DE3102019A1

DE3102019A1 - "gegenstuetzvorrichtung fuer das schweissbad in der ersten schweisslage beim automatischen stumpfschweissen von rohren"

Info

Publication number: DE3102019A1
Application number: DE19813102019
Authority: DE
Inventors: Fernando Guardamiglio Milan Rinaldi
Original assignee: Saipem SpA
Current assignee: Saipem SpA
Priority date: 1980-01-24
Filing date: 1981-01-22
Publication date: 1982-01-14
Also published as: NL183441B; US4363954A; ES8205612A1; IE50453B1; BG39633A3; LU83084A1; BE887214A; NZ195906A; DK529080A; CA1163839A; FI803947L; PT72389A; YU41757B; IT8019413A0; AU6562680A; ES499386A0; DK153217B; GB2067945B; FI66776C; NO150026B

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die unabhängige und als Ausfütterung dienende Kupfereinsätze hat, die sowohl in horizontaler als auch in radialer Richtung selbsteinstellend bzw. selbstausrichtend sind und sich daher von selbst vollständig an den Innenumfang der Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern anpassen, ohne daß ein Spalt zwischen den Berührungsflächen der Einsätze vorhanden ist. Hierdurch wird eine wirksame Gegenabstützung für das Schweißgut bzw. das Schweißbad in der ersten Schweißlage beim automatischen Stumpfschweißen von Rohren geschaffen.

Beim Ausführen der ersten Schweißlage oder der Wurzellage bzw. Wurzelraupe, die vollständig von außen eindringt, ist es beim automatischen Stumpfschweißen von Rohren bekannt, daß eine Gegenstützeinrichtung erforderlich ist, die in den stumpf zu verschweißenden Rohren an den Berührungskanten bzw. Berührungsrändern der abgeschrägten Schweißfuge angeordnet ist. Diese Gegenstützeinrichtung verfolgt den Zweck, das Schweißbad bzw. Schweißgut zu halten, das sonst in die Rohre fallen könnte, sobald die dünnen berührenden Stahlkanten bzw. Stahlränder beim ersten Schweißgang schmelzen.

Eine solche Gegenstützeinrichtung ist im allgemeinen mit der Innenverbindungseinrichtung verbunden, die dazu verwendet wird, die beiden zu verschweißenden Rohre in einer aneinanderstoßenden Anordnung zu halten, um sicherzustellen, daß die Einrichtung in der aneinanderstoßenden Lage der beiden Rohre vollständig zentriert ist und auf den Rändern bzw. Kanten der Schweißfuge aufliegt.

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Hierzu gibt es bisher zwei verschiedene Bauarten von Gegenstütze inrichtungen, die mit Innenverbindungseinrichtungen unter Bildung einer Gegenstützeinrichtung für das Schweißgut der ersten Schweißlage verbindbar sind. Die erste Bauart einer üblichen Einrichtung wird im wesentlichen von einem Ring gebildet, der sich aus unabhängigen Kupferabschnitten zusammensetzt, die eine Länge eines Viertels oder einer Hälfte eines Umfangs haben. Diese unabhängigen Kupferabschnitte werden radial bewegt, bis sie auf den Innenumfang der stumpf zu schweißenden Rohre aufliegen. Hierzu sind radiale Druckeinrichtungen verschiedener Bauarten vorhanden, die von der Innenverbindungseinrichtung getragen werden. Eine solche Gegenstützeinrichtung hat Jedoch mehrere Nachteile. Ein Hauptnachteil ist in der Tatsache zu sehen, daß die Ringabschnitte an der Seite miteinander nur bei einer vorbestimmten Größe eines Umfangs in Berührung sind. Diese vorbestimmte Größe eines Umfangs ist nicht immer die tatsächliche Umfangsfläche der zu verschweißenden Rohre. Wenn sie daher radial bev/egt werden, so daß sie sich an die Innenumfangsfläche der Rohre anpassen, so werden sie voneinander abgerückt, und es werden Öffnungen, Schlitze oder Spalte zwischen den zugekehrten Rändern gebildet, an denen das Schweißgut bzw. das Schweißbad nicht mehr unterstützt ist.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Gegenstützeinrichtung liegt darin , daß die unabhängigen Kupferabschnitte zu lang sind, wenn sie sich wirksam an den Innenumfang der zu verschweißenden Rohre anpassen sollen, und zwar insbesondere dann, wenn der Innenumfang mehr oder weniger oval ist.

Schließlich ist ein weiterer Nachteil in den konstruktiven Schwierigkeiten zu sehen, die durch den Einbau einer radialen Druckeinrichtung in die Innenverbindungseinrichtung vorgesehen sind, wobei die radiale Druckeinrichtung für die Ringab-

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schnitte bestimmt ist.

