DE2632252A1

DE2632252A1 - Vorrichtung zum herstellen von rohren o.dgl. durch verschweissen von einzelschuessen mittels des elektronenstrahlschweissverfahrens und mit dieser vorrichtung hergestelltes rohr

Info

Publication number: DE2632252A1
Application number: DE19762632252
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Ing Kreiskorte
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1976-07-17
Filing date: 1976-07-17
Publication date: 1978-01-19

Description

"Vorrichtung zum Herstellen von Rohren od. dgl. durch Ver-
schweißen von Einzel schüssen mittels des Elektronenstrahlschwcißverfahrens und mit dieser Vorrichtung hergestelltes Rohr" Anmelder: Thyssen Industrie AG, 43 Essen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren od. dgl. durch Verschweißen von Einzelschüssen mittels des Elektronenstrahlschweißverfahrens und ein mit dieser Vorrichtung hergestelltes Rohr.
Das Elektronenstrahl schweißverfahren gestattet es, Werkstücke in kurzer Zeit ohne Beigabe von Zusatzwerkstoff, ohne nennenswerten Verzug und ohne Festigkeitsabfall an der Fügestelle zuverlässig zu verbinden. Diese Vorteile machen dieses Schweißverfatlren für die Herstellung hochbeanspruchter dickwandiger Rohre großen Durchmessers interessant, die z.B. als Stützbeine von Großgeräten, Off-shore-Bohrplattformen, als Masten od. dgl. verwendet werden. Nachteilig für eine solche Rohrherstellung ist jedoch die Tatsache, daß das Elektronenstrahlschweißen unter Vakuum stattfinden muß und daß die Größe der Arbeitskammern der bekannten Elektronenstrahlschwc ißmaschinen den Werkstückabmessungen-im vorliegenden Fall insbesondere der Rohrlänge - enge Grenzen setzt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Vorteile des Elektronenstrahlschweißens bei geringem konstruktiven Aufwand auch für die Herstellung von großen Rohren oder anderen aus rohrförmigen Schüssen bestehenden Werkstücken - wie Behältern, Kesseitrommeln od.dgl. - anwendbar zu machen.
Dabei läßt die Einfachheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sogar deren Aufbau auf Baustellen oder Fahrzeugen - d.h. den mobilen Einsatz - zu.
Erreicht wird dies erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Positionieren und Abstützen der zu verschweißenden Rohrschüsse, eine Elektronenstrahlkanone mit elektrischer Versorgung, eine Vorschubeinrichtung zur relativen Verdrehung der zu verschweißenden Rohrschüsse gegenüber der Elektronenstrahlkanone, eine innerhalb der Rohrschüsse aus den Schußinnenwänden und wenigstens einem beiderseits der zu verschweißenden Fuge befestigbaren Dichtungselement gebildete innere Vakuumkammer, eine außerhalb der Rohrschüsse aus den Schußaußenwänden und wenigstens einem beiderseits der zux-erschweißenden Fuge befestigbaren Dichtungselement gebildete äußere Vakuumkammer, eine Einrichtung zur fortlaufenden temporären Öffnung der einen Vakuumkammer für das Eindringen des Elektronenstrahls und mindestens eine Pumpeinrichtung zum Evakuieren der beiden Vakuumkammern.
Die Dichtelemente der äußeren Vakuumkammer können aus zwei L-förmigen Dichtringen bestehen, die im Regelfall genügend dicht am Außendurchmesser der zu verschweißenden Schüsse anliegen und die vorzugsweise linsen- bzw. schwertförmig ausgebildete Mündung der Elektronenstrahlkanone abdichtend umfassen. Um jedoch die Ausbildung des Vakuums zu beschleunigcn und die Positionierung der Dichtringe zu vereinfachen, schlägt die Erfindung vor, daß die elastischen Dichtringe mittels Spannbändern od. dgl. auf den miteinander zverschweißenden Enden der Rohrschüsse so befestigbar sind, daß der radiale Schenkel des im wesentlichen L-förmigen Querschnitts in die Ebene der zu verschweißenden Fuge zu liegen kommt. Damit einerseits Reibung und Verschleiß bei der Verformung der radialen Schenkel der L-förmigen Dichtringe durch den schwertförmigen Querschnitt der Elektronenstrahlkanone möglichst klein bleiben, andererseits die Umschließung des schwertförmigen Querschnitts durch die Dichtringe möglichst dicht ist und schließlich auch ein zuverlässig evakuierbarer Ringraum außen an der zu