DE3116133A1

DE3116133A1 - "elektronenstrahl-schweisskammer zur stumpfverschweissung laenglicher bauteile und verfahren zu deren anwendung"

Info

Publication number: DE3116133A1
Application number: DE19813116133
Authority: DE
Inventors: Claude 95320 St Leu la Foret Carsac; Michel 79200 Parthenay 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: 1982-02-04
Also published as: GB2075253B; DE3116133C2; NO156039C; ES501606A0; NL182942B; NL8102032A; CA1175914A; AU6987081A; NO811397L; AU540786B2; ES8203031A1; GB2075253A; JPS56165578A; BR8102571A; FR2481174A1; US4368374A; IT8121358A1; FR2481174B1; IT1137559B; JPH0238317B2

Description

Dipl.-Ing. Wilfrid^: RAECFC

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

- C 119 -

COMPAGNIE FRANCAISE DES PETROLES 5, Rue Michel-Ange, 75781 Paris Cedex 16 / FRANKREICH

Elektronenstrahl-Schweißkammer zur Stumpfverschweißung länglicher Bauteile und Verfahren zu deren. Anwendung

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschweißkammer, um zwei längliche Bauteile, die sich in ihrer Längsrichtung durch die Mitte der Schweißkammer erstrecken, mittels Elektronenstrahlen stumpf miteinander zu verschweißen. Das Elektronenstrahlschweißen bietet insofern beträchtliche Vorteile, als es sich zur Anwendung bei Bauteilen mit beträchtlichen Wandstärken eignet, schnelle und automatische Schweißvorgänge ermöglicht und keine Wärmebehandlung erfordert. Seine Anwendung macht jedoch ein abgedichtetes Gehäuse zur Schaffung eines geschlossenen Raumes notwendig, in dem das für die Schweißung unerläßliche Vakuum erzeugt werden kann. Der dabei entstehende geschlossene Raum beinhaltet, wenn es sich um längliche Bauteile größerer Abmessungen handelt, ein ganz erhebliches Volumen, in dem bei jedem Schweißvorgang langwierig und aufwendig ein Vakuum erzeugt werden muß, nachdem zuvor bei der Einführung eines neuen länglichen Bauteils in der Schweißkammer Atmosphärendruck hergestellt worden ist.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das abwechselnd unter Atmosphärendruck und Vakuum zu setzende Volumen zu verringern und dennoch von einem großen Endgasungsvolumen Nutzen zu ziehen.

Bei einer Vakuumschweißkammer zum Stumpfschweißen mittels Elektronenstrahlen von zwei länglichen Bauteilen, die sich mit ihrer Längsrichtung durch die Mitte der Kammer erstrecken, bestehend aus einem Gehäuse, das an seinen' Längsenden mit gegen die beiden länglichen Bauteile anlegba.ren und zurückziehbaren Abdichtverschlüssen versehen ist und einen· umschlossenen Raum bildet, der eine oder mehrere Elektronenkanonen sowie ein zugeordnetes System zur Halterung, Positionierung und Verschiebung der Elektronenkanonen enthält,

wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dieser Raum in zwei miteinander verbindbare Abschnitte unterteilt ist, und zwar in eine mittlere bzw. zentrische Schleusenkammer, die den Durchgang der länglichen Bauteile ermöglicht, wenn die Abdichtverschlüsse zurückgezogen sind, und in einen peripheren Hilfsraum, der die Elektronenkanone oder -kanonen und das zugeordnete Halterungssystem enthält, wobei die Unterteilung mittels einer Gruppe von zurückziehbaren Dichtungen, die in Längsrichtung zwischen dem Gehäuse und dem Halterungssystem und innerhalb des Haiterungssystem verteilt angeordnet sind.

Diese zurückziehbaren Dichtungen sind vorzugsweise aufblasbare Dichtungen und aus einem Paar von zwei Einzel- oder Elementardichtungen gebildet, die zueinander parallel angeordnet sind, wobei eine Pumpeinrichtung zum Entleeren des Raums zwischen den beiden Elementardichtungen vorgesehen ist.

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Die Verbindungsleitungen zwischen den aufblasbaren Dichtungen oder den Zwischenräumen, die sich im Innern des Haltesystems befinden, und dem Außenumfang des Gehäuses enthalten vorteilhafterweise wenigstens einen flexiblen und dehnbaren Abschnitt.

