DE3444820A1

DE3444820A1 - Verfahren und vorrichtung zum verschweissen von mindestens zwei rohren entlang ihrer durchdringungslinie

Info

Publication number: DE3444820A1
Application number: DE3444820A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 2054 Geesthacht Flindt; Hans 5090 Leverkusen Noll
Original assignee: Kloeckner Wilhelmsburger GmbH
Current assignee: Kloeckner Wilhelmsburger GmbH
Priority date: 1984-12-08
Filing date: 1984-12-08
Publication date: 1986-06-12
Also published as: DE3444820C2; US4679722A

Description

KLÖCKNER WILHELMSBURGER

Borsigstr. 24, 2054 Geesthacht ^

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von mindestens zwei Rohren entlang ihrer Durchdringungslinie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von mindestens zwei Rohren entlang ihrer Durchdringungslinie, wobei nach dem Schneiden der Durchdringungslinie des Nebenrohres und Berücksichtigen der Schweißphase und ggf. nach dem Schneiden der Durchdringungslinie des Hauptrohres beide Rohre zusammengeheftet und miteinander verschweißt werden, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Verfahren und Vorrichtungen zum Verschweißen von Hauptrohren und Nebenrohren miteinander sind bekannt (Prospekt der Klöckner Opladen GmbH, "Stutzen-Einschweißanlagen"). Eine wesentliche Einschränkung dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß es nur dann durchführbar ist, wenn die Achse des Hauptrohres und die Achse des Nebenrohres sich unter einem Winkel von 90° schneiden. Zu diesem Zwecke wird das Hauptrohr in das Spannfutter einer Pendeleinrichtung eingespannt, wobei das Nebenrohr an das Hauptrohr angeheftet ist. Auf das Nebenrohr wird beispielsweise eine rotierende Schweißeinrichtung aufgeflanscht , deren Schweißbrenner im wesentlichen der Durchdrehungslinie folgt. Hierbei sind die Pendelbewegungen des Hauptrohres sowie die Bewegung des Schweißbrenners derart synchronisiert, daß in etwa in Wannenlage geschweißt wird, d.h., daß in gewissen Bereichen der Schweißnaht es nicht zu vermeiden ist, daß das Schweißen in Aufwärts- bzw. in Abwärtsrichtung erfolgt. Dies hat zur Folge, daß der äußere Umriß der Schweißraupe abwechselnd konvex bzw. konkav ausgebildet ist. Dies hat zur Folge, daß beim Schweißen die Stromstärke nicht konstant gehalten werden kann, d. h. daß sie vielmehr breit streut, was die Qualität der Schweißnaht erheblich lokal beeinflussen kann. Versuche haben gezeigt, daß ein Steuern bzw. Regeln der Stromstärke mit den üblichen elektronischen Einrichtungen schwer bzw. in Einzelfällen nicht möglich ist. In solchen Fällen können derartige Schweißverbindungen nicht eingesetzt werden beispielsweise im Reaktorbau, wo aufgrund der hohen Sicherheitsauflagen sehr enge Toleranzen zur Einhaltung der Stromstärke vorgeschrieben sind. Aus diesem Grunde wird auch stets gefordert, daß für jede

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Schweißnaht ein Meßstreifen als Dokument archiviert wird. Im Grunde genommen ist das Einhalten einer im wesentlichen konstanten Stromstärke dann erforderlich, wenn die Schweißverbindungen extrem hohen Belastungen ausgesetzt werden. Dies gilt auch beispielsweise für die Schweißverbindungen von Bohrinseln, Raffinerien, Druckbehältern sowie hohen wechselnden Drücken ausgesetzte Anlagen der chemischen Industrie bzw. Verfahrenstechnik.

