DE3021643C2 - Vorrichtung zum Entfernen des inneren Schweißgrates an elektrisch aus Blechstreifen geschweißten Rohren während des Schweißens - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen des inneren SchweiBgrates in elektrisch aus Blechstreifen geschweißten Rohren während des Schweißens.

Fs ist eine Vielzahl verschiedenartiger Vorrichtungen zum Entfernen des inneren Schweißgrates bekannt, die mit mechanischen Mitteln auf den Grat einwirken (z. B. GB-PS 12 48 350 oder SU-Erfinderschein 4 28 814). Alle Vorrichtungen basieren auf Kontakten zwischen dem Schweißrohr und Spreizhalteelementen der Vorrichtung sowie zwischen dem Schweißrohr und dem Arbeitsschneidwerk. Diese Vorrichtungen kommen jedoch durch die wirksamen hohen dynamischen Beanspruchungen und Temperaturiiberlastungen sehr schnell außer Betrieb, und zum häufigen Auswechseln des Schneidwerkes muß das Walzwerk jedesmal stillgesetzt werden, was natürlicherweise die Leistung der gesamten Anlage vermindert und die Selbstkosten der Rohrproduktion in die Höhe treibt Diese Vorrichtungen stellen außerdem erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit, mit der die Schweißnaht im Arbeitsbereich des Schneidwerkes angeordnet werden :iiuß, und dies verteuert wiederum die Schweißausrüstung.

Es ist eine Vorrichtung zum Entfernen des inneren Schweißgrates an elektrisch geschweißten Rohren bekannt die den Schweißgrat durch einen Gasstrahl, beispielsweise einen Sauerstoffstrahl, abbrennt (US-PS 23 52 306). Gemäß dieser Lehre wird ins Innere des Rohres hinter die Schweißeinheit doch nicht über die Zonengrenze, wo die Grattemperatur unter der Brenntemperatur des Metalls liegt, ein Gasstrahl unter einem Winkel zur Schweißnaht geleitet

Bekannt ist noch eine Vorrichtung zum Entfernen des inneren Schweißgrates an elektrisch geschweißten Rohren der erfindungsgemäßen Galtung (SU-Erfinderschein 4 35 031), die eine hohle Stützstange mit einer Sauerstoffleitung, eine Halterung für die Stange und eine auswechselbare Düse enthält In dieser Vorrichtung ist die Düse als Plunger ausgebildet der im Inneren der Stange untergebracht ist und einen zylindrischen Hohlraum aufweist. Auf der Düsenoberfläche sind Quernuten zum Sauerstoffeinblasen und eine Längsnut zum Ableiten des entfernten Grates über eine Absaugrohrleitung vorgesehen, wobei zur Abkühlung wählend der Arbeit die Düse mit einer abgefederten Schaufelrolle versehen ist die in de« Stange hinter der Düse, in Rohrbewegungsrichtung gesehen, an einer Achse sitzt und an die Innenoberfläche des Rohres angedrückt ist.

Im Anfangsmoment des Schweißvorganges gelangt der Sauerstoff unter Druck in den Hohlraum unter dem Plunger und drückt ihn an die Innenoberfläche des Rohres in der Zone der auf eine dem Schmelzpunkt des Metalls nahe Temperatur erwärmten Schweißnaht. Ein Überschuß an Sauerstoff strömt über Bohrungen in die Quernuten, die zusammen mit der Innenoberfläche des Rohres Kanäle bilden, welche die Sauerstoffstrahlen auf den aufgeschmolzenen Schweißgrat richten. Der Eintrittspunkt für den Sauerstoff in die Nuten liegt in einem Bereich, in dem die Temperatur der Rohroberfläche IO0°C nicht übersteigt wodurch ein Durchbrennen des Rohres vermieden wird. Die Sauerstoffstrahlen bespülen also die Innenoberfläche des Rohres und brennen den Grat ab. Dabei sind die Quernuten, um ein gegenseitiges Löschen der Strahlen zu vermeiden, gegeneinander versetzt angeordnet.