verschweißenden Fuge entsteht, sollen nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die L-förmigen Querschnitte der Dichtringe im Bereich der Spitze des L abgeschrägt, ausgewölbt od. dgl. gestaltet sein. Eine besonders einfache Abdichtung des die innere Vakuumkammer bildenden Rohrinnenraumes läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß zumindest ein erster Deckel mit Dichtung zum Abdichten der StirnseiLe des anzuschweißenden Rohrschusses ausgebildet ist. Udas im Rohrinneren zu evakuierende Volumen möglichst klein zu halten, kann nach der Erfindung ein weiterer Deckel mit Dichtung, gegebenenfalls unter Einsatz an sich bekannter koniscke#pannelemente od. dgl. zum Abdichten des Innendurchmessers des einen zu verschweißenden Rohrschusses ausgebildet sein. Zweckmäßig wird je eine Pumpeinrichtung für die vom Schußinnendurchmesser und den Deckeln begrenzte innere Vakuumkammer und für die vom Schußaußendurchmesser und den L-förmigen Dichtungen gebildete äußere Vakuumkammer vorgesehen. Besonders vorte.lhaft lassen sich Rohre auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung dann herstellen, wenn als Schüsse nahtlose Ringe verwendet werden, die im Ringwalzverfahren erzeugt werden können. Dabei lassen sich leicht Ringe herstellen, deren Innendurchmesser sich zu den Fußenden hin verringert, so da im Bereich der Schweißnaht durch einen größeren Querschnitt ein Schweißfaktor < 1 ausgeglichen werden kann und der Deckel zur Abdichtung des zu evakuierenden Raumes entsprechend konisch ausbebildet sein kann und dadurch praktisch selbstdichtend ist.
Die wesentlichen Teile der Erfindung sind in den Fig. 1 - 6 schematisch dargesteeklßnu4,zr,,zeigen Fig. 1 ein aus Einzelschüssen zusammengesetztes Rohr im Längsschnitt, Fig. 2 einen Längsschnitt dtr erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 einen Schnitt nach der Schnittlinie A-B der Fig. 2, Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Schnittlinie C-D der Fig. 3, Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Schnittlinie E-F der Fig. 4, Fig. 6 ein anderes Ausführungsbeispiel für Rohrschüsse und Dichtungselemente im Längsschnitt.
Das Rohr 1 besteht aus miteinander verschweißten Schüssen 2.
Ein weiterer Schuß 3 soll angeschweißt werden. Das Rohr 1, ggf. auch der anzuschweißende Schuß 3 ruht auf drehbaren Rollen 4 und ist durch eine nicht dargestellte Vorschubeinrichtung mit Schweißgeschwindigkeit um seine Längsachse drehbar..Eine Elektronenstrahlkanone 5 mit allen notwendigen, jedoch nicht dargestellten Einrichtungen zur Positionierung, Energieversorung, Steuerung, Überwachung usw. weist an ihrem dem Rohr 1 zugekehrten Ende einen Ansatz 6 mit schwertförmigem Querschnitt auf, dessen geringste Erstreckung in Richtung der Rohrlängsachse verläuft. Beiderseits der zu verschweißenden Fuge -i sind außen auf dem Rohr 1 und auf dem anzuschweißenden Schuß 3 je ein elastischer Dichtring 8, 9 mit Hilfe von Spannbändern 10, 11 befestigt. Die Dichtringe 8, 9 haben im wesentlichen L-förmigen Querschnitt, jedoch weist die theoretische Spitze des L eine viertelkreisförmige Form 12 auf. Die radialen Schenkel der Dichtringe 10, 11 liegen aneinander und sind nur im Bereich der Elektronenstrahlkanone 5 durch den Ansatz G, den sie eng umschließen, voneinander getrennt. An den Ansatz 6 bzw. an der Elektronenstrahlkanone 5 ist eine nicht dargestellte Pumpeinrichtung zur Evakuierung des vom Rohraußendurchmesser und den Dichtringcn 8, 9 gebildeten hohlraumes 13 angescillossen. Ein Deckel 14 mit elastischer Dichtung 15 dient zum luftdichten Abschluß des freien Endes des anzuschweißenden Schusses 3. Der Deckel 14 weist einen Anschluß 16 zum Evakuieren des inneren Arbeitsraumes 17 mit Hilfe einer nicht dargestellten Pumpeinrichtung auf. Ein Deckel 18 dichtet mittels einer Dichtung 19 das dem anzuschweißenden Schuß 3 zugekehrte Ende des Rohres 1 ab. Hierfür ist der Rand des Deckels 18 konisch ausgebildet und die Schüsse 2, 3 - die nahtlos gewalzte Ringe sind - weisen zu den Enden hin entsprechend verringerte Innendurchmesser auf. Dabei sind die Dicke der Dichtung 19 und der größte Durchmesser des Deckels 18 so bemessen, daß das Einbringen des Deckels in das Rohr 1 ohne weiteres möglich ist.
