DE3145695C2

DE3145695C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Brennschneiden der Durchdringungsöffnungen von zwei sich teilweise durchdringenden Rohren, die anschließend miteinander verschweißt werden

Info

Publication number: DE3145695C2
Application number: DE19813145695
Authority: DE
Inventors: Hans 5090 Leverkusen Noll
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1986-03-13
Also published as: DE3145695A1; NL8204440A

Abstract

Zum Brennschneiden der Durchdringungsöffnungen von zwei sich teilweise durchdringenden Rohren, die anschließend miteinander verschweißt werden, wird die Durchdringungskurve der Innenwandung des einen Rohres (Hauptrohres) mit der Außenwandung des anderen Rohres (Nebenrohres) bestimmt. Dann wird maschinell die Durchdringungsöffnung des einen Rohres unter gleichzeitiger Bildung der Schweißfase und anschließend wird die Durchdringungsöffnung des anderen Rohres ebenfalls maschinell geschnitten, wobei jeweils die Verlängerung der Brennerachse mit dieser Durchdringungskurve zusammenfällt. Hierdurch wird erreicht, daß nach dem Zusammensetzen der Rohre die Durchdrin gungsöffnung des anderen Rohres bündig mit der Innenwandung des anderen Rohres verläuft. Zum Abschluß werden beide Rohre miteinander verschweißt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennschneiden der Durchdringungsöffnungen von /wci sich teilweise durchdringenden Rohren, die anschließend miteinander verschweißt werden sowie eine

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Unter der teilweisen Durchdringung von zwei Rohren ist im folgenden zu verstehen, daß die Durchdringung ohne Umschlingung des Außenmantels des einen 5 oder anderen Rohres erfolgt.

Bei zwei Rohren von verschiedenem Durchmesser ist der übliche Fall der, daß sich beide Rohre rechtwinklig kreuzen und der Abstand der Mittelachse des kleinen Rohres von der Mittelachse des großen Rohres größer ist als die Differenz beider Radien und kleiner ist als die Summe beider Radien. Schweißverbindungen dieser Art sind üblich bei Kesseln, insbesondere bei Benson-Kesseln in Kraftwerken.

Besondere Beachtung erfordern die Übergangsbereiehe auf der Innenwandung der Rohre. Es müssen nämlich Querschnittsverengungen und scharfe Kanten vermieden werden, die im späteren Betrieb Wirbel des die Rohre durchströmenden flüssigen bzw. dampfförmigen Mediums (im allgemeinen Wasser) auslösen. Die Rohre gehen im Idealfall bündig und glatt ineinander über. Ks zeigte sich, daß bei Nichteinhaltung dieser Bedingungen in diesen Bereichen die an Schiffsschrauben bekannten Kavitationen in der Innenwandung der Rohre auftreten, deren Entstehen im einzelnen noch nicht völlig geklärt

Um diese Problem^ in etwa im Griff iu haben, wurden bisher derartige Rohre manuell bearbeitet und miteinander verschweißt. Zu diesem Zwecke werden die Durchdringungskurve der Außenmäntel und die Durchdringungskurve der Innenmäntel der Rohre graphisch bzw. rechnerisch ermittelt und auf Schablonen übertragen. Diese Schablonen werden auf die Außenwandung der Rohre übertragen. Anschließend werden mit Schneidbrenner die Durchdringungsöffnungen gcschnitten. Das Problem besteht beim Brennschneiden darin, daß dem Bedienungspersonal für die Schneidbrenner die Durchdringungskurve der Innenmäntel auf dem Außenmantel der Rohre vorgegeben ist. Es bedarf deshalb eines besonderen Geschickes und eines sehr guten räumlichen Vorstellungsvermögens, diese Kurven sozusagen gedanklich auf die Innenwandung zu verlegen. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich dadurch, daß mindestens die eine Durchdringungsöffnung eine Schweißfase für das spätere Schweißen aufweisen muß.

