und an der Rohrplatte anliegen. Dies ergibt einen besonders glatten Obergang vom Rohr zur Rohrplatte.

Der Werkstoff des Ringes entspricht vorzugsweise demjenigen des Rohres und/oder der Rohrplatte. 1 s

Die vorerwähnten Probleme treten besonders bei Dampfgeneratoren auf, die aus 10CrMoNiNb 910, Werkstoffe. 1.6770 der VDEK 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 äst 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 an 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 gelegt werden kann. Außenschweißungcn 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 nächstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsb .ispiel 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 Querschniitt durch eine Schweißanordnung eines Rohres, eines Ringes und einer Ringplatte vor dem Schweißvorgang gemäß der Erfindung,

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Querschniitt 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 außen erstreckende Schweißverbindung ist gestrichelt dargestellt Beim Erstarren sind zwei getrennte Erstarrungsfronten gebil ^et, wie vorstehend erläutert wurde, von denen die eir.; Front in der dem Rohr benachbarten Schmelze und die andere in der der Rohrplatte ι,-ί benachbarten Schmelze beginnt. Diese Erstarrungsfronten 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 Rlmartiger durch die vorgenannten Stoffe gebildeten Ablagerungen von geringerer Qualität sein, wobei sich diese Ablagerungen manchmal vollständig durch die erstarrte Schweißung hindurcherstrecken und diese wegen der verschlechterten Werkstoffeigenschaften relativ zu dem benachbarten Schweißmaterial schwächen. Eine dieser Ablagerungen ist durch die unterbrochene Linie dargestellt, die mit 3 bezeichnet ist

Darüber 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 F i g. 2 der Zeichnung ist eine Schweißanordnung mit einem Rohr 2, einer Rohrplatte 1 u^d 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 S über das Rohr 2 wird das Ende 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 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.

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 1, dem Ring 5 und dem Rohr 2 benachbart ist und die sicii zum Inneren der Bohrung und des Rohres hinbewegt. Während der ersten Phase bildet der nicht geschmolzene Bereich des Ringes eine gute Unterstützung der Schmelze.

F i g. 4 veranschaulicht die Endphase des Schweißverfahrens. In dieser w^;rd auch der King 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 unu 9 dargestellt. Die 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 Fig. 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 wesentlich festere Verbindung, die größeren mechanischen und thermischen Belastungen widerstehen kann. Eine ähnliche Zone wird auch in der Rohrplatte 1 gebildet. Diese hat jedoch keine nachteiligen Wirkungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Anschweißen von Rohren mit einem Durchmesser von 17,2 mm und einer Wandstärke von 2,95 mm an Rohrplatten verwendet worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Anschweißen an eine Rohrplatte, bei dem erst eines der Rohrenden ein kurzes Stück (etwa einige Millimeter) in eine passende Bohrung in einer Rohrplatte eingeführt und dieses Rohrende danach mit der Rohrplatte in der Bohrung mit Hilfe einer sich nicht verbrauchenden Elektrode verschweißt wird, in dem eine oder mehrere Zirkularschweißungen zwischen dem Rohrende und der inneren Oberfläche der Bohrung ausgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Ober 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 Rohrendes 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 de? vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring im Querschnitt ein rechtwinkliges Dreieck bildet und daß die rechtwinklig zueinander stehenden Seiten des Ringes am Rohr und an der Rohrplatte anliegen.

4. Verfahrer' 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