Die zwischen dem Gehäuse und dem Halterungssystem angeordneten zurückziehbaren Dichtungen sind vorzugsweise in bzw. zwischen labyrinthbildenden Leitplatten untergebracht und üben ihre abdichtende Anpreßkraft in Querrichtung aus. Sie haben vorteilhafterweise an beiden Längsenden des Gehäuses im wesentlichen identische Lagen und Abmessungen.

Um den umschlossenen Raum unter Vakuum zu setzen, ist es vorteilhaft, einerseits wenigstens eine Pumpleitung vorzusehen, die in der mittleren Schleusenkammer mündet und an eine erste Pumpanlage angeschlossen ist, und andererseits wenigstens eine Pumpleitung vorzusehen, die in dem peripheren Hilfsraum mündet und an eine zweite Pumpanlage angeschlossen ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, die in einem schematischen Längsschnitt eine Schweißkammer zeigt, die besonders zum Verschweißen von Rohrleitungsabschnitten zum Transport von Kohlenwasserstoffen bestimmt ist, insbesondere für einen Verlegevorgang von Rohrleitungen im Meer in Form einer sog. "J"-förmigen Verlegung. Es versteht sich, daß ähnliche Anordnungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch zum Verschweißen von länglichen, flachen oder hohlen Bauteilen an Land geeignet sind, die eine beliebig geneigte Längsrichtung aufweisen.

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Entsprechend der Darstellung ist ein erster länglicher Bauteil oder ein erster Rohrleitungsabschnitt 1 an seinem oberen Ende an einen zweiten länglichen Bauteil oder einen zweiten Rohrleitungsabschnitt 2 anzuschließen. Das Verbinden der beiden Rohrleitungsabschnitte wird mittels Elektronenstrahlschweißung durchgeführt, die im Innern eines Raums 3 stattfindet, der durch ein Gehäuse 4 und Dichtverschlüsse in Form von aufblasbaren Dichtorganen 5 un d6 begrenzt ist, die an den Längsenden des Gehäuses 4 angeordnet sind und sich in aufgeblasenem Zustand an die Rohrleitungsabschnitte 1 und 2 anlegen, sowie durch ein nicht gezeigtes Dichtorgan, das, wie im vorliegenden Fall der länglichen, hohlen Bauteile in diese eingeführt wird, um dort innerhalb der Schweißzone für eine Abdichtung zu sorgen, indem es sich.an die Innenflächen der Rohrleitungsabschnitte 1 und 2 beiderseits deren Verbindungsstoßstelle 7 anlegt.

Die nicht gezeigten Elektronenkanonen sind auf einem Halterungssystem 8 angeordnet, das insbesondere einen Kanonentragkranz 9, eine Neigungsplatte 1o und einen Tragkranz 11 für nicht gezeigte Klemmarme umfaßt, mit denen der Rohrleitungsabschnitt 1 erfaßt werden kann, um daran das gesamte Halterungssystem 8 starr zu befestigen.

Die zum Halterungssystem 8 gehörenden Bauteile oder -gruppen sind auf gewisse Art in Längsrichtung übereinander angeordnet, und die Tragkränze 9 und 11, die voneinander getrennt sind, um eine Neigung und eine Drehung des Tragkranzes 9 bezüglich des Tragkranzes 11 zu ermöglichen, können zusammen eine sich von einem Längsende des Gehäuses 4 zum anderen erstreckende Abdichtwand bilden, und zwar mit Hilfe einer zusammenlegbaren oder zurückziehbaren Dichtung 12, die aus zwei aufblasbaren,

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ringförmigen Elementardichtungen 13 und 14 besteht, zwischen denen ein unter Vakuum stehender Zwischenraum 15 vorgesehen ist. Diese Dichtung 12 besitzt einen Durchfederungsweg/ der die Abdichtung aufrechtzuerhalten ermöglicht/ wenn nur der periphere Hilfsraum 42 unter Vakuum steht und die Tragkränze 9 und 11 relativ zueinander bewegt oder verschoben werden, um, beispielsweise nach Abtastung des Bereiches des Rohrleitungsabschnittes 1, an den der Rohrleitungsabschnitt 2 anzuschließen ist, die Elektronenkanone oder -kanonen genau einzustellen.