Alle die zuvor genannten Schwierigkeiten können praktisch mit der zweiten Bauart einer üblichen Gegenstützeinrichtung überwunden werden, die die bereits vorhandenen Radialkolben der Innenverbindungseinrichtung für die radiale Bewegung verwendet und die sich an die Umfangslängen besser anpassen kann, ohne daß Öffnungen oder Spalte vorhanden sind.

Diese letztgenannte übliche Gegenstützeinrichtung umfaßt einen Satz von im wesentlichen rechteckigen, unabhängigen Kupfereinsätzen, die als Ausfütterungen dienen und Seite an Seite aneinanderliegend in Form eines Ringes angeordnet sind. Diese Kupfereinsätze sind längs ihrer geneigten Breitseiten nebeneinanderliegend angeordnet und auf einem zugeordneten, darunter liegenden Satz von Einsatzträgern befestigt, die ihrerseits federnd nachgiebig durch die Radialkolben der Innenverbindungseinrichtung mit Hilfe von Radialdruckfedern gelagert sind.

Die Radialbewegung der Kolben der Innenverbindungseinrichtung bewirkt hierbei im Zusammenwirken mit der Wirkung der radialen Druckfedern, daß die Einsätze federnd nachgiebig gegen die Innenfläche der zu verschweißenden Rohre gedrückt werden, und daß die Einsätze fähig sind, sich an den Umfang der Innenurafangsfläche der Rohre dadurch anzupassen, daß sie sich relativ zueinander in radialer Richtung in ihrer geneigten berührenden Breitseiten entgegen der Wirkung ihrer Radialdruckfedern gleitend bewegen können, so daß sich ihr Umfang verkleinern oder vergrößern kann, ohne daß die Gefahr der Bildung von Öffnungen oder Spalte aufgrund der Tatsache besteht, daß die geneigten Ränder immer in Kontakt miteinander gleiten.

Jedoch hat diese zweite Bauart einer Gegenstützeinrichtung ebenfalls Nachteile. Diese radiale Gleitbewegung zwischen den

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Einsätzen zur Anpassung an den Innenumfang der zu verschweissenden Rohre bringt notwendigerweise die Gefahr mit sich, daß sich zwischen benachbarten Einsätzen Stufen und somit Hohlräume bilden, die die Ursache von Schweißfehlern sind. Zusätzlich enthält die Außenfläche des von den Einsätzen gebildeten Rings die Schraubenköpfe, mit denen die Einsätze an den zugeordneten, darunterliegenden Einsatzträgern befestigt sind. Hierdurch wird die nutzbare Ringfläche beträchtlich eingeschränkt, auf der das Schweißgut bzw. das Schweißbad aufliegen kann. Schließlich ist ersichtlich, daß die radiale Gleitbewegung zwischen den Einsätzen auf die Einsatzstärke beschränkt werden muß, die nicht zu groß sein darf, um zu vermeiden, daß sich gefährliche Öffnungen oder Spalte bilden. Hieraus folgt, daß diese übliche Gegenstützeinrichtung sich nur von selbst an einen begrenzten Bereich von Umfangsgrößen anpassen kann.

Die Erfindung zielt darauf ab, die letztgenannten Schwierigkeiten mit Hilfe einer weiter entwickelten Gegenstützeinrichtung für das Schweißgut bei der Bildung der ersten Schweißlage zu schaffen, die für einen großen Bereich von Umfangsabmessungen geeignet ist, sich vollständig an die Innenfläche der zu verschweißenden Rohre anzupassen, ohne daß sich irgendwelche öffnungen, Spalte oder auch Stufen oder Hohlräume bildung und die eine große, nutzbare Stützfläche für das Schweißgut bildet.

Nach der Erfindung wird es im wesentlichen durch einen Satz von unabhängigen und als Ausfütterung dienenden Kupfereinsätzen erreicht, die trapezförmig ausgebildet und mit ihren Basisteilen wechselweise umgekehrt auf den Einsatztragelementen befestigt sind, die lose mit Hilfe von horizontalen Bolzen gehalten sind, die starr mit Tragblöcken verbunden sind, die federnd nachgiebig durch die Radialkolben der Innenverbindung mit Hilfe von Radialdrucklagern abgestützt sind,

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wobei die unabhängigen Kupfereinsätze federnd nachgiebig gehalten und in Form eines Ringes längs ihrer geneigten Seiten durch horizontale Druckfedern konstant gegeneinander gedruckt sind, die von den zugeordneten horizontalen Bolzen getragen werden und die wechselweise gegenüberliegende Flächen der Einsatztragelemente beaufschlagen.

