DE3725079A1 - Verfahren zur beeinflussung der emission primaerer partikel insbesondere beim schweissen von rohren aus chrom-nickel-stahl od. dgl. und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Emission primärer Partikel beim Schweißen von Roh­ ren aus Chrom-Nickel-Stahl od. dgl., bei dem im Innern der Rohre die die Schweißnaht und Wärmeeinflußzone umfassende Schweißzone mit einem Schutzgas beflutet oder im Rohrinnern entstehende Dämpfe und Ausgasungen auf eine Elektrode niedergeschlagen werden und zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtungen.

Es ist bekannt, Rohre insbesondere aus Chrom-Nickel- Stahl unter Einsatz von Schutzgas zu verschweißen. Hierbei wird mit Hilfe eines Schutzgasschirmes während des Lichtbogenschweißens die Schweißnaht und Wärmeein­ flußzone vor einer Gasaufnahme aus der umgebenden At­ mosphäre geschützt. So ist z.B. in der DE-PS 33 00 382 eine Vorrichtung zur Gasbeflutung von zwei miteinander zu verschweißenden insbesondere kleinkalibrigen Rohren beschrieben, bei dem beidseitig zum Gasaustrittskörper gegen das Rohrinnere abdichtende Stützen angeordnet sind. Diese Stützen sind als Scheiben ausgebildet, die an ihrem Umfang durchgehend mit Streifenbürsten aus z.B. Chrom-Nickel-Stahl besetzt sind. Bei dem Zusammen­ schweißen von Rohren aus insbesondere Chrom-Nickel- Stahl besteht das Problem, daß neben den bekannten thermischen und chemischen Vorgängen auch primäre Par­ tikelemissionen entstehen. Weitere Partikel werden durch am Rohrinnern anliegende Stützen der Vorrichtung wie z.B. auch durch die genannten Streifenbürsten er­ zeugt. Diese Partikelemissionen können bei Reinstgas­ verrohrungen die innere Reinheit des Rohrnetzes erheb­ lich beeinträchtigen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und zu dessen Durchführung dienende Vorrichtungen zur Verhinderung der Emission von primären Partikeln beim Verschweißen von Rohren insbesondere aus Chrom-Nickel- Stahl zu schaffen.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß die Schutzgasbeflutungseinrichtung und/oder die Elektrode im Rohrinnern abriebfrei geführt wird.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben und nachstehend am Beispiel der in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vor­ richtungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine mechanische Gasbeflutungsvorrichtung zur Beeinflussung der Partikelemission in einer schematischen Seitenansicht,

Fig. 2 eine elektrische Vorrichtung zur Beeinflussung der Partikelemission in einer schematischen Seitenansicht.

Die Gasbeflutungsvorrichtung 1 nach Fig. 1 besteht aus einem stabförmigen Grundkörper 7, der koaxial zur Rohrlängsachse 18 zweier mittels einer Schweißnaht 5 zu verbindender Rohre 3, 4 verschieblich ist. Die Schweiß­ zone ist mit dem Bezugszeichen 6 angedeutet. In dem stabförmigen Grundkörper 7 ist koaxial zu dessen Mittel­ achse 8 ein Sackloch 9 ausgebildet. Der innenseitige Endabschnitt 10 des Sackloches 9 ist mittels radialer Wanddurchbrechungen 11 mit der Außenmantelfläche 12 verbunden. Vorzugsweise befinden sich die außenmantel­ seitigen Öffnungsabschnitte 14 der Wanddurchbrechungen 11 in dem Abschnitt der Außenmantelfläche 12, der durch eine in dem Außenmantel 15 ausgebildete nutförmige Ausnehmung 16 gebildet ist. Der außenseitige Endab­ schnitt 13 des Sackloches 9 weist einen Gewindeabschnitt 17 auf. An diesem Gewindeabschnitt 17 kann eine nicht näher dargestellte Gasversorgungs- oder -entsorgungsein­ richtung angeschlossen werden.

Zur Beeinflussung der Emission primärer Partikel kann durch das Sackloch 9 der Schweißzone 6 ein unter Druck stehender Gasstrom zugeführt werden, der die Oberfläche der Schweißzone gleichmäßig kühlt und dabei die Ent­ stehung von primären Partikeln verhindert. Es ist aber auch möglich, in dem Sackloch 9 einen Unterdruck aus­ zubilden, wodurch die im Bereich der Schweißzone 6 ent­ stehenden primären Partikel in die nutförmige Ausnehmung 16 und von dieser durch die Wanddurchbrechungen 11 in das Sackloch 9 gesaugt werden, von wo sie über den außenseitigen Endabschnitt 13 aus dem stabförmigen Grundkörper 7 entfernt werden können. Die Abstützung der Gasbeflutungsvorrichtung 1 kann in unterschiedlicher Weise durchgeführt werden, ohne daß eine Partikelemis­ sion erzeugt wird.

