DE4019484C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißunterlage mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der DD-PS 88 240 ist eine Schweißunterlage bekannt, die mittels einer Vorrichtung die zu bildende Schweißnaht zwischen zwei benachbarten Werkstücken untergreift und von einer Vorrichtung gegen die Unterseiten der Werkstücke gedrückt wird. Über die Vorrichtung wird die Schweißunterlage durch eine Druckfeder an die Schweißstelle gedrückt. Die Schweißunterlage weist einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und ist in einem Gabelstück mit einer Vielzahl hintereinander angeordneter Rollen verschwenkbar gelagert, wodurch die Schweißunterlage zu beiden Seiten der Schweißnaht beim Untergreifen anpaßbar ist. Die bekannte Schweißunterlage ist für die Herstellung von Rundnähten nicht geeignet, da sich beim Abrollen der Rohre die Schweißunterlage zwangsläufig in dem Gabelstück verkanten und dadurch ein undefinierbarer Abstand zwischen Schweißunterlage und Schweißnaht hergestellt würde. Wird die Schweißunterlage bei der Herstellung einer Rundnaht in Längsrichtung der Schweißunterlage verwendet, so ist der Abstand zwischen Schweißunterlage und unterer Kante der zu verbindenden Werkstücke undefiniert und abhängig vom Radius der Rohre.

Schweißunterlagen werden immer dann eingesetzt, wenn beim Verschweißen zweier aneinanderstoßender Stahlbleche, die über eine Längsnaht oder im gebogenen Zustand über eine Rundnaht miteinander verbunden werden sollen, beim Aufbauen der Schweißschichten ein Herausquellen, Tropfen oder Materialanhäufungen des Schweißgutes an der Unterseite der Schweißnaht vermieden werden soll, um eine ebene Schweißlage durch Nachschweißen von außen zu erzielen oder ein Nachschweißen gänzlich zu vermeiden. Schweißunterlagen werden dabei sowohl für die Herstellung von Längsnähten beim Aneinanderfügen planer Stahlbleche, z. B. schwerer Stahlbleche im Behälterbau, als auch für Rundnähte an Stahlrohren oder sog. Schüssen verwendet.

Neben der Verwendung von Kupfer als Schweißunterlage ist es aus der DE 29 23 401 A1 bekannt, eine nichtmetallische Schweißunterlage unter zwei miteinander zu verbindenden Platten im Bereich der Schweißnaht zu verlegen und dann die Schweißnaht einzubringen. Diese nichtmetallischen, z. B. keramischen Schweißunterlagen können bestimmte Querschnittsformen, z. B. eine längsverlaufende Nut, aufweisen, um die Bildung sog. eingeschnittener Schweißnähte, die beim Abkühlen entstehen können, zu vermeiden. Nichtmetallische Schweißunterlagenmaterialien sind z. B. wärmebeständige Bänder mit Keramikkacheln oder Glasmaterialien. Die Schweißunterlagen dienen dazu, das beim Schweißen entstehende geschmolzene Material zu halten. Im günstigsten Fall verfestigt sich das geschmolzene Material beim Abkühlen zu einer Schweißnaht oder Raupe, die von der anderen Stahlblechseite her keine weitere Nacharbeit erfordert. Bei der Erstellung von Rundnähten, auf die nachfolgend noch eingegangen wird, ist es üblich, bandförmige Schweißunterlagen um das gesamte Rohr auf den Mantelflächen längs der Schweißnaht der aneinanderstoßenden Rohre zu verlegen.

