DE3116123A1

DE3116123A1 - "elektronenstrahl-schweisskammer zum stumpfstoss laenglicher bauteile"

Info

Publication number: DE3116123A1
Application number: DE19813116123
Authority: DE
Inventors: Claude 95320 St Leu la Foret Carsac; Michel 79200 Chatillon sur Thouet Fuzeau; Jean-Pierre 95000 Cergy Hamon; Bruno de 75007 Paris Sivry; Bernard 92800 Puteaux Sudreau
Original assignee: Compagnie Francaise des Petroles SA
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA
Priority date: 1980-04-25
Filing date: 1981-04-23
Publication date: 1982-04-01
Also published as: IT8121359A0; FR2481173B1; GB2074489A; FR2481173A1; NL8102031A; ES8203032A1; CA1161908A; NL183171C; JPH02159B2; US4370541A; NL183171B; JPS56165577A; IT8121359A1; NO156745B; ES501607A0; NO156745C; IT1137560B; NO811396L; DE3116123C2; AU540294B2

Description

DTPL¹.-rw*G. Wilfrid RAECK ^ Ί >-- :-o

PATENTANWALT
7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 ■ TELEFON (0711) 244003

- C 118 -

COMPAGNIE PRANCAISE DES PETROLES 5 Rue Michel-Ange, F-75781 Päris-Cedex 16 (Frankreich)

Elektronenstrahl-Schweißkammer zum "Stumpfstoß länglicher Bauteile

Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Schweißkammer zur Stumpfstoßverbindung von zwei länglichen Bauteilen, die in ihrer Längsrichtung durch die Mitte dies >r Schweißkammer hir.Gurchverlaufen.

Die Llektronenstrahl-Schweißung bietet insofern beträchtliche Vorteile, als sie sich zur Anwendung bei Bauteilen :.i- großer Wandstärke eignet, schnelle und -.utomatische :;ehv;eißvorg"änge ermöglicht und keine Wärmebehandlung erfordert. Zur Durchführung solcher Schweißunr,en ist jedoch einerseits das Einrichten eines abgedichteten Gehäuses :..tv;enaig, um darin das unerläßliche Vakuum zu erzeugen

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und außerdem die äußere Umgebung gegen Röntgenstrahlen zu schützen, die beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die zu verschweißenden Bauteile entstehen; andererseits ist eine hohe Genauigkeit für die Einstellung der Elektronenstrahlkanone oder -kanonen bezüglich der noch unbekannten Ebene erforderlich, in der die Verbindung der beiden bezüglich des Gehäuses verschiebbaren Bauteile verläuft.

Es fällt schwer, diese beiden Bedingungen gemeinsam zu erfüllen, da das Einstelle« der Elektronenkanone oder -kanonen wegen der Formänderungen des Gehäuses unter dem Einfluß des Vakuums und wegen der beträchtlichen Masse der gesamten Einheit Schwierigkeiten bereitet, die gebildet wird aus dem Gehäuse, aus den Elektronenkanonen und aus dem gesamten System für deren Halterung, Positionierung und Verstellung.

Es ist ein Ziel der Erfindung, das Einstellen der Elektronenkanonen oder -kanone zu vereinfachen und dabei, wenigstens während des Schweißvorganges, jegliche starre Verbindung zwischen der oder den Elektronenkanonen und dem diesen zugeordneten System zur Halterung, Positionierung und Verstellung einerseits und dem Gehäuse andererseits, zu

beseitigen.

Bei einer Schweißkammer der oben angegebenen Art mit einer Klemm- oder Spanneinrichtung, die mit dem Haltesystem verbunden und in der Lage ist, einen ersten länglichen Bauteil einzuspannen, an den ein zweiter länglicher Bauteil durch Stumpfschweißung angeschlossen werden soll, und mit einem

das einen umschlossenen Raum bildet, in dem sich die Elektronenkanone oder -kanonen und das zugeordnete Haltesystem befinden, das an seinen Längsenden mit zurückziehbaren Abdichtverschlüssen versehen ist, von denen einer gegen den ersten länglichen Bauteil anlegbar ist und das an Einrichtungen zur Erzeugung eines Unterdrucks angeschlossen ist, besteht ein Merkmal der Erfindung darin, daß das System zur Halterung ... mit mechanischen Verbindungseinrichtungen an das Gehäuse angeschlossen ist, die wenigstens in einer Stellung eine Relativbewegung des Systems und des Gehäuses derart ermöglichen, daß das Gehäuse au-f einem festen Rahmen ruht, während das System'.mit dem ersten länglichen Bauteil über die Klemmeinrichtung starr verbindbar ist.

