DE2712027A1

DE2712027A1 - Verfahren zum laengsnahtschweissen an einem rohrrohling

Info

Publication number: DE2712027A1
Application number: DE19772712027
Authority: DE
Inventors: Hiroshima Fukuyama; Osamu Hirano; Toshifumi Kojima; Fusao Koshiga; Hiroyoshi Matsubara; Takashi Nagamine; Tatsumi Osuka; Motoaki Suzuki; Toshihiro Takamura; Kenji Takeshige; Jinkichi Tanaka; Itaru Watanabe
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1976-03-24
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DE2712027C3; CA1080813A; FR2345257B1; GB1554523A; DE2712027B2; FR2345257A1; IT1104776B

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 D-8000 München 80

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Tel 089/982085 87

Tokio Janan Telex: 0529802 »wikld

lOKlO, Japan Telegramme: ellipsoid

Verfahren zum Längsnahtschweißen an einem Rohrrohling

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Längsnahtschweißen an einem Rohrrohling für die Herstellung von geschweißten Stahlrohren, und zwar von der Innenseite des Rohrrohlings her längs einer Fuge oder Nut nach dem Lichtbogenschweißverfahren unter Verwendung von als Schweißstrom über mindestens ein Schweißkabel an mehrere hintereinander angeordnete abschmelzende Elektroden angelegtem elektrischen Gleichstrom. Durch diese Verbesserung wird eine saubere und ausgezeichnete Schweißnaht ohne Schweißfehler erzielte

Beim Längsnahtschweißen zur Herstellung von geschweißten Stahlrohren längs der Nut bzw. Fuge eines nach dem Biege- und Rollverfahren (U-O process) in einen kreisrunden Querschnitt gebrachten Stahlblechs wird auf die in Fig. 1 schematisch dargestellte Weise im Normalfall eine Innenschweißmaschine verwendet, die mit einem Elektrodenhalter 1 am freien Ende eines Auslegers 2 versehen ist, dessen Länge zumindest derjenigen des zu schweißenden Rohlings entspricht. Das gehalterte Ende des Auslegers 2 ist dabei an einem

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Schlitten oder Wagen k befestigt, und der Ausleger 2 wird im voraus in den Rohrrohling 3 eingeführt. Zum Längsnahtschweißen des Rohlings 3 von seiner Innenseite her längs der Fuge bzw» Nut mittels einer durch den Elektrodenhalter 1 zugeführten abschmelzenden Elektrode 5 wird der Ausleger 2 mittels des Wagens 4 zusammen mit einem Schweißkabel 9 (cabtyre cable) zur Zufuhr von Schweißstrom zur Schweißelektrode 5 auf die in Fig. 1 durch den Pfeil angedeutete Weise im Sinne einer Herausziehbewegung aus dem Rohling 3, d.h. in Schweißrichtung bewegt. In Fig. 1 ist eine Innenschweißmaschine mit einem vorlaufenden und einem nachlaufenden Elektrodenhalter 1 und zwei Schweißelektroden 5 dargestellt. Diese Schweißmaschine kann jedoch auch nur einen einzigen Elektrodenhalter mit einer Schweißelektrode oder aber mehr als zwei Elektrodenhalter mit einer entsprechenden Zahl von Schweißelektroden aufweisen.

Wenn beim geschilderten, bisher üblichen Schweißen eines Rohrrohlings ein in der vergrößerten schematischen Teilansicht von Fig. 2 gezeigtes Schweißverfahreη angewandt wird, bei dem elektrischer Gleichstrom als Schweißstrom und eine abbrennende bzw«, abschmelzende Schweißelektrode als Anode verwendet wird, beispielsweise das Gegenpolaritäts-Schutzgaslichtbogenschweißverfahren, bei dem der Schweißvorgang erfolgt, indem die Metallschmelze und der Schweißlichtbogen im Raum zwischen dem Grundmetall und der Schweißelektrode durch ein Schutzgas, wie ein Inertgas und/oder Kohlendioxid, gegenüber der Umgebungsluft abgeschirmt wird, wird der Schweißlichtbogen 6 der Schweißelektrode 5 auf die in Fig. 2 durch den Pfeil angedeutete Weise in Gegenrichtung bzw, entgegengesetzt zur Schweißrichtung abgelenkt, wobei er eine solche Form annimmt, als würde er in das geschmolzene Metall 7 hineingezogen werden. In dieser Form wird der an der Spitze der Elektrode 5 gebildete Plasmastrahl ebenfalls zum geschmolzenen Metall 7