Hinzu tritt auch noch, daß für ein optimales Schweißen das Brennschneiden so erfolgen soll, daß die zum Schweißen anschließend zueinander ausgerichteten Rohre einen Schwevßspalt begrenzen, der 1,6 mm ± 0,8 mm (AWS-Norm) beträgt. Diese Bedingung ist jcdoch, insbesondere bei Wandstärken über 10 mm überhaupt nicht einzuhalten. Es zeigte sich nämlich, daß auch bei sorgfältigem manuellen Brennschneiden es sich nicht vermeiden läßt, daß nach dem Ausrichten der Rohre diese sich längs ihrer Durchdringungsöffnungen bcreichsweise auf der Außenwandung bzw. Innenwandung bzw. bereichsweise auf der Außenwandung und Innenwandung berühren, so daß von einem durchgehenden, in sich geschlossenen Schweißspalt nicht mehr gesprochen werden kann.

bo Um diesem Nachteil abzuhelfen, erfolgt ein mehrmaliges Ausrichten der Rohre zueinander, wobei jeweils die gemeinsamen Berührungsabschnitte der Durchdringungsöffnungen markiert und das Material manuell abgeschliffen wird, so daß nach dem letzten Arbeitsgang

b^r> ein durchgehender Schweißspalt gebildet isi. Ils hat sich gezeigt, daß bei Wandstärken von über 25 mm sich Abweichungen von der obigen Norm bis zu 30 mm ergeben können, die im Hinblick auf die strengen Sicher-

heitsauflagen, ζ. B. im Kesselbau, nicht mehr toleriert werden können, da die Wurzel der Schweißnähte dann nicht mehr einwandfrei hergestellt werden kann.

Diese Probleme treten jedoch nicht beim Brennschneiden der Durchdringungsöffnungen von zwei sich vollständig durchdringenden Rohren auf (Prospekt Nr. 107021 der Fa. Messer Griesheim »Tubosec, Rohrschneidsystem für Form- und Trennschnitte«).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Brennschneiden der Durchdringungsöffnungen von zwei sich teilweise durchdringenden Rohren, die anschließend miteinander verschweißt werden, zu schaffen, das universell bei Rohren auf allen Gebieten der Technik anwendbar ist, wo hohe Sicherheitsauflagen bestehen. Dies gilt nicht nur für Dampfkessel in Kraftwerken, sondern auch für Reaktorbehälter und Kühlkreisläufe in Kernkraftwerken, Flansche an Rohren für Erdgasleitungen, Rohrverbindungen von Bohrinseln und dgl.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach nur einer Durchdringungskurve maschinell die Durchdringungsöffnung des einen Rohres um ;r gleichzeitiger Bildung einer Schweißfase geschnitten und maschinell die Durchdringungsöffnung des anderen Rohres derart geschnitten wird, daß sie nach dem Zusammensetzen der beiden Rohre bündig mit der Innenwandung des anderen Rohres verläuft, wobei jeweils für das eine Rohr (Hauptrohr) und das andere Rohr (Nebenrohr) eine Steuerschablone für eine Pendelbewegung, eine weitere Steuerschablone für die Führung des Schneidbrenners längs der Rohrachse sowie eine dritte Steucrschablone für die Brennerneigung, d. h. für den Winkel zwischen der Brennerachse und der Flächennormalen der Außenwandung bzw. der Innenwandung der sich einander durchdringenden Rohre verwendet werden, und daß anschließend beide Rohre miteinander verschweißt werden. Erfindungswesentlich ist, daß beide Durchdringungsöffr.ungen maschinell nach nur einer einzigen Durchdringungskurve geschnitten werden. Hierdurch ist °.s möglich, in völliger Abkehr vom bisherigen Stand der Technik die Durchdringungsöffnungen von zwei sich teilweise durchdringenden Rohren maschinell zu schneiden. Die Rohre können ganz allgemein Hohlkörper von beliebigem Querschnitt sein: quadratischer Querschnitt, der zusätzlich konisch verlaufen kann, elliptischer Querschnitt und dgl.

Gemäß einem Ausführungsprinzip wird zum Schneiden der Durchdringungsöffnung des Hauptrohres unter gleichzeitiger Bildung der Schweißfase das Rohr in ein, eine Pendelbewegung duichführendes Spannfutter gespannt, oberhalb des Rohres ein Schneidbrenner parallel zur Rohrachse und derart verschwenkbar geführt, daß die Verlängerung der Brennerachse mit der Durchdringungskurve der Innenwandung des Hauptrohres mit der Außenwanuung des Nebenrohres zusammenfällt.