Die Elementardichtungen 13 und 14 üben ihre Dichtkraft in Längsrichtung aus. Sie liegen auf dem Tragkranz 11 auf und stützen sich mit gerippten Oberflächen 16, 17 gegen den Tragkranz 9 ab. In dem Zwischenraum 15 wird das Vakuum mit Hilfe einer Rohrleitung 18 erzeugt, die einen biegsamen und dehnbaren Abschnitt 19 aufweist und den umschlossenen Raum 3 über einen Anschluß 2o verläßt. Außerhalb des Gehäuses 4 angeordnete Pumpanlagen üblicher Bauart sind nicht dargestellt. Die Elementardichtungen 13 und 14 werden über Rohrleitungen 21 und 22 aufgeblasen, die in der Zeichnung als zu einer Rohrleitung 23 vereinigt dargestellt sind, welche einen biegsamen und dehnbaren Abschnitt 24 aufweist, der den Raum 3 durch einen Anschluß 25 verläßt. Die Leitungen 21, 22 können jedoch auch getrennt nach außen geführt sein, wobei die Elementardichtung 14, die im Betrieb von Unterdruck umgeben ist, auf einen geringeren Druck aufgeblasen werden kann oder einfach unter Atmosphärendruck gesetzt werden kann. Die dafür bestimmten Pumpanlagen außerhalb des Gehäuses 4 sind üblicher Bauart und nicht dargestellt.

An den Längsenden des Gehäuses 4 sorgen zurückziehbare Dichtungen 26 und 27 für die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 4 und dem Tragkranz 11 bzw. Tragkranz 9. Da die beiden Dichtungen

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26 und 27 einander gleichen, ist nur eine, die Dichtung 27 beschrieben. Sie besteht aus zwei aufblasbaren, ringförmigen Elementardichtungen 28 und 29, die an mit dem Gehäuse 4 verbundenen zylindrischen Stegrippen 3o und 31 anliegen und mit vom Tragkranz 9 ausgehenden zylindrischen Stegrippen 32 und Labyrinthdichtungswände bilden. Diese Elementardichtungen 28, üben ihre Dichtkraft in Quer- und Radialrichtung aus, und ihre Anlageflächen an den Stegrippen 32 und 33 sind mit Rillen oder Riffelungen versehen. ' .

Der Ringraum 34 zwischen den Elementardichtungen 28 und 29 ist über eine Rohrleitung 35 unter Vakuum'gehalten, die den umschlossenen Raum 3 mittels eines Anschlusses 36 verläßt. Die Elementardichtungen 28 und 29 werden über Rohrleitungen und 38 aufgeblasen, die zu einer vom Raum 3 durch einen Anschluß 4o ausgehenden Leitung 39 vereinigt sind, die aber auch getrennt sein könnten, um die beiden Elementardichtungen mit unterschiedlichen Drücken zu beaufschlagen, wie dies bereits im Zusammenhang mit den Elementardichtungen 13 und 14 beschrieben worden ist.

Die radiale Druck— bzw. Kraftwirkung der Elementardichtungen 28, 29 würde gegenüber einer Längsdruckwirkung bevorzugt, um seitliche Auslenkungen oder Ausschläge in Höhe der Dichtungen beim genauen Einstellen der Elektronenkanonen zu verringern. Wichtig ist, daß die Dichtungen 26 und 27 im wesentlichen gleiche Lagen und Abmessungen aufweisen, um mechanische Überlastungen zu vermeiden, wenn nur der periphere Hilfsraum 42 unter Vakuum steht.

Die Gesamtheit der Dichtungen 12, 26 und 27 unterteilt den umschlossenen Raum 3 in zwei Abschnitte, und zwar in eine mittlere Schleusenkammer 41 und einen peripheren Hilfsraum 42,

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die voneinander getrennt sind oder miteinander in Verbindung stehen können, je nach dem, ob die Dichtungen sich in aufgeblasenem oder zurückgezogenem bzw. zusammengelegtem Zustand befinden.