Ein weiterer gravierender Nachteil besteht darin, daß dann, wenn das Verhältnis des Durchmessers des Hauptrohres zu dem des Durchmessers des Nebenrohres den Wert von etwa 2,2 unterschreitet r in den Winkellagen des Drehwinkels der Schweißvorrichtung von 90 bzw. 270 ° das Schweißbad sich verläuft, so daß keine ordnungsgemäße Bildung der Schweißnaht möglich ist (der Drehwinkel der Schweißvorrichtung gemessen in der Weise, daß in bzw. gegen die Achsenrichtung des Hauptrohres der Winkel von 0 ° bzw. 180 ° definiert ist) .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen eines Hauptrohres mit mindestens einem Nebenrohr unter beliebiger Anordnung der Achsen des Hauptrohres und des Nebenrohres und den strengen Auflagen der Sicherheitsbestimmungen genügenden Schweißnaht zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Verschweißen unter beliebiger Anordnung der Achsen des Hauptrohres und des Nebenrohres zueinander das Hauptrohr um seine Achse ver-

bar
drehbar und schwenk/zu ihr verschwenk- und verdrehbar angeordnet wird, oberhalb des Hauptrohres der Schweißbrenner in einer Ebene und senkrecht zu ihr geführt wird, die parallel zu der Ebene mit der Achse des Hauptrohres verläuft, wenn der Schwenkwinkel 90 ° beträgt, und daß die Bewegungen des Hauptrohres und des Brenners so koordiniert werden, daß die momentane Schweißstelle der der Durchdringungslinie zugeordneten , zu bildenden Schweißnaht den Zenit durchläuft. Der Schwenkwinkel ist in Fig. 1 mity bezeichnet.

Im Sinne der Erfindung ist unter Schweißen im Zenit zu verstehen, daß stets in der Wannenlage entlang der gesamten Durchdringungslinie die Schweißnaht gelegt wird. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Verfahren unter anderem mit einer höheren Anzahl von Freiheits-

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graden arbeitet als die bekannten Verfahren. Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß die Stromstärke während des erfindungsgemäßen Schweißens überraschenderweise in weitaus engeren Toleranzen konstant gehalten werden kann als bisher üblich war.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dreh-Kipp-Einrichtung aufweist, der Tisch der Dreh-Kipp-Einrichtung eine Aufnahme zum Einspannen und Drehen des Hauptrohres um seine Achse hat und daß oberhalb der Dreh- und Kippeinrichtung eine Zwangsführung für den in der Ebene zu führenden Schweißbrenner angeordnet ist und daß die Zwangsführung eine Einrichtung zum Höhenverstellen des Schweißbrenners hat. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß auch großdimensionierte Hauptrohre mit mehreren Nebenrohren verschweißt werden können, wobei einzelne Nebenrohre gleichzeitig die Hauptrohre für die anderen Rohre bilden können. Ein Hauptanwendungsgebiet sind die sogenannten Knoten von Bohrinseln , die extremen Belastungen ausgesetzt sind. Die Normen für Bohrinseln machen zur Auflage, daß die Ausbildung der Schweißphasen in Abhängigkeit vom Örtlichen Dihedralwinkel^f auszubilden sind (der Dihedralwinkel ist der von den an die Durchdringungskurve in den einzelnen Punkten angelegten Tangentenflächen jeweils eingeschlossene Winkel). Damit ist der jeweilige Öffnungswinkel der Schweißphase dem entsprechenden Pendelwinkel des Schweißbrenners eindeutig zugeordnet.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein Haupt- und ein Nebenrohr mit den eingezeichneten Winkeln und

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung in einer Seitenansicht.

In Fig. 1 ist im Schnitt ein mit 1 bezeichnetes Hauptrohr im Ausschnitt dargestellt, dessen Mittelachse mit aa bezeichnet ist. Mit 2 ist ein ebenfalls im Längsschnitt und im Ausschnitt dargestelltes Nebenrohr bezeichnet, dessen Mittelachse mit bb bezeichnet ist (eben-