Die Wirkungsweise ist folgende: Nachdem der Schuß 3 zum Rohr 1 zentrisch positioniert ist, werden die Dichtringe 8, 9 sowie die Deckel 14, 18 angebracht.
Anschließend werden die Vakuumkammern 13, 17 evakuiert.
Dadurch wird ein zusätzliches Aneinanderpressen des Rohres 1 und des Schusses 3 sowie der radialen Schenkel der L-Dichtunger 8 und 9 erreicht. Nach erfolgter Evakuierung wird die Elektronenstrahlkanone 5 in Betrieb genommen und unter Drehung des Rohres 1 im Uhrzeigersinn (bezogen auf Fig. 2) das Rohr 1 mit dem Schuß 3 verschweißt. Danach wird das Vakuum aufgehoben, die Dichtringe 8, 9 sowie die Deckel 14, 18 werden abgenommen und bei Bedarf weitere Schüsse 3 in gleicher Weise angefügt.
Fig. 6 zeigt eine dahingehend geänderte Ausführungsform, daß die Rohrschüsse 3 als Zylindermäntel mit gleichmäßiger Wandstärke ausgebildet sind. Der innere Deckel 18 wird dabei mittels Schraubbolzen 20 durch den stirnseitigen Deckel 14 ortsfest gehalten und verspannt. Entsprechende Bauteile sind mit den zugehörigen Bezugsziffern des vorstehenden Ausführungsbeispieles versehen.
Ansprüche: L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche 1. Vorrichtung zum Herstellen von Rohren od. dgl. durch Verschweißen von Einzelschüssen mittels des Elektronenstrahlschweißverfahrens, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (4) zum Positionieren und Abstützen der zu verschweißenden Rohrschüsse (2, 3), eine Elektronenstrahlkanone (5) mit elektrischer Versorgung, eine Vorschubeinrichtung zur relativen Verdrehung der zu verschweißenden Rohrschüsse gegenüber der Elektronenstrahlkanone, eine innerhalb der Rohrschüsse (2, 3) aus den Schußinnenwänden und wenigstens einem beiderseits der zu verschweißenden Fuge befestigbaren Dichtungselement (14, 15, 18, 19) gebildete innere Vakuumkammer (17), eine außerhalb der Rohrschüsse aus den Schußaußenwänden und wenigstens einem beiderseits der zu verschweißenden Fuge befestigbaren Dichtungselement (8, 9) gebildete äußere Vakuumkammer (13), eine Einrichtung (6) zur fortlaufenden temporären Öffnung der einen Vakuumkammer für das Eindringen des Elektronenstrahls und mindestens eine Pumpeinrichtung zum Evakuieren der beiden Vakuumkammern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungselemente (8, 9) der äußeren Vakuumkammer (13) aus zwei elastischen Dichtringen mit im wesentlichen L-förmigem Querschnitt bestehen, und daß die von den Dichtringen umfaßte Mündung der Elektronenstrahlkanone (5) eine im Querschnitt schwert- bzw. linsenförmige Ausbildung hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Dichtringe (8, 9) mittels Spannbändern (10, 11) od. dgl. auf den miteinander zu verschweißenden Enden der Rohrschüsse (2, 3) so befestigbar sind, daß der radiale Schenkel des im wesentlichen L-förmigen Querschnitts in der Ebene der zu verschweißenden Fuge (7) liegt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die L-förmigen Querschnitte der Dichtringe (8, 9) im Bereich der Spitze des L abgeschrägt, ausgewölbt (12) od.dgl.

gestaltet sind.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Deckel (14) mit Dichtung (15) zum Abdichten der Stirnseite des anzuschweißenden Rohrschusses (3) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Deckel (18) mit Dichtung (19) gegebenenfalls unter Einsatz an sich bekannter konischer Spannelemente, zum Abdichten des Innendurchmessers des einen zu verschweißenden Rohrschusses (2) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch je eine Pumpeinrichtung für die äußere Vakuumkammer (13)und für die innere Vakuumkammer (17).
8. Auf einer Vorrichtung nach Anspruch 1 - 7 hergestelltes Rohr (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Schüsse (2, 3) nahtlose Ringe sind.
9. Rohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüsse (2, 3) nahtlos gewalzte Ringe sind.
10. Rohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innendurchmesser der Schüsse zu den Schußenden hin verringert.