Dadurch, daß die Verlängerung der Brennerachse stets mit dieser Durchdringungskurve zusammenfällt, ist sichergestellt, daß die Breite des Schweißspaltes im Bereich der Wurzel im wesentlichen konstant ist, was für die Sicherheit und mechanische Festigkeit der Schweißnaht von größter Bedeutung ist.

Aus den gleichen Gründen wird erfindungsgemäß zum Schneiden der Durchdringungsöffnung des Nebenrohres das Rohr in ein, eine Pendelbewegung durchführendes Spannfutter gespannt, oberhalb des Rohres ein Schneidbrenner parallel z>r Rohrachse und derart verschwenkbar geführt, daß die Verlängerung der Brennerachse stets mit der Durchdringungskurve der Innenwandung des Hauptrohres mit der Außenwandung des Nebenrohres zusammenfällt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Spannfutter für die Pendelbewegung der Rohre, einen oberhalb der Rohre verschwenkbar und parallel zur Mittelachse verschiebbar geführten Schneidbrenner, eine Steuerschablone für die Pendelbewegung, eine weitere Steuerschablone für die Führung des Schneidbrenners ίο längs der Rohrachse, sowie eine dritte Steuerschablone für die Brennerneigung, d. h. für den Winkel zwiscnen der Brennerachse und der Flächennormalen der Außenwandung bzw. der Innenwandung der sich einander durchdringenden Rohre auf.

Die Erfindung wird in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die teilweise Durchdringung von zwei Rohren in perspektivischer Darstellung,

Fig.2 einen Schnitt in Richtung der Mittelachse des Hauptrohres,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispie! für eins Vorrichtung mit einem Pendelbewegungen durchführenden Spannfutter und

F i g. 4a, 4b eine Ansicht in Pfeilrichtung A bzw. Pfeilrichtung Bin Fig. 1.

Fig. i zeigt zwei Rohre 1 und 2, die jeweils eine Durchdringungsöffnung 3 bzw. 4 (F i g. 2) aufweisen. Die Durchdringungsöffnungen sind erfindungsgemäß nach einer einzigen vorgegebenen Durchdringungskurve 5 mittels eines Schneidbrenners nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren geschnitten. Das Rohr 1 (Hauptrohr) und das Rohr 2 (Nebenrohr) sind mit ihren Mittelachsen unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet. Aus F i g. 1 geht hervor, daß die Durchdringungskurve der beiden, sich teilweise durchdringenden Rohre so verläuft, daß sie weder das eine noch das andere Rohr umschließt, d. h. sie verläuft derart, daß weder die Mantelfläche des einen noch des anderen noch beider Rohre innerhalb der in sich geschlossenen Durchdringungskurve verläuft. Die Durchdringungskurve wird in an sich bekannter Weise nach den Regeln der analytischen Geometrie abgeleitet Die Variablen sind der Außen- und Innendurchmesser D₃ bzw. D₁ des Hauptrohres, der Außen- bzw. Innendurchmesser d_c bzw. di des Nebenrohres und der Abstand der beiden Mittelachsen und die Wandstärken der Rohre.

F i g. 2 zeigt, daß die Stirnfläche 6 der Durchdringungsöffnung 4 des Nebenrohres in der Zylinderfläche der Innenwandung des Hauptrohres verläuft, d. h. bündig in die Innenwandung des Hauptrohres übergeht.