Schüsse sind aus Stahlblechen auf Rundmaschinen rundgewalzte offene Ringe, die, wie Stahlrohre, im Behälterbau an den Stumpfstößen zu Großbehältern, Abgasrohren usw. zusammengeschweißt werden. Es ist bekannt, derartige miteinander zu verschweißende Rohre bzw. Schüsse jeweils in Schweißringe einzuspannen und zu zentrieren und sie axial gegeneinander so auszurichten, daß sie von innen her mit einer Rundnaht verbunden werden können. Die Schweißvorrichtung wird dabei im unteren Bogenbereich der Rohre oder Schüsse angesetzt und verschweißt bei gleichzeitiger Drehung der miteinander zu verbindenden Rohre gemeinsam mit den Schweißringen diese an der Stoßstelle. Als Schweißunterlage werden dabei um die gesamten Rohre an der Nahtstelle umgelegte Kupferbänder verwendet. Es hat sich gezeigt, daß derartige Schweißunterlagen in Form eines umlaufenden Kupferbandes außerordentlich schwierig zu handhaben sind, da sie umgelegt und gespannt werden müssen, damit sie an der Mantelfläche der beiden zu verbindenden Rohre oder Schüsse im Rundnahtbereich den Zwischenspalt überdeckend anliegen. Wie aufwendig eine solche Schweißunterlage sein kann verdeutlicht, daß Rohre und Schüsse, z. B. im Tankbehälterbau, mit Durchmessern von 2,40 m hergestellt werden. Eine Schweißunterlage in Form eines Kupferringes auf einen solchen Durchmesser aufzubringen, setzt besondere Ausbildungen des Kupferringes und der Haltevorrichtungen hierfür, z. B. eine Segmentierung, voraus, die es gestatten, den Kupferring mit den einzelnen Segmenten, die gegeneinander über Gelenke auseinanderklappbar sind, umzulegen und zusammenzuspannen. Auf festen Schweißunterlagen oder Haltevorrichtungen montiert, weisen diese Schweißunterlagen nur einen bestimmten Radius auf und können somit auch nur für eine bestimmte Rohrverbindung eingesetzt werden. Schweißunterlagen werden bei der Herstellung von Schweißnähten, im speziellen Fall für die Herstellung von Rundnähten, stets dann erforderlich, wenn verhindert werden soll, daß das geschmolzene Schweißgut bei der Aufbringung einer Innennaht außen heraustreten bzw. herausfließen kann. Im günstigsten Fall braucht eine Nacharbeit der Schweißnaht von außen nicht mehr zu erfolgen, im weniger günstigen Fall ist es vielfach notwendig, daß zusätzlich nach Entfernen der ringförmigen Schweißunterlage die Außennaht durch Auftragschweißen verbessert wird und auch die äußeren Randzonen der miteinander zu verbindenden Stumpfstöße der benachbarten Rohre und Schüsse miteinander verschweißt werden, um so eine gleichmäßige Oberfläche der Schweißnaht auch von der Außenseite her zu erhalten.

Bei entsprechender Ausbildung der Naht und Einbringung von Schweißdrähten ist es aber auch möglich, die Schweißnaht vollständig beim Schmelzschweißen von der Oberfläche zur Wurzel hin durchzuschweißen und somit in einem Schweißgang eine gleichmäßige Verschmelzung des Schweißgutes zu erreichen.

Darüber hinaus ist es bekannt, unter Verwendung von Schweißpulver, im Wege des Auftragschweißens, aber auch des Schmelzschweißens, an den Stumpfstößen eine optimale Schweißnaht herzustellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißunterlage für die Erstellung von Rundnähten von Rohren oder Schüssen so auszubilden und anzubringen, daß eine Anpassung an Krümmungen der Oberfläche möglich ist, ohne hierfür gesonderte Ausbildungen vorsehen zu müssen.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebene technische Lehre gelöst.

Damit die Schweißunterlage ständig an der Schweißnaht an der Außenseite anliegt, ist eine Druckfeder vorgesehen, die die Schweißunterlage gegen die Unterseite der Rohre oder der Stahlbleche (Platten) drückt, während die Schweißvorrichtung von innen oder oben auf die Naht ebenfalls im unteren Bogenbereich - bei der Erstellung von Rundnähten - aufgesetzt ist und die Stumpfstöße miteinander verschweißt. Es ist ersichtlich, daß die Schweißunterlage als Schweißgutsperre dient und verhindert, daß das geschmolzene Material aus der Naht nach unten herausquellen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im einzelnen angegeben.

Nach Anspruch 3 ist vorgesehen, daß die Schweißunterlage aus einem segmentförmigen Bogenteil bei Rundnähten oder einem planen Flächenelement besteht, der in vertikaler Richtung verschiebbar in einer Aufnahmevorrichtung oder dem Schweißgestell gelagert ist. Zu diesem Zweck sind in der Aufnahmevorrichtung vertikal verlaufende Langlöcher vorgesehen, in die Führungsbolzen des Bogenelementes eingreifen. Der Radius des Bogenelementes sollte dabei jeweils größer sein als der Radius des Rohres oder Schusses, damit zumindest im Bereich der Schweißstelle das Bogenelement punktuell anliegt, so daß in der heißesten Zone das geschmolzene Material nicht auszutreten vermag und auch nicht seitlich austritt. Die punktuelle Anlage ist auch bei unterschiedlichen Rohrdurchmessern und Bogenverläufen mit einer Ausführung nach Anspruch 4 sichergestellt. Um ein leichteres Abrollen der Rohre auf dem Bogenelement zu ermöglichen, sind nach Anspruch 2 und 5 seitliche Rollenlager vorgesehen, die an der Mantelfläche der Rohre oder Schüsse anliegen, so daß eine Abstützung zusätzlich zur Auflage an der Schweißstelle gegeben ist. Es ist zweckmäßig nach Anspruch 6 auf das Bogenelement eine Keramikauflage aufzubringen, da diese wesentlich hitzebeständiger ist als z. B. eine Kupferauflage. Aber auch Kupferauflagen sind anwendbar, wenn die Kupferplatten relativ stark sind. Ebenso sind andere bekannte Materialien als Schweißunterlage verwendbar, die dann auf das Bogenelement aufzubringen sind.

