DE3522643C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anschweißen eines dickwandigen Stutzens an einen dickwandigen Behälter oder einen Teil des dickwandigen Behälters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine diesbezügliche Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Es ist bekannt, daß Behälter mit einem oder mehreren Stutzen versehen werden müssen, um die Zufluß- und Abflußleitungen anmontieren zu können. Diese Stutzen werden an die Behälter angeschweißt.

Die EP 00 49 037 und die DE 27 17 558 A1 beschreiben jeweils Verfahren und Vorrichtungen zum Einschweißen von Stutzen in Behälter oder Behälterteile, bei denen der Schweißbrenner um den Rohrstutzen konzentrisch gedreht wird. Solche Vorrichtungen bzw. Verfahren erlauben kein stetes Schweißen in Wannenlage.

Im übrigen erfolgt das oben angespochene Schweißen durch Handschweißung, was jedoch den Nachteil hat, daß es einerseits sehr zeit- und damit kostenaufwendig ist und andererseits nicht so gleichmäßig ausgeführt werden kann wie das beim automatischen Schweißen der Fall ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um Stutzen an Behälter oder sogenannte Behälterschüsse automa­ tisch anschweißen zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung anzugeben, um das Anschweißen eines Stutzens an einen Behälter oder einen Behälterschuß automatisch durchführen zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Vorrichtungsanspruches.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens bzw. der Vorrich­ tung ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß insbesondere das Anschweißen von dickwandigen Stutzen an die dickwandigen Behälter oder Behälterschüsse automatisch durchgeführt werden kann, so daß damit nicht nur eine erhebliche Einsparung an Zeit und Kosten möglich ist, sondern für diese hochbeanspruchten Teile gleich­ zeitig auch eine hohe Qualität der Schweißnaht erreicht werden kann. Das wird dadurch ermöglicht, daß der Behälter, der z.B. mehrere 100 t wiegen kann, oder ein Behälterschuß hilfsweise mit zwei Lagerzapfen versehen wird, so daß dieser dann um die Achse des anzuschweißenden Stutzens drehbar ist und während der Drehbewegung um diese Achse ein automatisch ablaufender Schweißvorgang in Wannenlage durchgeführt werden kann. Dabei wird der eine Lagerzapfen passend in die Bohrung eingesetzt, die an­ schließend mit der Bohrung des Stutzens fluchten soll, der Lager­ zapfen wird verlängert ausgeführt, auf den Lagerzapfen dann der Stutzen aufgesetzt, so daß dieser gegenüber dem Lagerzapfen zen­ triert wird und dann bei der Umlaufbewegung mit dem Behälter verschweißt werden kann. Der hilfsweise eingesetzte Lagerzapfen wird also über den einzuschweißenden Stutzen verlängert, um eine Lagerstelle zu bilden.

Auf der gegenüberliegenden Seite wird mit derselben gemeinsamen Achse mit Hilfe einer Hilfskonstruktion ebenfalls ein Lager­ zapfen an dem Behälter oder Behälterschuß angebracht, um eine zweite Lagerstellung für die Erzeugung der Drehbewegung des Behälters oder Behälterschusses zu bilden.

Die Antriebsbewegung kann auf den ersten oder zweiten Lager­ zapfen übertragen werden.

Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe einer Hilfskonstruktion selbst schwerste Behälter oder Behälterteile in Drehbewegung zu versetzen und das Anschweißen von Stutzen in Wannenlage zu automatisieren.

Die Vorrichtung ist relativ einfach in ihrem Aufbau, aber sehr robust, und sie ermöglicht ohne Schwierigkeiten eine Anpassung an verschiedenste Behältergrößen, Behältergewichte und Wandstärken. Entsprechendes gilt für den Stutzen.