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hin abgelenkt, so daß er auf dieses als dynamische Druck einwirkt. Hierdurch wird die Schmelze 7 entgegengesetzt zur Schweißrichtung zurückgedrückt. Infolgedessen bleibt der Bereich unter der Schweißelektrode 5 praktisch trocken, d.h₀ ohne geschmolzenes Metall, wodurch an der Nut bzw. Fuge des Rohlings 3 die Affinität zwischen den Schmelztröpfchen der Schweißelektrode 5 und dem Grundmetall verschlechtert wird₀ Dabei treten häufig Schweißfehler z.B_o in Form von Unterhöhlung des Schweißwulsts, eines welligen Schweißwulsts und einer mangelhaften oder mangelnden Verschmelzung des Grundmetalls auf. Außerdem führt das häufige Auftreten von Blasenbildung (boiling) und Spritzerbildung im geschmolzenen Metall 7 zu einem beeinträchtigten Aussehen des Schweißwulsts_o Wenn der Schweißlichtbogen 6 auf geschilderte Weise abgelenkt wird, schmilzt zudem die Schweißelektrode 5 nur von der einen Seite her ab, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Unter diesen Bedingungen kann die Übertragung der Schmelztröpfchen von der Schweißelektrode 5 nicht als vorteilhafte Sprühübertragung (spray transfer) bezeichnet werden, vielmehr erfolgt sie in einer ungünstigen Mischform einer Kugelübertragung (globular transfer) und einer Kurzschlußübertragung (short-circuit transfer)» Infolgedessen werden mit einem knackenden Kurzschlußgeräusch grobe (Schmelzen-)Spritzer verspritzt und auf der Schweißwulstoberfläche abgelagert, was zu einem beeinträchtigten Aussehen des Schweißwulstes führt« Noch ungünstiger ist dabei, daß diese Spritzer sich auch an der Öffnung in der Spitze der nicht dargestellten Schutzgasdüse am Elektrodenhalter absetzen, wodurch die Schutzgasabschirmung gestört und ein Luftzutritt ermöglicht wird. Unter diesen Bedingungen kann sich die Durchführung der Schweißarbeit als praktisch unmöglich erweisen.

Die erwähnte Ablenkung des Schweißlichtbogens in einer Richtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung sowie die davon her-

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rührenden Unregelmäßigkeiten des Schweißwulstes und Schweißfehler treten allerdings nicht nur beim bisher üblichen Schutzgas-Lichtbogenschweißen, sondern auch beim Tauchlichtbogenschweißen unter Verwendung von Gleichstrom als Schweißstrom aufβ In beiden Fällen hat es sich als schwierig erwiesen, eine saubere, einwandfreie Schweißnaht ohne Schweißfehler zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten Verfahrens für das von der Rohrinnenseite her längs einer Nut bzw. Fuge erfolgenden Längsnahtschweißens an einem Rohling für geschweißtes Stahlrohr nach dem Lichtbogenschweißverfahren mit mehreren abschmelzenden Elektroden über mindestens ein Schweißkabel als Schweißstrom zugeführtem elektrischen Gleichstrom, womit eine saubere, solide bzv/. einwandfreie, fehlerfreie Schweißnaht herstellbar sein soll»

In diesem Zusammenhang bezweckt die Erfindung die Verhinderung einer Magnetisierung des Rohlings und des resultierenden magnetischen "Wegblasens" oder Ablenkens des Schweißlichtbogens in einer Richtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung beim Lichtbogenschweißverfahrenο

Diese Aufgabe wird bei einem Längsnahtschweißverfahren nach dem Lichtbogenschweißverfa-hren, bei dem über mindestens ein Schweißkabel ein elektrischer Gleichstrom als Schweißstrom mehreren hintereinander angeordneten, abschmelzenden Schweißelektroden zugeführt wird und ein Rohrrohling für geschweißtes Stahlrohr von der Innenseite her längs einer Nut oder Fuge mittels der betreffenden, hintereinander angeordneten, durch mehrere Elektrodenhalter geführten Schweißelektroden einer Längsnahtschweißung unterzogen wird, wobei ein Ausleger in der Schweißrichtung durch den Rohrrohling relativ zu diesem hindurchbewegt wird und wobei der Ausleger an seinem freien Ende mit den Elektrodenhaltern versehen ist und eine Länge