Zum Schneiden der Durchdringungsöffnungen bei pendelnden Rohren werden jeweils für das Hauptrohr und das Nebenrohr eine Steuerschablone für die Pendeloewegung, eine Steuerschablone für die Führung des Schneidbrenners län^s der Rohrachse sowie eine Steuerschablone für die Brennerneigung — d. h. Winkel zwischen Brennerachse und der Flächennormalen der Außenwandung bzw. Innenwandung der Rohre — anhand der erfindungs^emäßen Durchdringungskurve bestimmt (vergl. Fig.4). Zur Vorgabe der Schweißspaltbreite wird dem Nebenrohr ein fiktiver größere- Außendurchmesser zugeordnet. Die Erzeugung der Schweißfase erfolgt durch entsprechende Ausbildung der Steuerschablone für die Brennerbewegung in Richtung der Achse des rhuptrohres. Anhand der erfindungsgemäßen Durchdringungskurve kann auch ein Programm für einen Rechner erstellt werden, das diese Größen als Variablen bzw. Parameter enthält Mit Hpm

Rechner werden dann die Pendelbewegungen des Schneidbrenners gesteuert.

Nach dem Schneiden der Durchdringungsöffnungen werden die beiden Rohre auf zwei zueinander verfahrbaren Schlitten gespannt und dann in die in Fig. 2 dar· gestellte Position verfahren und der aus F i g. 2 ersichtliche Schweißspalt eingestellt. Anschließend wird in an sich bekannter Weise die Schweißnaht gezogen.

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung mit einem, eine Pendelbewegung ausführenden Bohrfutter 9, in das die Rohre 1 und 2 zur Herstellung der Durchtrittsöffnungen eingespannt werden. Die Rohre sind an dem einen Ende in das Bohrfutter eingespannt und liegen mit dem anderen auf den Rollen 10 eines Rollenwagens 11 auf. Oberhalb des Rohres ist der Schneidbrenner 12 angeordnet, der verschwenkbar und parallel zur Mittelachse des Rohres verschiebbar geführt ist.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Brennschneiden der Durchdringungsöffnungen von zwei sich teilweise durchdringenden Rohren, die anschließend miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach nur einer Durchdringungskurve maschinell die Durchdringungsöffnung des einen Rohres unter gleichzeitiger Bildung einer Schweißfase geschnitten und maschinell die Durchdringungsöffnung des anderen Rohres derart geschnitten wird, daß sie nach dem Zusammensetzen der beiden Rohre bündig mit der Innenwandung des anderen Rohres verläuft, wobei jeweils für das eine Rohr (Hauptrohr) und das andere Rohr (Nebenrohr) eine Steuerschablone für eine Pendelbewegung, eine weitere Steuerschablone für die Führung des Schneidbrenners längs der Rohrachse sowie eine dritte Steuerschablone 5ür die Brennerneigung, d.h. für den Winkel zwischen der Brennerachse und der Flächennormalen der Außenwandung bzw. der Innenwandung der sich einander durchdringenden Rohre verwendet werden, und daß anschließend beide Rohre miteinander verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden der Durchdringungsöffnung des Hauptrohres unter gleichzeitiger Bildung der Schweißfase das Rohr in ein, eine Pendelbewegung durchführendes Spannfutter gespannt wird, oberhalo des Rohres ein Schneidbrenner parallel zur Rohrachse und daran w schwenkbar geführt wird, daß die Verlängerung der Brennerachse mit der Durchdringungskurve der anenwandung des Hauptrohres mit der Außenwandung des Nebenrohres zusammenfällt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden der Durchdringungsöffnung des Nebenrohres das Nebenrohr in ein, eine Pendelbewegung durchführendes Spannfutter gespannt wird, oberhalb des Nebenrohres ein Schneidbrenner parallel zur Rohrachse und derart verschwenkbar geführt wird, daß die Verlängerung der Brennerachse mit dem Schnitt der Durchdringungskurve der Innenwandung des Hauptrohres mit der Außenwandung des Nebenrohres zusammenfällt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Spannfutter (9) für die Pendelbewegung der Rohre, einen oberhalb der Rohre verschwenkbar und parallel zur Mittelachse verschiebbar geführten Schneidbrenner (12), eine Steuerschablone für eine Pendelbewegung, eine weitere Steuerschablone für die Führung des Schneidbrenners längs der Rohrachse, sowie eine dritte Steuerschablone für die Brennerneigung, d. h. für den Winkel zwischen der Brennerachse und der Flächennormalen der Außenwandung bzw. der Innenwandung der sich einander durchdringenden Rohre aufweist.