Um qualitativ besonders hochwertige Schweißnähte erzeugen zu können, wird zwischen dem Behälter und dem Stutzen ein tiefer Engspalt erzeugt, in welchem die Schweißnähte dann mit Hilfe eines Stromrohres im Unterpulverschweißverfahren verschweißt werden. Der Schweißkopf wird dann entsprechend der bei der Dreh­ bewegung zurückgelegten Raumkurve gesteuert.

Mit der Erfindung ist ein wesentlicher Weg gefunden worden, um selbst sehr dickwandige Behälter in einem automatischen Schweiß­ verfahren mit einem Stutzen zu versehen. Es ist erkannt worden, daß es dabei darauf ankommt, den Körper, an den der Stutzen angeschweißt werden soll, zu einem Rotationskörper mit der Stutzenachse als Rotationsachse hilfsweise umzubauen, um dann immer in Wannenlage schweißen zu können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man das Schweißen als sogenanntes Engspaltschweißen durch­ führen kann, so daß man mit einem sehr geringen Nahtvolumen arbeiten kann und mit kurzen Schweißzeiten auskommt. Außerdem verringert sich dabei der Grobkornanteil in der Wärmeeinflußzone der Schweißverbindung, wodurch sich höhere Zähigkeitswerte in der Wärmeeinflußzone und eine geringere Anfälligkeit zu Neben­ nahtrissen ergeben. Mit dem Engspaltschweißen sind also auch wesentliche qualitative Verbesserungen der Schweißnaht verbunden.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den Zeichnungen veranschaulicht ist, im einzelnen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines dickwandigen Behälters, der aus einzelnen Schüssen zusammengesetzt ist,

Fig. 2 die Schweißvorrichtung mit einem Behälterschuß, der entsprechend der Schnittlinie II-II in Fig. 1 geschnitten ist,

Fig. 3 die Einzelheit I gemäß Fig. 1,

Fig. 4 die Einzelheit I gemäß Fig. 1 mit Schweißvorrichtung.

Aus Fig. 1 ist deutlich zu erkennen, daß es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen zylindrischen, dickwandigen Be­ hälter handelt, an welchen dickwandige Flansche angeschweißt werden sollen. Die Dicke der Behälterwandung kann z.B. bei 200 und mehr mm und die Wandstärke des Stutzens z.B. bei 100 mm und mehr liegen.

Der Behälter 1 besteht aus den beiden Böden 2 sowie den drei Schüssen 3. Die Schüsse 3 werden untereinander sowie mit den Behälterböden 2 durch Schweißnähte 5 miteinander verbunden. Die an den Behälter 1 anzuschweißenden beiden Stutzen sind mit der Bezugszahl 4 versehen. 6 ist die Bohrung in der Wand des Behälters.

In Fig. 2 ist der Behälterschuß wieder mit 3 und der anzuschwei­ ßende Flansch mit 4 bezeichnet. Der in der Zeichenebene liegende obere Teil der Behälterwand ist um 90° verdreht gezeichnet. Im rechten Teil der Darstellung ist zu erkennen, daß in der Bohrung 6 des Schusses 3 ein Rohr 7 eingesetzt ist. Auf dieses Rohr 7 ist der Stutzen 4 aufgesetzt, der mit dem Schuß 3 verschweißt werden soll. Der Stutzen 4 wird auch mit dem Rohr 7 zentriert. Das Rohr 7 muß so lang sein, daß es in der Wand des Schusses 3 befestigt ist, aus dem anzuschweißenden Stutzen 4 herausragt und noch ein Lager 8 bilden kann, um auf dieser Seite den Schuß 3 lagern zu können. Um das Drehen des Schusses 3 anzudeuten, ist ein ent­ sprechender Pfeil 9 eingezeichnet. Das Rohr 7 ruht auf zwei Rollen 10, wie dieses in der Darstellung des Schnittes A-A veranschaulicht ist. Die Rollen 10 sind auf einem Lagerbock 11 abgestützt.