Auf diese Weise kann während des Schweißvorganges das System

zur Halterung ... direkt auf den ersten länglichen Bauteil angesetzt bzw. ausgerichtet werden, ohne daß gleichzeitig das Gehäuse versetzt oder verschoben zu werden braucht, und ohne daß Störungen aufgrund von dessen Formänderungen auftreten, da ja das Gehäuse nicht die Verbindung zwischen dem System und dem ersten !länglichen Bauteil beeinflußt bzw. nicht an dieser Verbindung teil hat»

Wenn dagegen außerhalb des eigentlichen Schweißbetriebs" die länglichen Bauteile verschoben oder bewegt werden müssen, wird das Haltesystem von diesen getrennt und durch seine mechanische Verbindung mit dem Gehäuse in einer Einstellung gehalten, die nicht sehr genau zu sein braucht.

Die mechanische Verbindungseinrichtungen können entweder mechanische, ausfahrbare bzw. versenkbare Verbindungsmittel euer elastische Verbindungsmittel sein. Im letzteren Fall

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bestehen die elastischen Verbindungsmittel vorteilhafterweise aus Pneumatikzylindern, die vorzugsweise so angeordnet sind, daß davon welche in Längsrichtung und andere in Querrichtung wirksam sind. Diese Zylinder können vorzugsweise regelbar und einstellbar und Hubmeßfühlern zugeordnet sein, von denen aus die Regelung gesteuert wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Schweißkammer im Längsschnitt,

Fig. 2 eine zweite Aurführungsform einer Schweißkammer im Längsschnitt, und

Fig. 3 einen anderen Längsschnitt der Schweißkammer der zweiten Ausführungsform.

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen handelt es sich um

Schweißkammern zur Verbindung von Rohrabschnitten, die zur Beförderung von Kohlenwasserstoffen bestimmt sind. Sie können insbesondere beim Verlegen von Rohrleitungen im Meer und vor allem beim sogenannten Verlegen in "J--Form zum Einsatz kommen, wo die zu verschweißenden länglichen Bauteile vertikal oder zur Vertikalen leicht geneigt verlaufen. Es versteht sich, daß ähnliche Anordnungen von Schweißkammern auch zur Durchführung von Schweißvorgängen an Land oder im Meer an beliebigen länglichen Bauteilen geeignet sind, die in einer beliebigen Richtung oder Neigung verlaufen.

Entsprechend Fig. 1 ist ein erster länglicher Bauteil oder ein erster Rohrleitungsabschnitt 1 an seinem oberen Ende an

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einen zweiten Rohrleitungsabschnitt 2 anzuschließen, der rechts von der Mittellinie der Zeichnung in entferntem und links von der Mittellinie in angenähertem Zustand zum Rohrleitungsabschnitt 1 dargestellt ist. Die Annäherung der beiden Rohrleitungsabschnitte erfolgt mit Hilfe von Schubkolbenmotoren 3 und Querträgern 4, 5, die jeweils auf beide Rohrleitungsabschnitte einwirken. Das Verbinden der beiden Rohrleitungsabschnitte wird mi8tels Elektronenstrahls chweißung durchgeführt, die innerhalb eines Raums 6 stattfindet, der von einem mit Anschlußfüßen 9 auf einem starren Rahmen 8 ruhenden Gehäuse 7 begrenzt ist. Der Rohrleitungsabschnitt 1 ist an dem starren Rahmen 8 insbesondere durch eine Zange 10 sowie durch einen auf einem beweglichen. Gerät abgestützten Ring 11 gehalten.

Innerhalb des Raumes 6 befinden sich zwei Elektronenkanonen 12, die um die Rohrleitungsabschnitte rotieren, und ein zugeordnetes System 13 "zur Halterung,. Positionierung und Verstellung der Kanonen, das insbesondere einen Stützkopf 14 mit einem Klemmarm 15 für den Rohrle:üungsabschnitt 1, einen Kanonenträgerring 16, eine Zwischenplatte 17 mit einstellbarer Neigung und verschiedene im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht direkt interessierende Mechanismen umfaßt.

