DE3810759A1 - Verfahren zum verschweissen von rohren und stegen zu einer gasdichten rohrwand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Rohren und Stegen zu einer gasdichten Rohrwand, insbesondere für den Dampfkesselbau, unter Einsatz des Unter-Pul­ ver-Schweißverfahrens (DP-Verfahren), bei dem ein draht­ förmiger Schweißzusatz mittels eines Schweißkopfes unter Er­ zeugung eines Lichtbogens der Schweißstelle zugeführt wird.

Ein derartiges Verfahren zum Verschweißen von Rohren und Stegen zu einer gasdichten Rohrwand ist insbesondere im Dampfkesselbau bekannt. Unter Einsatz des Unter-Pul­ ver-Schweißverfahrens (UP-Verfahren) wird bei diesem be­ kannten Verfahren ein drahtförmiger Schweißzusatz mittels eines Schweißkopfes unter Erzeugung eines Lichtbogens der Schweißstelle zugeführt. Hierbei ist die Stromstärke des UP-Verfahrens begrenzt, weil sich bei zu großer Stromstärke sogenannte Einbrandkerben am Rande der Schweißnaht ergeben, die dadurch entstehen, daß das Material des Rohres bzw. des Steges infolge zu starker Aufschmelzung ausgespült wird bzw. daß die Rohrwand oder der Steg zu stark angeschmolzen werden. Diese Begrenzung der Stromstärke führt bei dem bekannten Ver­ fahren zu einer relativ niedrigen Schweißgeschwindigkeit, die insgesamt eine wirtschaftlichere Fertigung verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Ver­ fahren weiterzubilden und einerseits die Schweißgeschwindig­ keit zu steigern sowie andererseits die Nahtausbildung im Übergangsbereich zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht durch zwei hintereinander angeordnete Schweißköpfe erzeugt wird, von denen der erste Schweißkopf zur Erzeugung einer Wurzellage in einem etwa dem Drahtdurchmesser des Schweißzusatzes ent­ sprechenden Abstand von der Längskante des Steges auf die Stegoberfläche gerichtet und unter einem Winkel zwischen 0 und 20° zu einer rechtwinklig zur Stegoberfläche und parallel zur Steglängskante verlaufenden Bezugsebene auf den Spalt zwischen Rohroberfläche und Seitenfläche des Steges im Be­ reich etwa der halben Stegdicke ausgerichtet ist und von denen der zweite Schweißkopf zum stechenden Schweißen einer Decklage relativ zur Ausrichtung des ersten Schweißkopfes um einen Winkel zwischen 1° und 40° entgegen der Schweißrichtung geneigt ist. Dabei können die den Schweißköpfen zugeführten Drähte gleich oder unterschiedlich sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich mindestens die doppelte Schweißgeschwindigkeit des bekannten Ein­ kopf-schweißverfahrens erreichen, wobei gleichzeitig nicht nur das Entstehen von Poren und Einbrandkerben vermieden, sondern insgesamt die Nahtausbildung verbessert wird, weil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Lage und Ausrichtung der beiden Schweißköpfe den jeweils herrschenden Bedingungen angepaßt werden kann, die insbesondere das verwendete Material, den Rohrdurchmesser und die Stegdicke betreffen. Der Rohrdurchmesser liegt üblicherweise zwischen 26,9 und 101,4 mm, die Stegdicke zwischen 6 und 8 mm.

Insbesondere der Nahtübergang zum Rohr läßt sich weiterhin verbessern, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der zweite Schweißkopf relativ zum ersten Schweißkopf quer zur Schweißrichtung parallelverschoben und/oder unter einem abweichenden Winkel zur rechtwinklig zur Stegoberfläche und parallel zur Steglängskante verlaufenden Bezugsebene ausge­ richtet wird.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, bei dem die einzelnen Verfahrens­ schritte zeichnerisch dargestellt sind; es zeigt

Fig. 1 eine Stirnansicht eines mit einem Steg zu ver­ sehenden Rohres vor Beginn des Verschweißens,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Stirnansicht zu Be­ ginn des Aufschmelzens und Anschmelzens durch den ersten Schweißkopf,

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Stirnan­ sicht nach Erzeugung der Wurzellage mit Hilfe des ersten Schweißkopfes,

Fig. 4 eine weitere Stirnansicht gemäß Fig. 3 mit zusätzlich eingezeichnetem zweiten Schweißkopf,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Teils des mit dem Steg zu versehenden Rohres, die die Stellung der beiden Schweißköpfe von der Seite her zeigt,

Fig. 6 eine den Fig. 1 bis 4 entsprechende Stirnan­ sicht nach Erzeugung der Decklage mit Hilfe des zweiten Schweißkopfes und

Fig. 7 eine der Fig. 4 entsprechende, vergrößert ge­ zeichnete Darstellung mit den Variationsmöglich­ keiten für den zweiten Schweißkopf.