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zumindest entsprechend der Länge des Rohrrohlings besitzt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei geradzahlige, abschmelzende Schweißelektroden verwendet werden und daß die eine Hälfte der Schweißelektroden in Gegenpolaritätsbeziehung geschaltet, d.h_e positiv gepolt, und die andere Hälfte der Schweißelektroden in Direktpolaritätsbeziehung geschaltet, d_eh. negativ gepolt wird, so daß die durch den zum Schweißen benutzten, durch die in den Rohrrohling eingeführten Schweißkabel fließenden Gleichstrom erzeugten Magnetkraftlinien einander aufheben und eine Magnetisierung des Rohrrohlings verhindert wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig„ 1 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines bisher angewandten Verfahrens für das vom Rohrinneren her längs einer Nut bzw,, Fuge erfolgende Längsnahtschweißen bei einem Rohrrohling für geschweißte Stahlrohre sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens,

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene, schematische Teilansicht zur Darstellung eines SchweißVorgangs beim bisher angewandten Gegenpolarität-Schutzgaslichtbogenschweißen mit elektrischem Gleichstrom und einer abschmelzbaren Elektrode als Anode,

Fig„ 3 eine schematische Teilschnittansicht zur Veranschaulichung eines Schweißvorgangs beim von innen her längs einer Nut bzw« Fuge erfolgenden Längsnahtschweißen an einem Rohrrohling für geschweißtes Stahlrohr nach dem bisher üblichen Gegenpolarität-Schutzgaslichtbogenschweißen,

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Figo UA und ^B Vektordiagramme zur Darstellung der Beziehung zwischen der Richtung des durch einen Schweißlichtbogen fließenden elektrischen Stroms, der Magnetisierungsrichtung an der Nut oder Fuge des Rohlings für geschweißtes Stahlrohr und der Richtung der beim erwähnten, bisher angewandten Schweißverfahren auf den Schweißlichtbogen einwirkenden Kraft,

Fig_o 5 eine schematische Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 6 eine photographische Darstellung des Zustande eines nach dem genannten, bisher angewandten Schweißverfahren erzielten Schweißwulst,

Fig. 7 eine photographische Darstellung des Zustands eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Schweißwulsts und

Fig. 8 eine photographische Darstellung des Zustands einer nach einem abgewandelten Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Schweißnaht.

Erfindungsgemäß wurden ausgedehnte Untersuchungen mit dem Ziel der Klärung der grundsätzlichen Ursachen für unregelmäßige Schweißwülste und Schweißfehler, wie Unterhöhlungen des Schweißwulsts, Welligkeit im Schweißwulst, mangelnde Verschmelzung des Grundraetalls und Spritzerbildung, angestellt, wie sie beim eingangs umrissenen, bisher angewandten Schweißverfahren zu beobachten sind» Aufgrund dieser Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß diese Mängel der Ablenkung eines Plasmastrahls in Richtung auf das geschmolzene Metall aufgrund der Aus- oder Ablenkung des Schweißlichtbogens zuzuschreiben sind und daß die Ablenkung des Schweißlichtbogens durch eine Magnetkraftlinie hervorgerufen wird,

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die durch den zum Schweißen benutzten, durch ein in den Rohrrohling eingeführtes Schweißkabel fließenden elektrischen Gleichstrom erzeugt wird.

Bei dem erläuterten, bisher angewandten Verfahren fließt auf die in der Teilschnittdarstellung von Fig. 3 veranschaulichte Weise ein über ein Schweißkabel 9 in den Rohöohling 3 eingeführter Gleichstrom entgegengesetzt zur Schweißrichtung. Infolgedessen wird durch den Gleichstrom eine, von der rechten Seite von Pig. 3 her gesehen, im Uhrzeigersinn verlaufende magnetische Kraftlinie 10 erzeugt, so daß sich um das Schweißkabel 9 herum ein starkes magnetisches Feld ausbildet. Hierdurch wird der Rohrrohling 3 durch das Magnetfeld in derselben, im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung wie derjenigen des magnetischen Kraftfelds 10 stark magnetisiert, wobei an der Fuge des Rohlings 3 ein starker magnetischer Streufluß entsteht und in der Fuge oder Nut ein starkes Magnetfeld hervorgerufen wird. Beim Verschweißen einer/Fug ) oder Nut, in welcher ein derartiges starkes Magnetfeld herrscht, wird der S_chweißlichtbogen einer abschmelzenden Elektrode 5, der einen Strom geladener Teilchen darstellt, durch dieses starke Magnetfeld an der Fuge abgelenkt. Diese Erscheinung wird als "magnetisches Wegblasen bzw. Ausweichen des Lichtbogens" bezeichnet.