Ein mit einem biegsamen und dehnbaren Abschnitt 44 versehenes Rohr 43 verbindet die Schleusenkammer 41 mit einem Lufteinlaßventil 45, das insbesondere die Möglichkeit gibt, falls erwünscht, wie weiter unten beschrieben, trockene Luft in die zentrale Schleuse 41 einzuführen.

In dem peripheren Hilfsraum 42 mündet wenigstens eine Pumpleitung, z. B. die Leitung 46, und in der zentralen Schleusenkammer 41 mündet wenigstens eine Pumpleitung, ζ. B. die Leitung Die Leitung 47 umfaßt einen biegsamen und dehnbaren Abschnitt 48, der sich durch einen Durchlaß im Tragkranz 11 erstreckt und mindestens über eine Öffnung 49 in der Schleusenkammer mündet.

Die Pumpleitung 46 ist an eine nicht gezeigte Pumpanlage angeschlossen, die ein erhöhtes Vakuum, beispielsweise in der

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Größenordnung von 1o Torr erzeugt. Die Pumpleitung 47 ist an eine andere nicht gezeigte Pumpanlage angeschlossen, die in der Lage ist, verhältnismäßig schnell ein schwächeres Vakuum zu erzeugen, beispielsweise in der Größenordnung von 1o Torr.

Wenn der gesamte umschlossene Raum 3 unter Vakuum zu setzen ist, kann man zunächst über das Rohr 43 die Schleuse 41 mit trockener Luft beaufschlagen, worauf man, nachdem die aufblasbaren Dichtorgane 5 und 6 gegen die Rohrleitungsabschnitte 1 und 2 angedrückt worden sind, in der Schleusenkammer 41 ein erstes Vakuum über die Pumpleitung 47 erzeugt. Anschließend

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werden die Dichtungen 12, 26 und 27 zurückgezogen, und das zum Schweißen erforderliche Vakuum wird von der an die Pümpleitung 46 angeschlossenen Pumpanlage erzeugt, die von einem Zwischenvakuum ausgeht, dessen Wert zwischen dem ersten Vakuum und dem zur Schweißung notwendigen Vakuum liegt und durch Verdünnung bzw. Verteilung der Luft auf den gesamten Raum 3 erhalten wird, die in der mittleren Schleusenkammer 41 zurückgeblieben ist und somit zu ausgezeichneten· Bedingungen führt.

Man erkennt, daß die mittlere Schleusenkammer 41, abgesehen von der günstigen Verringerung des periodisch unter Atmosphärendruck zu setzenden Volumens auch den Vorteil bietet, daß die metallischen Oberflächen verringert werden, die einer erneuten Begasung ausgesetzt werden, wenn sie unter Atmosphärendruck gesetzt werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel und dessen speziellen Anwendungszweck beschränkt.

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Claims

RiD: RAECK- PATENTANWALT 7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003 - C 119 - COMPAGNIE FRANCAISE DES PETROLES 5, Rue Michel-Ange, 75781 Paris Cedex 16 / FRANKREICH P atentansprüche

1.]Vakuum-Schweißkammer zum Stumpfverschweißen von zwei längliehen Bauteilen, deren Längsrichtung durch die Mitte der Kammer verläuft, mittels Elektronenstrahlen, bestehend aus einem Gehäuse, das an seinen Längsenden mit jeweils an die länglichen Bauteile anlegbaren und zurückziehbaren Dichtverschlüssen versehen ist und einen umschlossenen Raum bildet, der eine oder mehrere Elektronenkanonen und ein zugeordnetes System zur Halterung, Positionierung und Verstellung der Elektronenkanonen enthält, d^ldurch gekennzeichnet, daß der umschlossene Raum (3) in •/.w«:i nij.1 f.iiiiind«.'t" vorb.lmJlxir.-c Abüclnü IUo unterteilt iaL, und zwar in eine zentrale Schleusenkammer (41), die den Durchgang der länglichen Bauteile (1 und^2) ermöglicht, wenn die Dichtverschlüsse (5, 6) zurückgezogen sind, und in einen peripheren Hilfsraum (42), der die Elektronenkanone oder -kanonen und das zugeordnete Italterungs- und Rinstollsystem (8) ftilhnlt, w()l)ci i'.ur Unlcj l C i I uiK| eine Ctujjp«· zurück;·, ich barer Dichtungen (12, 26, 2 7) zwischen dem Gehäuse (4) und dem System (8) und im Innern des Systems in Längsrichtung verteilt angeordnet ist.