Die Abstützung erfolgt mittels Führungseinrichtungen 32 oder 33, die eine abriebfreie Führung der Gasbeflutungs­ vorrichtung 1 in dem Rohr 3, 4 ermöglichen. Die Füh­ rungseinrichtung 32, die in Fig. 1 durch Strichlinien dargestellt ist, besteht aus über dem Umfang des Grund­ körpers 7 verteilt angeordneten zur Mantelfläche 31 offenen Kanälen 34. Die Kanäle 34 sind entweder mit dem Sackloch 9 oder aber mit einem besonderen Druckgaskanal 35 verbunden. Sofern die Schweißzone mit Druckgas beauf­ schlagt wird, ist es ausreichend, die Kanäle 34 mit dem Sackloch 9 zu verbinden, wobei dann das aus den Kanälen 34 austretende Druckgas den Grundkörper 7 zur Rohrwand distanziert hält. Die Führungseinrichtung 33 besteht aus über dem Umfang des Grundkörpers 7 verteilt angeordneten Rollen 36 aus einem abriebfesten Werkstoff. Dieser kann z. B. ein Kunststoff aus Polytetrafluoräthylen sein. Es ist auch möglich, statt Rollen 36 Kugeln oder Walzen aus dem gleichen Werkstoff zu verwenden.

Fig. 2 zeigt schematisch eine elektrisch wirkende Vor­ richtung 2 zur Beeinflussung der Emission primärer Par­ tikel. Diese Vorrichtung 2 besteht aus einer Elektrode 20, die koaxial zur Rohrlängsachse 18 der miteinander zu verschweißenden Rohre 3, 4 gelagert ist. Innerhalb der Rohre 3, 4 kann die Elektrode 20 axial verschoben werden. Zur Lagerung in den Rohren 3, 4 sind Abstützvor­ richtungen 22 vorgesehen. Jede Abstützvorrichtung 22 besteht aus im Abstand voneinander angeordneten radial ausgerichteten Stützstegen 23, die jeweils mittels einer Muffe 24 miteinander verbunden sind. An den äußeren Endabschnitten 37 der Stützstege 23 sind Rollen 36 angeordnet, die aus einem abriebfesten Werkstoff, wie z. B. einem Kunststoff aus Polytetrafluoräthylen bestehen. Auch in diesem Fall können statt der Rollen 36 Kugeln oder Walzen verwendet werden. An der einen Abstützvor­ richtung 22 ist an den äußeren Endabschnitten der Stütz­ stege 23 die Elektrode 20 angeordnet. Diese kann entwe­ der zylinderförmig dem Innenquerschnitt des Rohres 3, 4 angepaßt ausgebildet sein oder aber auch aus mehreren über den Umfang des Rohres 3, 4 verteilten stabförmigen Elementen bestehen. Die Elektrode 22 ist mittels eines Koaxialkabels 30 mit einer Hochspannungsquelle 19 ver­ bunden. Die Hochspannungsquelle 19 ist in einem Schalt­ gehäuse 27 angeordnet, in dem sich ebenfalls ein Masse­ verteiler 28 befindet. An den Masseverteiler 28 ist das Massekabel 29 der Elektrode 20 angeschlossen. Das weite­ re Massekabel 26 des Masseanschlusses 21 ist ebenfalls mit dem Masseverteiler 28 verbunden. Der Masseanschluß 21 besteht aus einer Ringfeder 25, die außenseitig auf eines der Rohre 3, 4 geklemmt ist. Bei Betrieb der Vorrichtung 2 wird der wirksame Auffangabschnitt der Elektrode 20 so verschoben, daß er sich im Bereich der Schweißzone 6 befindet. Durch die Hochspannungsquelle 19 in Verbindung mit dem Masseanschluß 21 wird in dem Rohr 3, 4 im Bereich der Schweißzone 6 ein derartiges elek­ trisches Feld aufgebaut, daß an der Schweißzone 6 emit­ tierte primäre Partikel zur Elektrode 20 geleitet werden und sich an dieser anlagern.

Es ist auch möglich die Gasbeflutungsvorrichtung 1 mit einer Elektrode 20 zu kombinieren. Hierbei kann die Elektrode 20 beispielsweise im Bereich der nutförmigen Ausnehmung 16 angeordnet werden. Die Elektrode 20 kann hierbei so ausgebildet werden, daß der Gasstrom nicht behindert wird.