Die Beziehung zwischen der Richtung des durch einen Schweißlichtbogen fließenden elektrischen Stroms, der Magnetisierungsrichtung an der Fuge oder Nut eines Rohaohlings und der Richtung der an der Fuge oder Nut auf den Schweißlichtbogen einwirkenden Kraft ist in den Vektordiagrammen gemäß den Fig. 4A und 4B veranschaulicht. In diesen Figuren sind mit A, B, C und F die Richtung des elektrischen Stromflusses im Schweißlichtbogen 6 durch die Schweißelektrode, die Magnetisierungsrichtung an der Fuge oder Nut des Rohlings 3» die Schweißrichtung bzw. die Richtung der auf den Schweißlichtbogen 6 einwirkenden Kraft bezeichnet. Gemäß Fig. 4 A und 4B entspricht die Richtung F der auf den Schweißlichtbogen 6 einwirkenden Kraft der Richtung des durch das Schweißkabel 9 fließenden,

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zum Schweißen benutzten Gleichstroms (vgl. Fig. 3), und diese Richtung liegt entgegengesetzt zur Schweißrichtung C Wie in Verbindung mit Figo 2 beschrieben, wird der .Schweißlichtbogen 6 infolgedessen entgegengesetzt zur Schweißrichtung C abgelenkt, wodurch die vorher geschilderten Schweißfehler entstehen.

Die auf der Grundlage der vorgenannten Untersuchungen entwickelte Erfindung ermöglicht beim von innen her erfolgenden Längsnahtschweißen eines Rohrrohlings für geschweißtes Stahlrohr längs einer Fuge oder Nut nach dem bisher üblichen Lichtbogenschweißen, bei dem ein elektrischer Gleichstrom als Schweißstrom über mindestens ein Schweißkabel mehreren hintereinander angeordneten abschmelzenden bzw» Schweißelektroden zugeführt v/ird, daß sich die durch diesen, durch das oder die in den Rohrrohling eingeführten Schweißkabel fließenden Gleichstrom erzeugten magnetischen Kräfte gegenseitig aufheben, indem mindestens zwei geradzahlige bzw» ein Paar Schweißelektroden verwendet werden, die eine Hälfte der Schweißelektroden in Gegenpolaritätsbeziehung, d.h. positiv gepolt, und die andere Hälfte der Schweißelektroden in Direktpolaritätsbeziehung, d.h. negativ gepolt, angeschlossen werden, wodurch die Magnetisierung des Rohrrohlings und die resultierende magnetische Ablenkung des Schweißlichtbogens verhindert werden.

Genauer gesagt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das übliche Lichtbogenschweißen angewandt, bei welchem hintereinander geschalteten Schweißelektroden als Schweißstrom ein elektrischer Gleichstrom über Schweißkabel zugeführt wird. Dieses Verfahren ist ein dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbekannter Schweißprozess, bei dem durch die Hitze des zwischen einem Grundmetall und einer abschmelzbaren bzw« Schweißelektrode erzeugten Schweißlichtbogens die Schweißelektrode von ihrer Spitze her abgeschmolzen und der Schweißvorgang mit Schmelztröpfchen dieser Elektrode durchgeführt wird. Wie in

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der schematischen Darstellung von Fig. 5 gezeigt, wird ein
Ausleger 2, der eine Länge zumindest entsprechend der Länge eines zu schweißenden Rohrrohlings 3 besitzt, der an seinem freien Ende einen vorlaufenden Elektrodenhalter 1a und einen diesem nachgeschalteten, nachlaufenden Elektrodenhalter 1b
trägt und dessen gehaltertes Ende an einem nicht dargestellten Wagen oder Schlitten befestigt ist, im voraus zusammen
mit Schweißkabeln 9a und 9b (cabtyre cables) in den Rohrrohling 3 eingeführt. Eine durch den vorlaufenden Elektrodenhalter 1a hindurchgeführte vorlaufende Schweißelektrode 5a wird über das Schweißkabel 9a in GegenpolaritätsbeZiehung geschaltet, d.h. an positive Polarität angelegt, während eine durch den nachlaufenden Elektrodenhalter 1b hindurchgeführte nachlaufende Schweißelektrode 5b über das Schweißkabel 9b in
Direktpolaritätsbeziehung geschaltet, d.h. an negative Polarität angelegt wird. Der Rohrrohling 3 wird dann auf die
durch den Pfeil 14 gemäß Fig. 5 angedeutete Weise von innen her längs der Fuge oder Nut einer Längsnahtschweißung in
Schweißrichtung mittels der vorlaufenden und der nachlaufenden Schweißelektrode 5a bzw. 5b unterworfen, während der
Ausleger 2 zusammen mit den Schweißkabeln 9a und 9b mittels des Wagens aus dem Rohrrohling 3 herausbewegt wird»