falls ein Rohr mit Kreisquerschnitt). In der Figur 1 schneiden sich die beiden Achsen aa und im Punkte M der Zeichenebene . Die Darstellung gilt auch dann, wenn sich die Achsen aa und bb nicht schneiden, d.h., wenn die Achse des Nebenrohres in einem vorgegebenen Abstand oberhalb bzw. unterhalb der Zeichenebene verläuft. Mit <X ist der von den beiden Achsen aa und bb eingeschlossene Winkel bezeichnet. Mit c ist die Schweißphase bezeichnet. Aus Fig. 1 geht hervor, daß sie nach Art eines in sich geschlossenen räumlich orientierten Bandes verläuft. Aus der Fig. 1 geht ohne weiteres hervor, daß der Dihedralwinkel ^f der von den jeweiligen Tangentenflächen eingeschlossene Winkel ist, der wie die Figur 1 zeigt nicht konstant ist. Mit «3 ist der Pendelwinkel bezeichnet, der eingeschlossen ist von einem Radius des Nebenrohres und der Schweißphase, die vor dem Verschweißen des Hauptrohres und des Nebenrohres geschnitten wurde ( ^? ist der Pendelwinkel des Schneidbrenners). Der Winkel $£ ist der eingeschlossene Winkel zwischen der Tangentenfläche auf dem Hauptrohr und der Schweißphase in dem jeweiligen Punkt der Durchdringungskurve. Nach den gültigen Normen ist in den Abschnitten der Durchdringungskurve , in denen der Winkel kleiner 15 ° ist, ein kontinuierliches Weiterschweißen längs der Durchdringungskurve nicht mehr möglich und auch nicht statthaft. In diesen Abschnitten wird der Pendelpunkt P 1 j (vgl. Figur 1) an der Innenwandung des Nebenrohres kontinuierlich in Richtung zum Außenmantel des Nebenrohres verlegt, so daß eine Kontaktlinie als Übergang auf dem Hauptrohr erhalten bleibt.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung der Fig. 1 mit den eingetragenen Winkeln.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht. Mit 3 und 4 sind die beiden sichtbaren lotrechten Profile eines Portalrahm>?ns bezeichnet. Dieser weist ein Kreuzsupport auf, das mit bezeichnet ist. Mittels des Kreuzsupports wird der Schweißbrenner 5 in der durch das Kreuzsupport definierten Ebene

bewegt. Zusätzlich ist der Brenner höhenverstellbar angeordnet, was schematisch durch den lotrechten Doppelpfeil angeordnet ist.

Innerhalb des Portalrahmens ist die Dreh- Kippeinrichtung angeordnet, die an sich bekannt ist. Der Tisch 7 der Dreh-Kippeinrichtung weist zwei Schwingen 8 und 9 auf, in der mittels der beiden Klemmbacken 10 und 11 das Hauptrohr 1 eingespannt ist und um seine Achse gedreht werden kann. Die Dreh- und Schwenkbewegungen der Dreh- und Kippeinrichtung werden mit den Bewegungen des Schweißbrenners 5 derart koordiniert, daß während des Schweißens die momentane Schweißstelle sich stets im Zenit befindet.

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Claims

KLÖCKNER WILHELMSBÜRGER GMBH 3444820

Borsigstr. 24, 2054 Geesthacht

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von mindestens zwei Rohren entlang ihrer Durchdringungslinie

Ansprüche

Verfahren zum Verschweißen von mindestens zwei Rohren entlang ihrer Durchdringungslinie, wobei nach dem Schneiden der Durchdrinungslinie des Nebenrohres und Berücksichtigen der Schweißphase und gegebenenfalls nach dem Schneiden ;

der Durchdringungslinie des Hauptrohres beide Rohre zusammengeheftet und miteinander verschweißt werden, \ dadurch gekennzeichnet,

daß zum Verschweißen unter beliebiger Anordnung der Achsen des Hauptrohres und des Nebenrohres zueinander das Hauptrohr um seine Achse■verdrehbar und senkrecht zu ihr verschwenk- und verdrehbar angeordnet wird, oberhalb des Hauptrohres der Schweißbrenner in einer Ebene und senkrecht zu ihr geführt wird, die parallel zu der Ebene mit der Achse des Hauptrohres verläuft,, wenn der Schwenkwinkel 90° beträgt, und daß die Bewegungen des Hauptrohres und des Brenners so koordiniert werden, daß die momentane Schweißstelle der der Durchdringungslinie zugeordneten, zu bildenden ; Schweißnaht den Zenit durchläuft. \

Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung eine Dreh-Kippeinrichtung aufweist, der Tisch der Dreh-Kippeinrichtung eine Aufnahme zum Einspannen ■-, und Drehen des Hauptrohres um seine Achse hat und daß ober- \ halb der Dreh- und Kippeinrichtung eine Zwangsführung für den ! in der Ebene zu führenden Schweißbrenner angeordnet ist und daß j die Zwangsführung eine Einrichtung zum Höhenverstellen des · Schweißbrenners hat. COPY