Hierbei können die Einsätze nicht nur eine radiale, sondern auch eine horizontale Relativbev/egung ausführen, und auf der Wirkung der radialen und horizontalen Druckfedern beruht die Tatsache, daß die Kupfereinsätze in horizontaler und radialer Richtung stelbsteinstellend bzw. selbstausrichtend sind. Hierdurch können sich die Einsätze leicht an unterschiedliche Umfangsflächen des bei einer mehr oder weniger ovalen Gestalt anpassen, ohne daß Spalte oder Stufen zwischen den Berührungsflächen der Einsätze vorhanden sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die unabhängigen Kupfereinsätze horizontal relativ zueinander dadurch beweglich sind, daß sie längs ihrer geneigten Seiten gleitend beweglich sind, was durch die zugeordneten horizontalen Druckfedern möglich ist. Hierdurch kann sich der Umfang des Rings verändern. Die Neigung und Länge der geneigten Kontaktseiten der Einsätze ermöglichen darüberhinaus einen großen Gleitbereich, und somit eine große Variationsbreite hinsichtlich der Umfangsabmessungen des Rings, wodurch es möglich wird, daß der Ring sich an hohe Durchmesser anpassen kann, die sich sogar um +_ 25,4 mm (+_ 1 inch) unterscheiden können.

Die ständige Wirkung der horizontalen Druckfedern gewährleistet zusätzlich einen ständigen Kontakt zwischen den verschiedenen Einsätzen, so daß sich weder Spalte noch Stufen zwischen den Einsätzen bilden können. Was schließlich die Einsatztragelemente betrifft, so sind die Einsätze selbst frei beweglich auf horizontalen Bolzen angebracht und können sich daher um die Achse der Bolzen drehen. Hieraus ist er-

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sichtlich, daß die verschiedenen unabhängigen Einsätze sich leicht an mehr oder weniger ovale Umfange von stumpf zu verschweißenden Rohren anpassen können.

Zusammenfassend zeichnet sich erfindungsgemäß eine Gegenstützeinrichtung für das Schweißbad in der ersten Schweißlage beim automatischen Stumpfschweißen von zwei Rohren, die mittels zweier zugekehrter, in Umfangsrichtung angeordneter Sätze von Radialkolben einer Innenverbindungseinrichtung zusammengehalten sind, mit einem Satz von unabhängigen Kupfereinsätzen als Ausfütterung, die in Form eines Ringes angeordnet und jeweils fest mit einem zugeordneten, darunter liegenden Satz von Einsatztragelementen verbunden sind, die ihrerseits federnd nachgiebig mittels einem der in Umfangsrichtung angeordneten Sätze von Radialkolben der Innenverbindungseinrichtung mit Hilfe von radialen Druckfedern abgestützt sind, dadurch aus, daß die unabhängigen, als Ausfütterung dienenden Kupfereinsätze trapezförmig ausgebildet sind, daß sie mit ihren Basisteilen wechselweise umgekehrt auf den Einsatztragelementen durch horizontale Bolden frei gelagert sind, die starr mit Tragblöcken verbunden sind, die ihrerseits federnd nachgiebig durch einen der in Umfangsrichtung angeordneten Sätze von Radialkolben der Innenverbindungseinrichtung mit Hilfe dieser radialen Druckfedern abgestützt uad federnd nachgiebig gehalten sowie konstant gegeneinander in Form eines Ringes längs ihren geneigten Seiten durch zugeordnete, horizontale Druckfedern gegeneinander gedrückt sind, die von den horizontalen Bolzen getragen sind und wechselweise gegenüberliegende Flächen der Einsatztragelemente beaufschlagen.

Gemäß einem weiteren Merkmal nach der Erfindung sind die trapezförmigen Kupfereinsätze auf den zugeordneten Einsatztragelementen mittels Schrauben befestigt, die in die Breitseiten ihrer Basisteile eingesetzt sind.

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Hierdurch kann die nutzbare Ringfläche zur Unterstützung des Schweißguts in der ersten Schweißlage sehr groß gewählt werden und ist nicht durch das Vorhandensein von Metallelementen (Schrauben) beschränkt.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht

zweier stumpf zu verschweißender Rohre, die mittels einer Innenverbindungseinrichtung gehalten werden, auf der die Gegenstützeinrichtung für das Schweißgut nach der Erfindung angebracht ist;

Fig. 2 eine perspektivische vergrößerte

Darstellung zweier benachbarter Bauelemente der Gegenstützeinrichtung für das Schweißgut nach der Erfindung,

Fig. 3 eine Seitenansicht längs der Linie

A-A in Fig. 2, und

Fig. 4 eine Seitenansicht längs der Linie

B-B in Fig. 2.