In den Fig. 1 bis 7 ist jeweils die Stirnansicht bzw. eine Teillänge eines Rohres 1 zu erkennen, das seitlich mit einem Steg 2 verschweißt werden soll, der in Fig. 5 in der Seitenan­ sicht und in den anderen Figuren mit einem Teil in der Stirn­ ansicht zu erkennen ist. Für das Verfahren ist es hierbei unerheblich, ob gleichzeitig oder nacheinander ein oder zwei Stege seitlich an ein Rohr oder ein Steg zwischen zwei Rohre eingeschweißt wird, um anschließend diese mit Stegen 2 versehenen Rohre 1 gruppenweise zu einer Rohrwand zu ver­ schweißen, die insbesondere im Dampfkesselbau Verwendung findet.

Die Fig. 1 zeigt die Zuordnung zwischen dem Rohr 1 und dem Steg 2 und macht deutlich, daß zwischen der gekrümmten Rohr­ oberfläche und der an dieser Rohroberfläche mehr oder weniger exakt anliegenden Seitenfläche des Steges 2 ein Spalt ent­ steht, in dem die auszubildende Schweißnaht verläuft.

Mit einem Pfeil ist in der Stirnansicht die Stellung des ersten Schweißkopfes 3 schematisch eingezeichnet. Hierbei ist zu erkennen, daß dieser erste Schweißkopf 3 in einem Abstand 5 von der Längskante des Steges 2 auf die Stegoberfläche ge­ richtet ist. Weiterhin ist der erste Schweißkopf 3 unter einem Winkel 6 zu einer Bezugsebene 7 ausgerichtet, die einerseits rechtwinklig zur Stegoberfläche und andererseits parallel zur Steglängskante verläuft und die strichpunktiert in den Fig. 1 und 4 eingezeichnet ist. Die zweite strich­ punktierte Linie in Fig. 1 stellt eine parallel zur Bezugs­ ebene 7 um den Abstand 5 verschobene Ebene dar, die einge­ zeichnet wurde, um den Neigungswinkel des ersten Schweiß­ kopfes 3 einzeichnen zu können. Der Winkel 6 liegt üblicher­ weise zwischen 10 und 20°. Der Abstand 5 entspricht etwa dem Drahtdurchmesser des Schweißzusatzes, der mittels des Schweißkopfes 3 zugeführt wird und der der besseren Übersichtlichkeit wegen in der Zeichnung nicht dargestellt wurde.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß der erste Schweißkopf 3 im wesentlichen auf den Spalt zwischen Rohroberfläche und Seitenfläche des Steges 2 im Bereich etwa der halben Steg­ dicke ausgerichtet ist, d.h. auf den Berührungspunkt zwischen der Seitenfläche des Steges 2 mit der Oberfläche des Rohres 1. Aufgrund dieser Ausrichtung, des seitlichen Versatzes um den Abstand 5 und infolge der Neigung unter dem Winkel 6 be­ wirkt der erste Schweißkopf 3 ein Aufschmelzen der in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Ecke des Steges 2 und gleich­ zeitig ein Anschmelzen des gepunktet dargestellten Materials sowohl des Steges 2 als auch des Rohres 1. Es ist in Fig. 2 zu erkennen, daß der erste Schweißkopf 3 seine Wirkung bis in den Grund des zwischen Rohroberfläche und Stegseitenfläche bestehenden Spaltes entfaltet, ohne hierbei ein zu starkes Anschmelzen insbesondere der Rohroberfläche zu bewirken, wodurch Poren, Einbrandkerben oder eine zu geringe Restwand entstehen würden. Durch Zufuhr von Schweißzusatz in Form von Schweißdraht entsteht mit Hilfe des ersten Schweißkopfes 3 gemäß der Darstellung in Fig. 3 eine Wurzellage 8, auf die anschließend mit Hilfe eines zweiten Schweißkopfes 4 eine Decklage 9 aufgebracht wird, die in Fig. 6 dargestellt ist.

Die Lage und Ausrichtung des zweiten Schweißkopfes 4 ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Diese Darstellungen zeigen, daß bei dieser Ausführungsform der zweite, wiederum durch einen Pfeil symbolisierte Schweißkopf 4 zwar unter demselben Winkel 6 zur Bezugsebene 7 ausgerichtet ist, gemäß Fig. 5 je­ doch relativ zum ersten Schweißkopf 3 unter einem spitzen Winkel von z. B. 10° angestellt ist, so daß sich ein sogenanntes stechendes Schweißen mit dem zweiten Schweißkopf 4 ergibt.