Diese Vorrichtung läßt sich jedoch nur zum Entgraten von Rohren mit einem Durchmesser von über 100 mm verwenden, wobei ein vollständiges und qualitätsmäßig gutes Entgraten nicht sicher erzielt werden kann. Der Entgratungsvorgang wird von der Bildung von Zungen des aufgeschmolzenen, aber nicht aus der Schweißnahtzone entfernten Gratmetalls begleitet, und dieser Mangel ergibt sich nämlich aus dem seitlichen Zuführen von Sauerstoff zu dem Grat, wobei sich die Wirksamkeit

des Sauerstoffeinsat^es herabsetzt. Andererseits ist es bekannt, daß ein besseres Entgraten und eine wirkungsvollere Sauerstoffausnutzung durch Ablauf einer exothermischen Oxydationsreaktion der zum Schweißen erwärmten Fugenkanten des Bleehstreifens herbeigeführt werden können, wenn der Sauerstoff von innen unter einem Winkel zum Rohr gegen die Rohrbewegungsrichtung in die Erwärmung- und Schweißzone der Kanten des Bleehstreifens strömt Die Verwendung einer Düse mit einer kreisrunden Austrittsöffnung gestauet jedoci. ein breitenmäßig gleichmäßiges Entgraten nicht. Außerdem muß damit gerechnet werden, daß Verbrennungsprodukte des Gratmetalls von den Schweißkanten her den Ferrithalter und die Düse erreichen und sich auf diesen in Form einer metallähnlichen Masse absetzen, wodurch der Schweißvorgang gestört und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Entfernen des inneren Schweißgrates während des elektrischen Schweißens von Rohren zu schaffen, bei dem die Düsen derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die Bearbeitungsquaütät der Rohroberfläche verbessert und der Sauer^ioffstrahl zum Entgraten wirkungsvoller ausgenutzt wird-

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst

Bei einer solchen Ausbildung und Anordnung der Düsen kann man mit den Sauerstoffstrahlen den gesamten Verformungsbereich der Schweißkanten des το Blechstreifens nicht nur in Längs-, sondern auch in Querrichtung erfassen. Dadurch ergibt sich eine einfachere Gestaltung der Vorrichtung selbst, weil das Entgraten sogar dann erfolgt wenn die Schweißnaht von der Düsenachse abweicht Der gewählte Abstand der Düsenaustrittsöffnungen gestattet eine wirkungsvolle Ausnutzung des Sauerstoffs und fördert die Bearbeitungsqualität der Oberfläche.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt

Mit den Merkmalen des Anspruchs 3 wird der Gefahr eines Anhahens des geschmolzenen Metalls an den Düsen und an der Rohroberfläche entgegengewirkt.

In einer gemäß dem Anspruch 4 gestalteten Vorrichtung können die Düsen und der Ferrithalter bei Bedarf ausgewechselt werden.

Durch die Erfindung kann man also die Blechstreifen noch im Rohrschweißwalzwerk zu innen gratfreien Rohren elektrisch verschweißen, wobei die Möglichkeit völlig ausgeschlossen wird, daß auf der Innenoberfläche des Rohres disperse Teilchen des aufgeschmolzenen Metalls hängen bleiben können, zum anderen bekommt die Schweißnaht auf der Innenoberfläche des Rohres einen hohen Reinheitsgrad.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zum Entfernen des inneren Schweißgrates, im folgenden einfach mit »Entgrater« bezeichnet, der im Rohrwalzbetrieb benutzt wird und eine im Schweißrohr angeordnete hohle Stützstange, eine von der Stützstange getragene Sauerstoffleitung mit einer Kauptdüse, und einen kühlbaren oxidkeramischen Ferrithalter enthält. Hinter der Hauptdüse ist, in Rohrbewegungsrichtung gesehen, eine Zusatzdüse vorgesehen, die mit der Hauptdiise einen gemeinsamen Saucrstoff/uführungskanal hat. Die Hauptdiise und die zusätzliche Düse *>■> weisen ovale Austrittsöffnungcn mit unterschiedlichem Durchgangsquerschnitt auf und sind unter unterschiedlichen spitzen Winkeln in einer gemeinsamen durch die Rohrachse und die Schweißnaht verlaufenden Ebene angeordnet

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Fs zeigt

Fig, I eine Gesamtansicht des Entgraters im Längsschnitt;

Fi g. 2 einen Entgrater mit einem Gehäuse und Düsen im Längsschnitt;

F i g. 3 die Austrittsöffnung der Hauptdüse;

F i g. 4 die Austrittsöffnung der zusätzlichen Düse;

F ί g. 5 einen Schnitt V- Vin F i g. 1.