Beim erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Fig. 5 fließt der
elektrische Gleichstrom im Schweißkabel 9a, wie durch den
Pfeil 12 angedeutet, von rechts nach links zur Schweißelektrode 5a, Hierbei wird durch diesen Gleichstrom eine,von der rechten Seite in Fig, 5 her gesehen, im Uhrzeigersinn verlaufende magnetische Kraftlinie 13 erzeugt. Andererseits fließt der elektrische Gleichstrom im Schweißkabel 9b, wie durch
den Pfeil 15 angedeutet, von links nach rechts von der
Schweißelektrode 5b her. Hierdurch wird eine entgegengesetzt zur magnetischen Kraftlinie 13» d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende magnetische Kraftlinie 16 erzeugt. Aufgrund des Polaritätsunterschieds zwischen den beiden Elektroden 5a

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und 5b liegt mithin die Richtung der magnetischen Kraftlinie 13 entgegengesetzt zu derjenigen der Kraftlinie 16„ Die beiden Kraftlinien 13 und 16 heben sich deshalb gegenseitig auf, so daß der Rohrrohling 3 kaum magnetisiert wird. Auf diese V/eise ist es möglich, das Auftreten einer magnetischen Ablenkung des Schweißlichtbogens sowie die davon herrührenden Unregelmäßigkeiten des Schweißwulsts und die Schweißfehler, wie Unterhöhlung und Welligkeit des Schweißwulsts, mangelnde oder mangelhafte Verschmelzung des Grundmetalls und Spritzerbildung vollständig zu verhindern.

Die Magnetisierung eines Rohrrohlings kann auch mit einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens verhindert werden, bei welcher (vgl_o Fig. 5) im Gegensatz zum vorher beschriebenen Verfahren die Schweißelektrode 5a direkt, d,h_o negativ, und die Schweißelektrode 5b entgegengesetzt, d.h. positiv gepolt wird. Hierbei erfolgt die Längsnahtschweißung innerhalb des Rohrrohlings 3 längs der Fuge oder Nut mit den Elektroden 5a und 5b entgegengesetzt zum Pfeil 14, wobei der Ausleger 2 zusammen mit den Schweißkabeln 9a und 9b mittels des nicht dargestellten Wagens von der gemäß Fig_e 5 rechten Seite her in den Rohrrohling 3 eingeführt wird. Hierbei braucht nicht besonders darauf hingewiesen zu werden, daß die Elektrode 5b die vorlaufende und die Elektrode 5a die nachlaufende Elektrode darstellt.

Mit den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann eine Magnetisierung eines Rohrrohlings und mithin das Auftreten einer magnetischen Ablenkung des Schweißlichtbogens mit den resultierenden Unregelmäßigkeiten des Schweißwulsts und den Schweißfehlern verhindert werden, auch wenn die vorlaufende Elektrode direkt, d_eh„ negativ, und die nachlaufende Elektrode entgegengesetzt, d_oh„ positiv, gepolt wird. Indem jedoch die vorlaufende Schweißelektrode entgegengesetzt bzw_e

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positiv und die nachlaufende Elektrode direkt bzw_u negativ gepolt wird, lassen sich bessere Ergebnisse erzielen, weil sich dabei die an der Seite der vorlaufenden Elektrode erforderliche tiefere Schmelzeindringung leichter erreichen läßt₀

Mit der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kannraLt Sicherheit eine saubere, einwandfreie, fehlerfreie Schweißnaht erzielt werden, indem beim Längsnahtschweissen des Rohrrohlings von seiner Innenseite her längs einer Fuge oder Nut das Auftreten der Magnetisierung des Rohrrohlings und die resultierende magnetische Ablenkung des Gchweißlichtbogens verhindert werden„