Das Gehäuse 7 trägt offene Zangen oder Klemmen 18, die in Hadialrichtung mit Hilfe von Arbeitszylindern 19 verstellt werden können, um entweder den Tragkranz 14 mit dem Gehäuse zu verbinden oder den Tragkranz 14 freizusetzen.

Die Abdichtung des umschlossenen Raumes 6 wird sichergestellt, durch zurückziehbare Dichtungen 20 und 21, die beispielsweise aufblasbar sind und jeweils den Rohrleitüngsabschnitt 1 bzw.

fest umspannen. In die Rohrleitungsabschnitte 1 und 2 . wird eine nicht gezeigte innere Abdicht einrichtung eingeführt, um die zu verschweißende Zone abzuschließen. Das Vakuum wird innerhalb des umschlossenen Raumes 6 durch nicht gezeigte übliche PumpeinrSchtungen erzeugt und aufrechterhalten. Auf von den Tragfüßen 9 ausgehenden Armen sind Rollen 22 gelagert, um seitliche Auslenkungen der Rohrleitungsabschnitte zu begrenzen.

Während des eigentlichen Schweißbetriebes werden die Abdichtungen 20 und 21 auf den Rohrleitungsabschnitten geschlossen, wobei die Arme 15 den Rohrleitungsabschnitt 1 festhalten, während die Zangen 18 radial nach außen geführt sind und das Haltesystem 13 freisetzen, das somit fest am Rohrleitungsabschnitt 1 angeschlossen ist und sich in einem getrennten Zustand vom Gehäuse 7 befindet.

Während der Längsbewegung der Rohrleitungsabschnitte werden demgegenüber die Zangen 18 radial angenähert bzw. nach innen geführt, um das System 13 und das Gehäuse 7 fest, miteinander zu verbinden, während die Klemmung der Arme 15 beseitigt wird und die Dichtungen 20 und 21 geöffnet werden.

In ESg. 2 und 3 ist nur die Schweißkammer schematisch dargestellt unter Ausschluß ihrer Abstützeinrichtungen und der Zustelleinrichtungen für die stumpf zu verschweißenden Rohrleitungsabschnitte.

Fig. 2 läßt eine andere Ausführungsform der mechanischen Verbindungseinrichtungen zwischen dem System 13 und dem Gehäuse 7 erkennen. Diese Einrichtungen umfassen pneumatische Arbeitszylinder oder Klemmbacken aus Kautschuk 2k, die in

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Längsrichtung wirken, und pneumatische Arbeitszylinder oder Klemmbacken aus Gummi 25, die inQuerrichtung wirken. Die Arbeitszylinder 2k stützen das Gewicht des Systems 13 ab, während die Arbeitszylinder 25 das Komponente kompensieren, die durch die Neigung der Schweißmaschine und durch die Wirkung der Meeresdünung entsteht.

Diese Arbeitszylinder stehen unter einem-einstellbaren Innendruck und sind an eine nicht gezeigte automatische Versorgungs- und Druckregelzentrale'angeschlossen, über die sie während der verschiedenen Funktiqnsphasen mit geeigneten Drücken beaufschlagt werden können, um je nach Wunsch einen teilweisen oder vollständigen Kräfteausgleich zu erzielen. Insbesondere kann die Versorgungszentrale für komprimiertes Gas in Abhängigkeit von den durch die Meßfühler 26 gelieferten Daten gesteuert werden, die den Verlauf der Verschiebung des Systems 13 bezüglich

des Gehäuses 7 ermitteln bzw. abfühlei:.