Claims (19)

1. Verfahren zur Beeinflussung der Emission primärer Partikel beim Schweißen von Rohren aus Chrom- Nickel-Stahl od. dgl., bei dem im Innern der Rohre die die Schweißnaht und Wärmeeinflußzone umfassende Schweißzone mit einem Schutzgas beflutet oder im Rohrinnern entstehende Dämpfe und Ausgasungen auf eine Elektrode niedergeschlagen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasbeflutungseinrich­ tung und/oder die Elektrode im Rohrinnern abrieb­ frei geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasbeflutungseinrichtung im Rohrin­ nern mittels eines Druckgaspolsters von der Rohr­ wand distanziert gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasbeflutungseinrichtung und/oder die Elektrode mittels abriebfreier Rollen auf der Rohr­ wandung geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Schweißzone entstehen­ de primäre Partikel an dem Emissionsort elektrosta­ tisch abgesaugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierten primären Partikel mit dem Gas­ strom aus dem Rohr entfernt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich der Schweißzone ein Über­ druck, Gleich- oder Unterdruck gegenüber der die Schweißzone umgebenden Schutzgasatmosphäre erzeugt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen stabförmigen Grundkörper (7), in dem koaxial zur Mittelachse (8) ein Sackloch (9) ausgebildet ist, dessen innenseitiger Endabschnitt (10) mittels radialer Wanddurchbrechungen (11) mit der Außenmantelfläche (12) verbunden ist, dessen außenseitiger Endabschnitt (13) mit einer Gasversorgungs- oder -entsorgungseinrichtung verbindbar ist und in dessen äußerer Mantelfläche (31) eine Führungseinrichtung (32, 33) zur abriebfreien Führung der Gasbeflutungsvorrichtung (1) in einem Rohr (3, 4) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungseinrichtung (32) aus über dem Umfang des Grundkörpers (7) verteilt angeordneten zur Mantelfläche (31) offenen Kanälen (34) besteht, die mit dem Sackloch (9) oder einem Druckgaskanal (35) verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (33) aus über dem Umfang des Grundkörpers (7) verteilt angeordneten Rollen (36), Kugeln oder Walzen aus abriebfestem Werkstoff besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die außenmantelseitigen Öffnungsabschnitte (14) der Wanddurchbrechungen (11) im Bereich der Schweiß­ zone (6) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die außenmantelseitigen Öffnungsabschnitte (14) der Wanddurchbrechungen (11) in einer in dem Außen­ mantel (15) des Grundkörpers (7) ausgebildeten nut­ förmigen Ausnehmung (16) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem außenseitigen Endabschnitt (13) des Sack­ loches (9) eine Anschlußeinrichtung zum Anschluß einer Gasversorgungs- oder -entsorgungseinrichtung ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußeinrichtung als an dem Sackloch ausgebildeter Gewindeabschnitt (17) als Steckkupplung oder dgl. ausgebildet ist.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch eine Elektrode (20), die mit einer Hochspannungsquelle (19) und einem Masseanschluß (21) verbunden in den zu verschweißenden Rohren (3, 4) im Bereich der Schweißzone (6) anzuordnen und mittels einer Ab­ stützvorrichtung (22) in den zu verschweißenden Rohren (3, 4) auf einer Gleiteinrichtung abrieb­ festem Werkstoff koaxial zur Rohrlängsachse (18) verschiebbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abstützvorrichtung (22) aus miteinan­ der verbundenen, im Abstand voneinander angeordne­ ten radial Stützstegen (23) besteht, an deren äus­ seren Endabschnitten (37) als Gleiteinrichtung Rollen (36), Kugeln, Walzen od. dgl. gelagert sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseanschluß (21) mit einem der zu verschweißenden Rohre (3, 4) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Masseanschluß (21) aus einer Ringfeder (25) od. dgl. besteht, die um das zu verschweißende Rohr (3, 4) klemmbar ist und die über ein Masseka­ bel (26) mit der Elektrode (20) verbunden ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsquelle (19) in einem Schaltgehäuse (27) angeordnet ist, in dem ein Masseverteiler (28) ausgebildet ist, an dem der Koaxialmantel (29) der Elektrode (20) und das Massekabel (26) des Masseanschlusses (21) anschließbar sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 13, 17 und 18, gekennzeichnet durch die Kombination der Gasbeflu­ tungsvorrichtung (1) mit einer Elektrode (20) der­ art, daß die Elektrode (20) im Bereich der nut­ förmigen Ausnehmung (16) angeordnet und mit einer Hochspannungquelle (19) und einem Masseanschluß (21) verbunden ist.