In den Figuren sind mit 1 und 2 jeweils zwei Rohre bezeichnet, die an einer abgeschrägten Schweißfuge 3 stumpf miteinander zu verschweißen sind. Mit 4 ist schematisch eine Innenverbindungseinrichtung bezeichnet, die mit zwei zugekehrten, in Umfangsrichtung angeordneten Sätzen von Radialkolben

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5 und 6 jeweils versehen ist, die die Rohre zentriert während des Schweißvorgangs zusammenhalten, wenn die Radialkorben radial gegen die Innenfläche der Rohre 1 und 2 jeweils gedruckt werden. Um zu verhindern, daß das Schweißgut einer ersten Schweißlage in die Rohre fällt, ist eine Gegenstützeinrichtung 7 für das Schweißgut zwischen den Rohren an den Kontakträndern "bzw. Kontaktkanten der Schweißfuge 3 vorgesehen.

Diese Gegenstützeinrichtung 7 nach der Erfindung umfaßt im wesentlichen einen Satz von unabhängigen Kupfereinsätzen 8 mit einer trapezförmigen Gestalt, die Seite an Seite längs ihrer geneigten Seiten 9 angeordnet sind, um einen Ring zu bilden. Ferner sind diese Kupfereinsätze 8 derart angeordnet,daß ihre Basisteile 10 und 11 wechselweise umgekehrt sind, daß der kleinere Basisteil 10 eines Einsatzes dem größeren Basisteil 11 zweier benachbarter Einsätze benachbart liegt und umgekehrt, wie sich dies deutlich aus Fig. 2 ergibt.

Insbesondere ist jeder trapezförmige Kupfereinsatz 8 auf einem darunter liegenden Einsatztragelement 12 angebracht und mit diesem mit Hilfe von Schrauben 13 fest verbunden, die in der Breitseite 14 des größeren Basisteils 11 des Einsatzes eingesetzt sind, und mit Hilfe der Schraube 15, die in die Breitseite 16 des kleineren Basisteils 10 des Einsatzes eingesetzt ist (siehe insbesondere Fig. 2). Somit steht die äußere Ringfläche des durch die Einsätze 8 gebildeten Ringes vollständig zur Stütze des Schweißgutes in der ersten Schweißlage zur Verfügung, und diese Stützfläche ist nicht durch das Vorhandensein von metallischen Befestigungselementen begrenzt.

Das Einsatztragelement 12 ist frei beweglich durch einen horizontalen Bolzen 17 gelagert, der starr mit einem Tragblock 1818 in einer vertikalen Bohrung verbunden ist, in den ein Radialkolben 6 eines der beiden Sätze eingesetzt ist. Dieser Tragblock 18 wird durch Radialdruckfedern 19 radial nach

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außen gedrückt, die zwischen der unteren Fläche des Blocks und einer Vergrößerung 20 des Kolbens 6 wirkt. Diese Radialdruckfeder 19 ist an einem Lösen von dem Radialkolben 6 durch eine Schulter und Distanzunterlagscheiben 21 gehindert, die an dem Kopf des Radialkolbens durch eine Verbindungsschraube 22 befestigt sind. Auf der die den horizontalen Bolzen tragenden Fläche gegenüberliegenden Fläche des Tragblockes 18 ist eine Anschlagplatte 23 befestigt, die mit einem Anschlagring 24 der Innenverbindungseinrichtung 4 zusammenarbeitet, gegen den sie zur Anlage kommt, um zu verhindern, daß sich der Tragblock 18 um die Achse des Radialkolbens 6 drehen kann, wodurch erreicht wird, daß sich der Tragblock 18 nur radial bewegen kann.

Schließlich ist das Einsatztragelement 20 derart bemessen, daß der zugeordnete trapezförmige Einsatz 8 so gehalten ist, daß er radial relativ zum Kopf der Verbindungsschraube 22 (siehe Fig. 2 bis 4) vorsteht. Die trapezförmigen Kupfereinsätze 8 sind ferner federnd nachgiebig gehalten und werden konstant gegeneinander längs ihrer geneigten Seiten 9 durch zugeordnete horizontale Druckfedern 24 gedrückt, die von den horizontalen Bolzen 17 getragen werden und die gegenüberliegende Flächen der Einsatztragelemente 12 wechselseitig beaufschlagen. Insbesondere ist eine Feder 24 zv/isohen der äußeren Fläche 12' eines Einsatztragelements 12 (siehe Fig. 3) un der Sicherungsmutter angeordnet, die auf dem freien Ende des horizontalen Bolzens 17 aufgeschraubt ist. Bei dem benachbarten Einsatz hingegen ist die Feder 24 zwischen den gegenüberliegenden Flächen des Tragblocks 18 und dem benachbarten Einsatztragelement 12 (siehe Fig. 4) angeordnet.