Auf diese Weise ist die Kraft der Arbeitszylinder .leicht regelbar. Sie hält sich über einen wesentlichen Hubverlauf auf einem praktisch gleichbleibendem Wert, An einem Ende ihres Hubes erhöht sich die auszuübende Kraft für eine sehr geringe Hub zunähme beträchtlich, was ein wichtiges Merkmal Garstellt, um die Auslenkung des Systems 13 innerhalb des GEhäuses 7 wirksam zu begrenzen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Verstelleinrichtung

für· die Klemmarme 15. Jeder Klemmarm umfaßt ein mechanisches Stellgerät, bestehend aus einer Mutter 27, die mit einer Schraubspindel 28 in Eingriff steht, welche über ein Getriebe von einem hydraulischen, elektrischen oder anderen Schritt-

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motor 30 rotierend angetrieben wird. Dieser Motor kann gemäß einer ersten Ausführungsform im Gehäuse 7 angeordnet sein, ohne mit diesem verbunden zu sein, und das Getriebe kann an ihm starr angebaut sein. Bei einer zweiten Ausführungsform befindet sich der Motor 30 außerhalb des Gehäuses und an diesem befestigt, während das Getriebe 29 ein Kardansystem umfaßt. Bei einer dritten, hier gezeigten Ausführungsform ist der Motor auf einer den Klemmarm umgebenden Traghülse 31 befestigt, die über einen Abdichtbalg 32 an das Gehäuse 7 · angeschlossen ist, so daß das Getriebe starr angeschlossen sein kann. Bei dieser zuletzt beschriebenen Lösung ist der gesamte Antriebsmechanismus für die Klemmarme 15 außerhalb des unter Vakuum zu setzenden Raumes angeordnet. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

-β-

Leerseite

Claims

D1PL.-ING. Wilfrid RAECK

PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 ■ TELEFON (0711) 244003

COMPAGNIE PRANCAISE DES PETROLES,

Paris / Frankreich - C II8 -

Patentansprüche

1J Elektronenstrahl-Schweißkammer zur Stumpfstoßverbindung von zwei länglichen Bauteilen, die ;in ihrer Längsrichtung durch die Mitte der Sehweißkammer hindurchverlaufen, mit wenigstens einer Elektronenkanone, einem System zur Halterung, Positionierung und zum Verstellen der Elektronenkanone, die mit einer Klemmeinrichtung versehen ist, um einen ersten länglichen Bauteil zu erfassen, an den durch Stumpfschweißung ein zweiter länglicher Bauteil anzuschließen ist, und mit einem einen umschlossenen Raum bildenden Gehäuse, das die Elektronenstrahlkanone oder -kanonen und das zugeordnete System enthält, an seinen Längsenden mit zurückziehbaren, gegen die länglichen Bauteile anlegbaren Dichtverschlüssen versehen und an Vakuumerzeugungseinrichtungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltesystem (13) über mechanische Verbindungseinrichtungen (18, 24, 25) an das Gehäuse (7) angeschlossen ist, die wenigstens in einer Stellung eine Relativbewegung des Haltesystems und des Gehäuses derart ermöglichen, daß das Gehäuse (7) auf einem festen Rahmen (8) ruht, während das Haltesystem (13) über die Klemmeinrichtung (15) starr mit dem ersten Bauteil (1) verbindbar ist. -

O ι I

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2. Schweißkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Verbindungseinrichtungen in sich starr einfahrbare Verbindungseinrichtungen (18, 19) aufweisen.
3. Schweißkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindungseinrichtungen elastische Verbindungsmittel (24, 25) aufweisen.
4. Schweißkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungsmittel (24, 25) aus pneumatischen Arbeitszylindern bestehen..-
5. Schweißkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitszylinder in Längsrichtung wirkende Zylinder (24) und in Querrichtung wirkende Zylinder (25) umfassen.
6. Schweißkammer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pneumatikzylinder (24, 25) Zylinder mit regelbarer Arbeitskraft sind. .
7» Schweißkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder mit regelbarer ,Arbeitskraft (24, 25) Hubmeßfühlern (26) zugeordnet sind, über die die Kraftregelung gesteuert wird.
8. Schweißkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (15) von

innerhalb des Gehäuses (7) angeordneten Motoren angetrieben ist.
9. Schweißkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet", daß die Klemmeinrichtung (15) von auf dem Gehäuse (7) und außerhalb von diesem angeordneten Motoren über eine mechanische kardanische Antriebseinrichtung angetrieben ist. · ' ■

C 118 - 3 -
10. Schweißkammer'nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (15) von Motoren (30) angetrieben ist, die mit mechanischen Antriebsmitteln (29) außerhalb des Gehäuses (7) angeordnet und auf Tragteilen (3D befestigt sind, die mit dem Gehäuse (7) über Abdicht- oder Faltenbalgen (32) in

Verbindung stehen.