Der Entgrater zum Entfernen des inneren Schweißgrates wird in den Innenraum eines elektrisch zu schweißenden Rohres 1 eingeführt und enthält eine hohle Stützstange 2, eine Sauerstoffleitung 3, einen in einem gekühlten Körper 5 befindlichen Ferrithalter 4, eine Hauptdüse 6 und eine Zusatzdüse 7. Die Stützstange 2 wird im Rohr 1 durch Konsolen 8 gehalten, die außerhalb des Schweißrohres 1 an einen beliebigen ortsfesten Teil des Rohrschweißwalzwerkes angebracht werden können und zusr^men mit einem Schaft 9 der Sauerstoffleitung 3 earch den Spalt zwischen den Schweißkanten des Bleehstreifens hindurchragen. Die Sauerstoffleitung 3 ist konzentrisch im Innern der Stützstange 2 angeordnet und trägt an ihrem Ende einen für die Hauptdüse 6 und die Zusatzdüse 7 gemeinsamen Sauerstoffzufuhrkanal 10, der an der Sauerstoffleitung 3 mittels einer Gewindemuffe 11 befestigt ist(Fig. 1).

Die Zusatzdüse 7 ist hinter der Hauptdüse 6 in Rohrbewegungsrichtung gesehen angeordnet. Die Austrittsöffnungen 12 (Fig.3) bzw. 13 (Fig.4) beider Düsen 6,7 sind oval mit unterschiedlichem Durchgangsquerschnitt und liegen in einer gemeinsamen durch die Rohrachse und die Schweißnaht verlaufenden Ebene M-M(Fig.5) unter unterschiedlichen spitzen Winkeln «1 (Fig. 1 und 2) bzw. 1x2 zur Schweißnaht gegen Rohrbewegungsrichtung.

Bei der Austrittsöffnung 12 der Hauptdüse 6 ist nach Fig.3 die senkrechte Achse a-a langer als die waagerechte Achse b-b, wobei das Achsenverhältnis a-a unc' b-b\n einem Bereich von 2 :1 bis 1,1 :1 liegt.

Bei der Austrittsöffnung 13 der Zusatzdüse 7 ist nach Fig.4 umgekehrt die waagerechte Achse b\-b\ länger als die senkrechte Achse a\-a\ und das Achsen verhältnis b\-b\ und ai-ai liegt in einem Bereich voi· 3:1 bii, 1,1 :1.

Der Winkel «ι (Fig. 1 und 2) der Hauptdüse 6 wird zwischen 35° und 45° gewählt, während der Winkel «2 der Zusatzdüse 7 sich in einem Bereich von 15 bis 30° bewegt.

Die Austrittsöffnungen 12 und 13 der beiden Düsen 6 und 7 sind in einem Abstand »1« voneinander angeordnet, der so gewählt ist, daß die Verformungszone der Schweißkanten des Bleehstreifens beim Schweißvorgang sich zwischen den aus den Düsen austretenden Sauerstoffstrahlen befindet.

Bei der Ausführung nach F i g. 2 sind die Hauptdüse 6 und die Zusatzdüse 7 in einem Gehäuse 14 untergebracht, das am Körper 5 des Ferrithalters 4 montiert und mit dem Ferritha''.er 4 über Kanäle 15 verbunden ist, damit das Kühlmittel aus dem Körper 5 ins Gehäuse 14 geführt werden kann. Dabei weist das Gehäuse 14 Öffnungen zur Aufnahme der Düsen 6 ii'id / und zum Zuführen der .Sauerstoffstrahlen zur Schweißzone, sowie Öffnungen 16, 16,7 zum Abführen des Kühlmittels ans dem Gehäuse aui'.

Das Gehäuse 14 hat die in F i g. 2 dargestellte form

und einen Flansch 17. der am Deckel 18 des Ferrithalicrs 4 befestigt ist. Das Gehäuse besteht aus einem Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer, der keine Neigung zur Adhäsion mit dem aufgeschmolzenen Metall zeigt. ,

Die Stützstange 2 (F i g. I und 2) ist der SauerstofFleitung 3 gegenüber um etwa die Länge des Korpers des Perrithalters 4 kürzer ausgebildet. Im Körper S ist ein Blechschuß 19 eingebaut, der mit einem seiner Linden im Deckel 18 des Ferrithalters 4 und mit dem zweiten Ende an der Stirnseite der Stützstange 2 befestigt ist. Der Hohlraum des Blechschusses 19 liegt dabei koaxial mit dem Hohlraum der Stützstange 2 und dient als Fortsatz des Hohlraumes der S'.ützstange 2. Dadurch entsteht längs der Sauerstoffleitung 3 ein ringförmiger Hohl- π raum 20, der mit Kühlmittel gefüllt wird und mit dem Hohlraum des Körpers 5 über die öffnungen 21 im Blechschuß 19 in Verbindung steht.