Obgleich bei der Anwendung dieser Ausführungsform auf das Schutzgaslichtbogenschweißen bezüglich der entgegengesetzt, d_eh„ positiv gepolten Elektrode keinerlei Schwierigkeiten auftreten, werden bei der direkt, d.h. negativ gepolten Elektrode durch die mit einem direkt gepolten Schweißlichtbogen verbundene starke Hochdruck- bzw. Abstoßkraft die Schmelztröpfchen von der Schweißelektrode in Form von Spritzern über ihre Spitze hinaus weggeblasen, wobei sich diese Spritzer an der Schweißwulstfläche und ihrar Umgebung absetzen und dadurch häufig das Aussehen des Schweißwulsts beeinträchtigen. Dieser Umstand führte häufig bei der Herstellung von geschweißten Rohren für Rohrleitungen (Pipelines) zur Auferlegung strenger Anforderungen an eine zufriedenstellende Güte der Schweißwulstoberfläche. Wenn der Schweißvorgang über einen längeren Zeitraum hinweg ununterbrochen durchgeführt wird, setzen sich die Spritzer zudem an der Öffnung der Schutzgasdüse ab, wodurch die gleichmäßigere Strömung des Schutzgases gestört und die Stabilität des Schweißlichtbogens beeinträchtigt wird. Im Extremfall können durch eingeschlossene Luft sogar grobe Blasen im geschmolzenen Metall hervorgerufen werden.

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Erfindungsgemäß wurden nun weitere Untersuchungen mit dem Ziel der Ausschaltung der genannten Schwierigkeiten angestellte Auf der Grundlage dieser Untersuchungen hat es sich herausgestellt, daß das Aussehen eines Schweißwulsts beträchtlich verbessert werden kann, wenn als nachlaufende Elektrode eine direkt gepolte Elektrode, die beim Schutzgaslichtbogenschweissen bisher Schwierigkeiten aufv/arf, verwendet und an dieser Elektrode ein Tauch-Lichtbogenschweißverfahren angewandt wird, v/ährend als vorlaufende Elektrode eine entgegengesetzt (positiv) gepolte Elektrode verwendet und nach dem Schutzgaslichtbogenschweißverfahren betrieben wird. Diese Abwandlung wird im folgenden als "zweite Ausführungsform" der Erfindung bezeichnet. Wie dem Fachmann geläufig sein dürfte, besteht das genannte Tauch-Lichtbogenschweißen aus einem Schweißverfahren, bei dem im voraus ein körniges Flußmittel auf dem Grundmetall angehäuft und das Lichtbogenschweißen in dieser Flußmittelanhäufung durchgeführt wird_o

Bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung werden alle an der Jeite der direkt gepolten Elektrode verspritzen Schmelzentröpfchen von einer Schmelzschlacke aufgefangen und nicht als Spritzer auf der Oberfläche des Schweißwulsts abgelagert, so daß eine saubere, fehlerfreie Schweißnaht erzielt wird. Bei dieser Ausführungsform kann an der entgegengesetzt gepolten, vorlaufenden Schweißelektrode, ebenso wie an der Seite der direkt gepolten, nachlaufenden Schweißelektrode, das Tauch-Lichtbogenschv/eißverfahren durchgeführt werden; ebenso läßt sich (mit letzterer Elektrode) auch das (gewöhnliche) Lichtbogenschweißverfahren durchführen.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