Die hintereinander angeordneten Schweißköpfe 3 und 4 er­ möglichen eine genaue Einstellung der Schweißparameter, um die Anforderungen an die jeweilige Nahtausführung zu er­ füllen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, mit dem vor­ laufenden Schweißkopf 3 die Einbrandtiefe durch Wahl der ent­ sprechenden Stromstärke gezielt einzustellen und mit dem im gleichen Schmelzbad nachfolgenden zweiten Schweißkopf 4 die Ausbildung der Nahtoberfläche zu optimieren. Da sich auf diese Weise eine exakte Benetzung des Überganges zwischen der aus Wurzellage 8 und Decklage 9 bestehenden Naht sowohl zur Oberfläche des Steges 2 als auch zur Oberfläche des Rohres 1 ergibt, wird die Bildung von Einbrandkerben mit Sicherheit vermieden. Unter Benutzung der bisherigen Fertigungseinrich­ tungen wird mit dem voranstehend beschriebenen Verfahren eine Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit um mehr als das Doppelte erzielt. Bei praktischen Versuchen wurde anstatt einer Schweißgeschwindigkeit zwischen 1,1 und 1,2 m/min beim Ein­ kopf-Verfahren eine Schweißgeschwindigkeit zwischen 2,25 und 2,7 m/min bei gleichzeitiger Verbesserung der Schweißnahtaus­ bildung erzielt. Die fertige Schweißnaht aus Wurzellage 8 und Decklage 9 ist in Fig. 6 dargestellt.

Die vergrößerte Darstellung in Fig. 7 zeigt schließlich, daß der zweite Schweißkopf 4 nicht nur in Längsrichtung der Schweißnaht unter dem Winkel 10 gegenüber dem ersten Schweiß­ kopf 3 angestellt ist, sondern daß außerdem die Möglichkeit besteht, die durch den Winkel 6 definierte Winkellage des Schweißkopfes 4 zur Bezugsebene 7 zu variieren und/oder den zweiten Schweißkopf 4 relativ zum ersten Schweißkopf 3 durch Parallelverschiebung quer zur Schweißrichtung zu verstellen. Eine derartige Parallelverschiebung des Schweißkopfes 4 quer zur Schweißrichtung ist mit ausgezogenen bzw. strich­ punktierten Linien in Fig. 7 angedeutet. Eine Veränderung der Winkellage ist in Fig. 7 durch gestrichelte Linien angedeutet.

Um das Verfahren optimal an die jeweiligen Bedingungen anzu­ passen, kann auch der erste Schweißkopf 3 aus der in Fig. 5 dargestellten rechtwinkligen Stellung relativ zur Schweiß­ richtung, beispielsweise um 10° nach vorn oder hinten geneigt werden, so daß ein schleppendes bzw. stechendes Schweißen mit dem Schweißkopf 3 erfolgt.

Bezugsziffernliste

 1 Rohr
 2 Steg
 3 erster Schweißkopf
 4 zweiter Schweißkopf
 5 Abstand
 6 Winkel
 7 Bezugsebene
 8 Wurzellage
 9 Decklage
10 Winkel

Claims (2)

1. Verfahren zum Verschweißen von Rohren und Stegen zu einer gasdichten Rohrwand, insbesondere für den Dampfkesselbau, unter Einsatz des Unter-Pulver-Schweißverfahrens (UP-Ver­ fahren), bei dem ein drahtförmiger Schweißzusatz mittels eines Schweißkopfes unter Erzeugung eines Lichtbogens der Schweißstelle zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht durch zwei hintereinander angeordnete Schweißköpfe (3, 4) erzeugt wird, von denen der erste Schweißkopf (3) zur Erzeugung einer Wurzellage (8) in einem etwa dem Drahtdurchmesser des Schweißzusatzes ent­ sprechenden Abstand (5) von der Längskante des Steges (2) auf die Stegoberfläche gerichtet und unter einem Winkel (6) zwischen 0 und 20° zu einer rechtwinklig zur Stegober­ fläche und parallel zur Steglängskante verlaufenden Bezugsebene (7) auf den Spalt zwischen Rohroberfläche und Seitenfläche des Steges (2) im Bereich etwa der halben Stegdicke ausgerichtet ist und von denen der zweite Schweißkopf (4) zum stechenden Schweißen einer Decklage (9) relativ zur Ausrichtung des ersten Schweißkopfes (3) um einen Winkel (10) zwischen 1° und 40° entgegen der Schweißrichtung geneigt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schweißkopf (4) relativ zum ersten Schweißkopf (3) quer zur Schweißrichtung parallelverschoben und/oder unter einem abweichenden Winkel (6) zur rechtwinklig zur Stegoberfläche und parallel zur Steglängskante verlaufen­ den Bezugsebene (7) ausgerichtet ist.