Die Bewegungsrichtung des Rohres während des Schweißvorganges ist in Fig. I und 2 mit dem Pfeil A, ->n die Zufuhrrichtung des Sauerstoffes mit dem Pfeil B und die des Kühlmittels (Wassers) mit dem Pfeil C angegeben.

Im erfindungsgemäßen Entgrater sind alle erforderlichen Mittel und Geräte vorhanden, die einen automati- r> sehen, dem Walzwerk angepaßten Betrieb sicherstellen. Der Entgrater arbeitet wie folgt: Bei Beginn des Schweißvorganges am Rohr 1 wird die Sauerstoffzufuhr über die Sauerstoffleitung 3 eingeschaltet. Im Sauerstoffzufuhrkanal 10 wird der Sauer- jo stoffstrom in zwei Teilströme geteilt, wobei der erste von ihnen über die (anblasende) Hauptdüse 6 unter einem Winkel von 35° bis 45° auf die Stirnseiten der zu erwärmenden Schweißkanten des Blechstrcifens und die Zone ihrer gemeinsamen plastischen Verformung gerichtet wird, während der zweite Teilstrom über die Zusatzdüse 7 unter einem Winkel von 15" bis 30" auf den restlichen Schweißgrat hinter der Achse O-O der .Schweißeinheit kommt. Dadurch wird erreicht, daß die gesamte Verformungszone der Schweißkanten des Blechstreifens während des Schweißvorganges zwischen zwei Sauerstoffstrahlen liegt.

Dank der ovalen Form der Austrittsöffnung 12 der Hauptdüse 6 wird die Sauerstoffstromdichte in der Stirnseitebene der Schweißkanten größer, d. h. der Sauerstoffstrom greift die erwärmten Schweißkanten wirkungsvoller an, wodurch sich die Menge an dem entfernten Grat erhöht. Das Achsenverhältnis der Öffnung 12 liegt bei 1,1 :1 bei der Rohrwanddicke von 1.0 mm und einem großen Annäherungswinkel der Schweißkanten im Erwärmungsbereich und bei 2 : 1 bei der Rohrwanddicke von 4.0 mm und einem kleinen Annäherungswinkel der Schweißkanten im Krwärmungsbcrcic'h.

Det abblasende Saucrstoffstrom aus der Düse 6 reicht nicht aus. um den Schweißgral vollständig zu entfernen, dessen Rest mitten im Schnitt eine sphärische mit Kämmen am Umfang des Schweißgrates umrandete Aussparung aufweist. Das vollständige Entgraten wird durch den über die zusätzliche Düse 7 austretenden zweiten Sauerstoffstrom erzielt, wobei wegen der horizontal-ovalen Form der Austrittsöffnung 13 dieser Düse sich die .Sauerstoffstromdichte in den Randzonen des .Schwciligratf; sich erhöht, und in der Achsenzone im Gegenteil sink. Außerdem wird sichergestellt, daß der Schweißgrat auch bei eventueller Querverschiebung der Schweißnaht gegenüber der Düsenachse vollständig entfernt werden kann. Das Achsenverhältnis der Öffnung 13 wird im Bereich von 1,1:1 bei der Wanddicke des Rohres von 1.0 mm und einem Rohrdurchmesser von 20 bis 40 mm und im Bereich von 3 : I bei der Wanddicke des Rohres von 5.0 mm und dem Rohrdurchmesser von 219 mm genommen.