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Beispiel 1

Bei dem von innen her längs einer Nut oder Fuge erfolgenden Längsnahtschweißen zweier Rohrrohlinge mit einer Wanddicke von 25»4 mm, einem Außendurchmesser von 122 cm und einer Länge von 12 m nach dem Doppelelektroden-Schutzgaslichtbogenschweißverfahren, bei welchem ein elektrischer Gleichstrom als Schweißstrom über Schweißkabel zu einer vorlaufenden und einer nachlaufenden abschmelzenden Schweißelektrode zugeführt wird, wurde der eine Rohrrohling nach der in Verbindung mit Fig. 5 beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung geschweißt. Bei diesem Verfahren wird gemäß Fig. 5 der Ausleger 2 zusammen mit den Schweißkabeln 9a und 9b im voraus in den Rohrrohling 3 eingeführt, wobei der Ausleger 2 an seinem freien Ende mit einem vorlaufenden und einem nachlaufenden Elektrodenhalter 1a bzw. 1b versehen und mit seinem anderen Ende an dem nicht dargestellten Wagen oder Schlitten befestigt ist„ Die vorlaufende Elektrode 5a wird über den vorlaufenden Elektrodenhalter 1a durch das Schweißkabel 9a in Gegenpolaritätsbeziehung, d.h. mit positiver Polarität oder Polung gespeist, während die im nachlaufenden Elektrodenhalter 1b befindliche nachlaufende Schweißelektrode 5b über das Schweißkabel 9b direkt, d.h. negativ gepolt wird. Das Längsnahtschweißen im Inneren des Rohrrohlings 3 längs seiner Fuge oder Nut erfolgt dann derart, daß die beiden Elektroden 5a und 5b in der durch den Pfeil 14 (Fig„ 5) angedeuteten Schweißrichtung geführt werden, während der Ausleger 2 zusammen mit den Schweißkabeln 9a und 9b mittels des Wagens aus dem Rohrrohling herausgezogen wird. Am anderen Rohrrohling wurde zu Vergleichszwekken das außerhalb des Erfindungsrahmens liegende, bisher übliche Gegenpolarität-Schutzgaslichtbogenschweißen durchgeführt, welches dieselben Verfahrensschritte, wie vorstehend beschrieben, umfaßt, nur mit dem Unterschied, daß dabei beide Elektroden in Gegenpolaritätsschaltung geschaltet, d.h. positiv gepolt sind.

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Der Zustand der hierbei erzielten Schweißwülste ist in den Fig. 6 und 7 veranschaulicht.

Bei der nach dem genannten, bisher üblichen Verfahren hergestellten Schweißnaht gemäß Fig_o 6 ist nicht nur das Aussehen mangelhaft, vielmehr zeigten Röntgenuntersuchungen auch Schweißmängel, wie fehlende Verschmelzung des Grundmetalls und Unterhöhlung des Schweißwulsts_o Dies ist auf das Auftreten einer Blasenbildung bzw. eines Wallens (boiling) des geschmolzenen Metalls infolge der magnetischen Ablenkung des Schweißlichtbogens in einer Richtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung zurückzuführeη„

Die nach der ersten Ausführungsform der Erfindung erhaltene Schweißnaht besitzt im Gegensatz dazu gemäß Fig. 7 ein sauberes, ausgezeichnetes Aussehen, wobei sich auch durch Röntgenuntersuchungen und Ultraschall-Werkstoffprüfung keine Spuren von Schweißmängeln feststellen lassen. Aus diesem Grund ist mit der ersten Ausführungsform der Erfindung eine ganz hervorragende Schweißnaht herzustellen.

Ähnlich gute Ergebnisse wurden auch mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung erzielt, bei welcher gemäß Fig. 5, im Gegensatz zur ersten Ausführungsform, die abschmelzende Schweißelektrode 5a direkt, d.h_a negativ gepolt und die Elektrode 5b entgegengesetzt, d.h. positiv gepolt wird. Das Längsnahtschweißen des Rohrrohlings 3 von seiner Innenseite her und längs der Fuge oder Nut mittels der Elektroden 5a und 5b erfolgt dabei in einer Richtung entgegengesetzt zum Pfeil 14, indem der Ausleger 2 zusammen mit den Schweißkabeln 9a und 9b gemäß Fig_e 5 von rechts her mittels des nicht dargestellten Wagens in den Rohrrohling 3 eingeführt wird. Hierbei bildet die Elektrode 5b die vorlaufende und die Elektrode 5a die nachlaufende Schweißelektrode.

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Beispiel· 2

Das von innen her längs einer Fuge oder Nut erfolgende Längsnahtschweißen eines Rohrrohlings für geschweißtes Stahlrohr mit einer Wanddicke von 25?4 mnv einem Außendurchmesser von 61 cm und einer Länge von 12 m wurde nach einem Doppelelektroden-Lichtbogenschweißverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung durchgeführt, bei dem elektrischer Gleichstrom als Schweißstrom über Schweißkabel einer vorlaufenden und einer nachlaufenden abschmelzenden Schweißelektrode zugeführt wird_o Bei diesem Schweißvorgang wird an der Seite der direkt gepolten Schweißelektrode gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung nach Beispiel 1 nach dem Tauch-Lichtbogenschweißen und an der entgegengesetzt gepolten Elektrode nach dem Schutzgaslichtbogenschweißen gearbeitet.