In der linken Seite der Darstellung ist veranschaulicht, wie die Hilfskonstruktion aussieht, um den Schuß 3 auf dieser Seite um die Achse 12 des anzuschweißenden Stutzens 4 schwenkbar zu machen.

Die Halterung besteht aus einem Rahmen 13, der an der Wand 14 des Schusses 3 befestigt wird. Dieser Rahmen 13 ist mit einem Rohrstutzen 15 versehen, der den Lagerzapfen bildet. Unter dem Rohrstutzen 15 befinden sich auch hier zwei Rollen 10, auf welchen der Lagerzapfen ruht. Die Rollen 10 sind auf einem Lagerbock 16 gelagert.

Der Rahmen 13 ist im wesentlichen im Querschnitt rechtwinklig ausgebildet, so daß der Schuß 3 dann praktisch auf den unteren horizontalen Steg 17 aufgesetzt wird, um ihn dann anschließend auf diesem Rahmen oben und unten festzuspannen. Das erfolgt mit Hilfe von Schrauben, die hier jedoch nicht veranschaulicht sind.

Um den Schuß 3 in Drehbewegung zu versetzen, kann dieser entweder auf der linken oder auf der rechten Seite angetrieben werden, und zwar entweder direkt über eins der beiden hilfsweise eingesetzten Rohre oder indirekt über die Rollen 10.

Aus den Fig. 3 und 4 ist besonders deutlich zu erkennen, daß der Schuß 3 mit einer steilen Abschrägung 18 versehen ist, um den Schweißspalt 19 zu bilden. Eine weitere steile Abschrägung 20 weist der Stutzen 4 entsprechend auf, dessen Wand dann auf der anderen Seite die Wand des Schweißspaltes bildet.

In Fig. 4 ist zusätzlich noch die Schweißvorrichtung 20 einge­ zeichnet. Da es sich um sehr dickwandige Behälter und Stutzen handelt, ist das Schweißen als Tiefspaltschweißung auszuführen. Bevorzugt angewendet wird dabei das Unterpulverschweißen. Auf einer Rolle 21 befindet sich der Schweißdraht 22, der in den als Tiefspalt ausgebildeten Schweißspalt 19 eingeführt wird. Die Führungsrollen 23 für den Schweißdraht 22 sind entsprechend der eingezeichneten Richtung des Pfeiles 24 in Richtung der Achse 12 des einzuschweißenden Stutzens 4 verschiebbar. Außerdem ist die gesamte Schweißvorrichtung gemäß dem eingezeichneten anderen Pfeil 25 höhenverstellbar. Der Schweißspalt 19 wird mit einer Sonde 26 abgetastet, um den Rüssel 27 der Schweißvorrichtung im Schweißspalt zu führen. Das ergibt eine besonders exakte Naht­ führung. Die Sonde kann am Schweißkopf oder am Supportarm befestigt sein. Die Sonde kann die Oberfläche berührungslos oder an den Flanschen des Spaltes berührend abtasten. Es kann auch eine ver­ gleichbare Hilfskontur außerhalb der Naht verwendet werden. Die elektrischen Impulse werden dann an den mit Motor verstell­ baren Support zur Verstellung des Schweißkopfes für die Be­ wegung übertragen.

Entsprechend dem Stutzen- und Schußdurchmesser sowie der Stutzen­ wanddicke wandert die Nahtkontur y (Fig. 3) in einen entsprechenden Winkel α zur Achse des Stutzens um ein bestimmtes Maß x (Fig. 4).

Die Nahtkontur macht es erforderlich, bei der Drehbewegung des Behälterschusses den Schweißkopf, bestehend aus Stromrohr und Vorschubmotor entsprechend diesem sich laufend verändernden Maß x (s. Fig. 4) nachzuführen.