Die Arbeitsweise einer solchen Gegenstützeinrichtung ist ohne weiteres verständlich.

Wenn der in Umfangsrichtung angeordnete Satz von Radialkolben

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6 der Innenverbindungseinrichtung 4 radial bewegt -wird, um das Rohr 2 festzulegen, bewegt sich auch der Satz von trapezförmigen Kupfereinsätzen 8 radial, und diese Kupfereinsätze 8 kommen in Berührung mit der Innenfläche des Rohres 2 vor den Kolben. Wenn die Kolben 6 weiter radial bewegt werden, um zu erreichen, daß ihre Köpfe 22 gegen die Innenfläche drücken, dann sind nicht nur die Einsätze 8 federnd nachgiebig gegen die Innenfläche infolge der Druckkraft der vorgesehenen Radialdruckfedern 19 angedrückt, sondern die Einsätze bewegen sich auch längs ihrer geneigten Kontaktseiten 9 infolge der Druckkraft der horizontalen Druckfedern 24 gleitend, so daß sich der Ring an den Umfang der Innenfläche anpaßt. Wenn darüberhinaus die Einsatztragelement 12,und folglich die Einsätze 8 frei beweglich auf den horizontalen Bolzen 17 angebracht sind und sich daher um die Achsen der Bolzen 17 drehen können, können die Einsätze 8 sich selbst an eine ovale Gestalt der Innenfläche anpassen, ohne daß Spalte oder Stufen an ihren geneigten Kontaktseiten 9 entstehen.

Da schließlich die trapezförmigen Einsatze unabhängig und sowohl in horizontaler als auch in radialer Richtung selbst einstellend bzw. selbstausrichtend sind, sind sie fähig, sich vollständig Umfangsflächen anzupassen, die oval sind und/oder im Durchmesser um +_ 25»4 mm (+1 inch) unterschiedlich.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. -Or. {Ξ. Assmenn -jDr. R.Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

München 2 BrauhauaetraOe 4 - Telefon SammelNr. 330341 ■ Telegramm· Zumpat ■ Telex β 30 BTB

He/Li Case 1272

SAIPEM S.p.A., Mailand / Italien

Gegenstützvorrichtung für das Schweißbad in der ersten Schweißlage beim automatischen Stumpfschweißen

von Rohren

Patentansprüche

Gegenstützvorrichtung für das Schweißbad in der ersten Schweißlage beim automatischen Stumpfschweißen von zwei Rohren, die mittels zweier zugekehrter, in Umfangsrichtung angeordneter Sätze von Radialkolben einer Innenverbindungseinrichtung zusammengehalten sind, mit einem Satz von unabhängigen Kupfereinsätzen als Ausfütterung, die in Form eines Ringes angeordnet und Jeweils fest mit einem zugeordneten, darunter liegenden Satz von Einsatztragelementen verbunden sind, die ihrerseits federnd nachgiebig mittels einem der in Umfangsrichtung angeordneten Sätze von Radialkolben der Innenverblndungseinrichtung mit Hilfe von radialen Druckfedern abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängigen, als Ausfütterung dienenden Kupfereinsätze (8) trapezförmig ausgebildet sind, daß sie mit ihren

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Basisteilen (10,11) wechselweise umgekehrt auf den Einsatztragelementen (12) durch horizontale Bolzen (17) frei gelagert sind, die starr mit Tragblöcken (18) verbunden sind, die ihrerseits federnd nachgiebig durch einen der in Umfangsrichtung angeordneten Sätze von Radialkolben (5,6) der Innenverbindungseinrichtung (4) mit Hilfe dieser radialen Druckfedern (19) abgestützt und federnd nachgiebig gehalten sowie konstant gegeneinander in Form eines Ringes längs ihren geneigten Seiten (9) durch zugeordnete horizontale Druckfedern (24) gegeneinander gedrückt sind, die von den horizontalen Bolzen (17) getragen sind und wechselweise gegenüberliegende Flächen der Einsatztragelemente (12) beaufschlagen.
2. Gegenstützvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die trapezförmigen Kupfereinsätze (8) in den zugeordneten Einsatztragelementen (12) mit Schrauben (13,15) fest verbunden sind, die in der Breitseite (14,16) der Basisteile (10,11) eingesetzt sind.

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