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2. Schweißkaitimer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die zurückziehbaren Dichtungen (12, 26, 27) aufblasbare Dichtungen (13, 14, 28, 29) aufweisen.

3. Schweißkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede zurückziehbare Dichtung (12, 26, 27) aus zwei Elementardichtungen (13; 14 - 28, 29) besteht, die zueinander parallel angeordnet und mit einer Pumpeinrichtung zum Auspumpen des zwischen den beiden Elementardichtungen vorhandenen Zwischenraums (15, 34) versehen sind.

4. Schweißkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Innern des Halterungs— und Einstellsystems (8) angeordneten, zurückziehbaren und aufblasbaren Dichtungen (13,14) an den Außenumfang des Gehäuses (4) über Rohrleitungen (23) angeschlossen sind, die wenigstens einen biegsamen und dehnbaren Abschnitt (24) aufweisen.

5. Schweißkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung zum Auspumpen des Zwischenraums (15) zwischen zwei benachbarten Elementardichtungen (13, 14), die innerhalb des Halterungs- und Einstellsystems (8) angeordnet sind, eine Rohrleitung 18 aufweisen, die mit wenigstens einem biegsamen und dehnbaren Abschnitt (19) versehen ist.

6. Schweißkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückziehbaren Dichtungen (12), die innerhalb des Halterungs- und Einstellsystems (8) angeordnet sind, eine in Längsrichtung wirkende Dichtkraft ausüben.

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7. Schweißkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückziehbaren Dichtungen (26, 27) zwischen dem Gehäuse (4) und dem Halterungs- und Einstellsystem (8) an ringförmigen, labyrinthartigen Stegrippen (3o, 31, 32, 33) anliegen und ihre Dichtkraft in Querrichtung ausüben.

8. Schweißkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückziehbaren Dichtungen (26, 27) zwischen dem Gehäuse (4) und dem Halterung«- und Kinstellsystem (8) an den Längsenden des Gehäuses (4) jeweils im wesentlichen die gleichen Abmessungen und die gleiche Anordnung bzw. Lage aufweisen.

9. Schweißkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, il.iduroh <]«'!'.< ¹IUrZi-Ji^lmH , tlait wenigst vnii eine Pumpieitung (47) in der zentralen Schleusenkammer (41) und wenigstens eine weitere unabhängige Pumpleitung (46) in dem peripheren Hilfsraum (42) mündet.

10. Schweißkammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine in der mittleren Schleusenkammer (41) mündende Pumpleitung (4 7) sich von dieser ausgehend durch den peripheren Hilfsraum (42) erstreckt und dort mit mindestens einem biegsamen und dehnbaren Abschnitt (48) versehen ist.

11. Schweißkammer nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Pumpleitung (47) in der zentralen Schleusenkammer (41) über wenigstens eine öffnung (49) mündet, die in einem Tragkranz (11) des Halterungs- und Einste11systems (8) angeordnet ist, wobei der Tragkranz

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einen Abschnitt für den Durchgang der Rohrleitung durch den peripheren Hilfsraum (42) bildet.

12. Verfahren zur Anwendung einer Schweißkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der periphere Hilfsraum (42) ständig unter Vakuum gehalten wird, während die mittlere Schleusenkammer (41) infolge des Arbeitsspiels bzw. durch Steuerung der zurückziehbaren Dichtungen (12, 26, 27) zwischen den Schweißvorgängen bzw. -zyklen gegenüber dem peripheren Hilfsraum abgeschlossen, jedoch während des Schweißbetriebes mit dem peripheren Hilfsraum in Verbindung gebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Herstellung einer Verbindung zwischen der zentralen Schleusenkammer (41) und dem peripheren Hilfsraum (42) in der Schleusenkammer ein erstes Vakuum erzeugt wird, worauf die zurückziehbaren Dichtungen (12, 26, 27) zurückgezogen bzw. zusammengelegt werden und das für den Schweißvorgang notwendige Vakuum in dem gesamten umschlossenen Raum (3) hergestellt wird.

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