Die dabei hergestellte, in Fig. 8 veranschaulichte Schweißnaht besitzt ein ausgezeichnetes Aussehen, ohne - auch bei Röntgenuntersuchung und Ultraschall-Werkstoffprüfung - die geringsten Schweißmängel zu zeigen. Ersichtlicherweise läßt sich also nach der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine ganz hervorragende Schweißnaht herstellen.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung bezieht sich die Erfindung lediglich auf den Fall, in welchem ein Rohrrohling stillsteht, während nur ein mit hintereinander angeordneten Elektrodenhaltern versehener Ausleger bewegt wird. Wesentlich ist dabei jedoch nur, daß sich die Elektrodenhalter in Schweißrichtung bewegen« Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch der Abwandlung zugänglich, daß der Rohrrohling bewegt wird, während der mit den Elektrodenhaltern versehende Ausleger in ortsfester Lage gehalten wird. Mit anderen Worten: für das erfindungsgemäße Verfahren ist es ausreichend, wenn der mit den Elektrodenhaltern versehene Ausleger relativ zum Rohrrohling durch diesen hindurch bewegt wird.

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Mit dem vorstehend im einzelnen beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung können folglich eine Magnetisierung des Rohrrohlings durch den über die Schweißkabel, die in den Rohrrohling eingeführt sind, fließenden elektrischen Gleichstrom und die davon herrührende magnetische Ablenkung des Schweißlichtbogens vollständig verhindert werden, so daß eine saubere, einwandfreie Schweißnaht gewährleistet wird. Mit der Erfindung wird also ein großer industrieller Nutzeffekt geboten.

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Claims

271202, Patentansprüche

1. Längsnahtsc'nveißverfahren noch dem Lichtbogensc!lweißverfahren, bei dem über mindestens ein Schweißkabel ein elektrischer Gleichstrom als Schweißstrom mehreren hintereinander angeordneten, abschmelzenden Schweißelektroden zugeführt wird und ein Rohrrohling für geschweißtes .Stahlrohr von der Innenseite her längs einer Nut oder Fuge mittels dor betreffenden, hintereinander angeordneten, durch mehrere Elektrodenhalter geführten Schweißelektroden einer Längsnahtschweißunp unterzogen wird, wobei ein Ausleger in der Schweißrichtung durch den Rohrrohling relativ zu diesem hindurchbewegt wird und wobei der Ausleger an seinem freien Ende mit den Elektrodenhaltern vergehen ist und eine Länge zumindest entsorechend der Länge des Rohrrohlings besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zv/ei geradzahlige, abschmelzende Schweißelektroden verwendet werden und daß die eine Hälfte der Schweißelektroden in Gegenpolaritätsbeziehung geschaltet, d.h. positiv gepolt, und die andere Hälfte der Schweißelektroden in Direktpolnritätsbeziehung geschaltet, d.h. negativ gepolt v/ird, so daß die durch den zum Schweißen benutzten, durch die in den Rohrrohling eingeführten Schweißkabel fließenden Gleichstrom erzeugten Magnetkraftlinien einander aufheben und eine Magnetisierung des Rohrrohlings verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger zusammen mit. den Schweißkabeln im voraus in den Rohrrohling eingeführt und das Längsnahtschweißen des Rohrrohlings durchgeführt wird, indem der Ausleger zusammen mit den Schweißkabeln in Schweißrichtung relativ zum Rohrrohling aus diesem herausbewegt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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3c Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Längsnahtschweißen des Rohrrohlings in der '/eise erfolgt, daß der Ausleger zusammen mit den Schweißkabeln in Schweißrichtung relativ zum Rohrrohling in diesen hineinbewegt wird „

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ^Ύ, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegengesetzt, d.h. positiv gepolten Schweißelektroden als vorlaufende Elektroden und die direkt, ci.h„ negativ gepolten Schweißelektroden air, nachlaufende !elektroden benutzt werden„

^r>o Verfahren nach Anspruch h_f dadurch gekennzeichnet, daß an der Seit.e der nachlaufenden, direkt, d.h. negativ gepolten Schweißelektrode(n) ein Tnuch-Lichtbogenscbv/e i!!verfahren durchgeführt wird. _o

C. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der vorlaufenden, entgegengesetzt, d.h. positiv gepolten Schweißelektrode ein Schutzgaslichtbogenschweißverfahren durchgeführt wird.