Claims (21)

1. Verfahren zum Anschweißen eines dickwandigen Stutzens an einen dickwandigen Behälter oder einen Teil eines dickwandigen Behälters, wobei der Behälter oder der Behälterteil an der betreffenden Stelle aufgebohrt und anschließend der Stutzen angeschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) oder Behälterteil (2, 3) für den Schweißvorgang hilfsweise zu einem sich um die Achse (12) des Stutzens (4) drehenden Rotationskörper umgebaut wird, wobei in die für den Stutzen (4) angebrachte Bohrung (6) ein Lagerzapfen (7) eingesetzt wird, über diesen Lagerzapfen (7) der Stutzen (4) gestülpt wird und der aus diesem Stutzen (4) herausragende Teil des Lagerzapfens (7) als eine Lagerstelle des Rotationskörpers benutzt wird und auf der gegenüberliegenden Seite an dem Behälter (1) oder dem Behälterteil (2, 3) eine Halterung (13) befestigt wird, die mit der zweiten Lagerstelle des Rotationskörpers versehen ist und daß während der Drehbewegung des Rotationskörpers die Schweißung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lagerzapfen Rohre (7, 15) verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung (13) ein als Lagerzapfen ausgebildeter Rohrstummel (15) angeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (7) so lang ausgebildet wird, daß es in der Bohrung (16) des Behälters (1) oder Behälterteils (3) aufgenommen wird, der Stutzen (4) aufgestülpt und das Lager (8) vorgesehen werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der beiden Rohre (7, 15) der Antriebsmechanismus befestigt wird.

6. Vorrichtung zum Anschweißen eines dickwandigen Stutzens (4) an einen dickwandigen Behälter (1) oder einen Teil (3) eines dickwandigen Behälters (1), wobei der Behälter (1) oder Behälterteil (3) an der betreffenden Stelle aufgebohrt ist und in die für den Stutzen (4) angebrachte Bohrung (6) ein Lagerzapfen (7) eingesetzt ist, über diesen Lagerzapfen (7) der Stutzen (4) gestülpt ist und der aus diesem Stutzen (4) herausragende Teil des Lagerzapfens (7) eine Lagerstelle des Rotationskörpers ist und auf der gegenüberliegenden Seite an dem Behälter (1) oder dem Behälterteil (2, 3) eine Halterung (13) befestigt ist, die die zweite Lagerstelle des Rotationskörpers aufweist und daß der Behälter (2) oder der Behälterteil (3) mit einer Drehvorrichtung zusammenarbeitet, die ihn um die Achse (12) des Stutzens (4) dreht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen aus einem Rohr (7) besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (4) auf dem Rohr (7) zentriert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen sich auf zwei Rollen (10) ab­ stützt, die sich auf einem Lagerbock (11) befinden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an das Rohr (7) ein Antriebsmechanismus angreift.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (10) angetrieben werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) oder der Teil (3) des Behäl­ ters (1) mit einer Abschrägung (18) versehen ist und sich zwischen dieser Abschrägung (18) und der ent­ sprechenden Abschrägung (20) des Stutzens (4) der Schweißspalt (19) befindet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (19) als Engspalt ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (13) aus einem Rahmen besteht, der winkelförmig ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) oder der Teil (3) des Behälters (1) auf den horizontalen Steg (13) des Rahmens auf­ gesetzt wird und am vertikalen und am horizontalen Steg mit dem Behälter verspannt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (15) sich auf Rollen abstützt, die sich auf einem Lagerbock (16) befinden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (10) dieser Lagerstelle angetrieben sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lagerzapfen (15) ebenfalls aus einem Rohrstummel besteht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unter-Pulver-Schweißvorrichtung in Richtung der Achse (12) des Stutzens (4) und senkrecht dazu verfahrbar ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißvorrichtung ein Stromrohr (27) auf­ weist, welches in den Schweißspalt (19) einfahrbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaster (26) vorgesehen ist, der eine Flanke des Schweißspaltes (19) oder ein Modell berührend oder berührungslos abtastet.