Über das Innere der Stützstangc 2 und den Hohlraum des Körpers 5 des Ferrithalters 4 wird ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, für Ferrite zugeführt, das über die Kanäle 15 (Fig. 2) im Deckel 18 des Ferrilhalters und im Flansch 17 ins Gehäuse 14 fließt. Das Kühlmittel gelangt durch die öffnungen 16, 16a im Gehäuse 14 an die den Schweißkanten zugekehrte Oberfläche des Gehäuses und des Ferrithalters 4 in der Fallzone der Verbrennungsprodukte des Gratmetalls. Das Kühlmittel kühlt das Gehäuse ab und spült darüber hinaus von dem Gehäuse 14 und dem Ferrithalter 4 auf diese eventuell gelangte schmelzflüssige Tropfen weg. Dadurch wird die Möglichkeit ausgeschlossen, daß an dem Ferrithalter 4 und den Düsen 6 und 7 metallähnliche Gebilde sich anhäufen können, wodurch die Rohrschweißbedingungen stabilisiert werden. Ein Überschuß des Kühlmittels fließt in den Hohlraum des Rohres durch die Öffnung 22 in der Stirnseite des Gehäuses 14 ab.

Beim Umstellen des Rohrschweißwalzwerkes auf Rohre größerer Abmessungen müssen die Hauptdüse 6 und die zusätzliche Düse 7 und der Ferrithalter ausgewechselt werden. Hierfür löst man mittels der Muffe 11 (Fig. I) den Sauerstoffzufuhrkanal 10 von der Sauerstoffleitung 3 samt den Düsen 6 und 7 oder die Düsen 6 und 7 (Fig. 2) im Zusammenbau mit dem Gehäuse 14 und dem Flansch 17. Daraufhin nimmt man den Ferrithalter 4 von der Stützstange 2 ab. Der Einbau des Ferrithalters 4 und der Düsen mit den Abmessungen, welche für das neue Rohr passen. grHt in umgekehrter Folge vor sich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zum Entfernen des inneren Schweißgrates an elektrisch aus Blechstreifen geschweißten Ruhren während des Schweißens durch Abbrennen mittels eines Sauerstoffstrahls, mit einer im Rohr angeordneten hohlen Stützstange für eine in einer Düse endende Sauerstoffleitung und einem Ferrithalter, dadurch gekennzeichnet, ·° daß in Bewegungsrichtung des Rohre (1) hinter der Hauptdüse (6) eine Zusatzdüse (7) vorgesehen ist daß die Zusatzdüse (7) und die Hauptdüse (6) einen gemeinsamen Sauerstoffzufuhrkanal (10) haben, daß die Zusatzdüse (7) und die Hauptdüse (6) ovale Austrittsöffnungen (13, 12) mit unterschiedlichem Durchgangsquerschnitt aufweisen,

daß die Zusatzsdüse (7) und die Hauptdüse (6) in einer gemeinsamen durch die Rohrachse uncf die Schweißnaht verlaufenden Ebene unter unterschiediichen spitzen Winkeln zur Schweißnaht angeordnet sind und

daß die Austrittsöffnungen (12 und 13) der Hauptdüse (6) und der Zusatzdüse (7) mit einem Abstand (1) voneinander angeordnet sind, der so gewählt ist daß die Verformungszone der Schweißkanten des Blechstreifens beim Schweißvorgang zwischen den Sauerstoffstrahlen liegt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß bei der Austrittsöffnung (12) der Hauptdüse (£) die senkrechte Achse (a-a) länger als die waagerechte Achse (h-b) ist wobei das Achsenverhähnis in einem "Bereich von 2:1 bis 1,1:1 liegt und daß bei der Auswittsöffnung (13) der Zusatzdüse (7) die waagerechte Achse (brbt) länger als die senkrechte Achse (a,-ai) ist und das Achsenverhältnis in einem Bereich von 3:1 bis 1,1 :1 liegt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Zusatzdüse (7) und die Hauptdüse (6) in einem am Ferrithalter (4) montierten Gehäuse (14) untergebracht sind, daß deHohlraum des Gehäuses (14) mit dem Ferrithalter (4) zur Kühlmittelzuführung aus dem Ferrithalter ins Gehäuse in Verbindung steht und daß das Gehäuse (14) Öffnungen zum Austritt des Sauerstoffes und des Kühlmittels aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der Sauerstoffzufuhrkanal (10) an der Sauerstoffleitung (3) befestigt ist, die im Hohlraum der Stützstange (2) konzentrisch angeordnet ist, daß die Stützstange (2) um die Länge des Ferrithalters (4) kürzer als die Sauerstoffleitung (3) ist und daß der Ferrithalter (4) einen Hohlraum aufweist der einen Fortsatz des Hohlraumes der Slützstange (2) bildet.