Nach Anspruch 7 ist vorgesehen, daß die Schweißunterlage nicht mehr unmittelbar an der Schweißstelle gegen die Naht drückt, sondern Schweißpulver durch eine Zuführung in dem Bogenelement zugeführt wird. Es entsteht an der Einmündungsstelle des Zuführungskanals eine Anhäufung von Schweißpulver, das durch den Druck der Feder gegen das Bogenelement im Bereich der Schweißnaht sich flächenförmig verteilt, so daß die Schweißnaht unter Abdichtung mittels außen aufgebrachten Schweißpulvers von innen her eingebracht werden kann. Die Schweißunterlage wird förmlich durch das Schweißpulver gebildet. Auf dieser Zone rollt die drehbar gelagerte Rohranordnung ab. Das während des Schweißens heiß werdende Schweißpulver wird dabei stetig erneuert.

Bei Verwendung eines Bogenelementes für eine Schweißunterlage kann dieses auch einen so großen Radius aufweisen, daß es auf einfache Weise in eine gestreckte Lage bringbar ist, so daß sie sowohl für die Erstellung von Rundnähten als auch für Längsnähte verwendet werden kann. Dies hat den Vorteil, daß auch Längsnähte in Rohren oder Längsnähte zweier Stahlblechplatten mit dergleichen Schweißunterlage unterlegt werden können, die für die Erstellung einer Rundnaht ebenfalls einsetzbar ist.

Weiterhin ist es empfehlenswert, die Einzelteile der Unterlage mit Spiel zusammenzusetzen, um den unterschiedlichen Dehnungsfaktoren der verwendeten Materialien, z. B. Kupfer auf Metall, bzw. Keramik auf Metall, Rechnung zu tragen, damit an der Anlagefläche der Schweißunterlage keine Risse entstehen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Aufnahmevorrichtung mit einer Schweißunterlage als Bogenelement,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Bogenelement durchbiegsam ist und an den Enden Rollen aufweist.

In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist ein Stahlrohr 1 schematisch als Segment eingezeichnet. An der unteren Stelle des Radius soll die Schweißnaht 2 eingebracht werden. Die Schweißvorrichtung, die dies bewerkstelligt, ist nicht eingezeichnet und für die Betrachtungsweise auch nicht erforderlich. Unterhalb des Stahlrohres 1 befindet sich eine Aufnahmevorrichtung 3, die u-förmig ausgebildet ist und eine untere Wand 4 aufweist, sowie seitliche Schenkel 5a und 5b. In diesen seitlichen Schenkeln sind Langlöcher 6a und 6b eingebracht, in die Führungszapfen 7a und 7b eingreifen, die aus einem Bogenelement 8 hervorstehen. Die seitliche Führung ist hier nicht dargestellt. Es ist jedoch ersichtlich, daß das Bogenelement 8, das als Schweißunterlage dient, in den Seitenwänden 5a und 5b geführt sein muß. Auf dem Bogenelement 8 ist eine Auflage 9 vorgesehen, z. B. eine Keramikauflage, die hitzebeständig ist. Zwischen der Bodenplatte 4 und der Unterseite des Bogenelementes 8 ist eine Druckfeder 10 zwischengefügt, die das Bogenelement 8 nach oben in Pfeilrichtung gegen die Unterseite des Rohres 1 drückt. Bei Drehung des Rohres in der eingezeichnete Pfeilrichtung wird das Bogenelement 8 nicht mitgezogen, da es über die Führungsbolzen 7a und 7b in den Langlöchern 6a und 6b gehalten ist. Die Langlöcher 6a und 6b sind so ausgebildet, daß die Schweißunterlage für Schweißrohre mit unterschiedlichen Durchmessern in bestimmten Grenzbereichen verwendet werden kann. Wird nun die Schweißnaht von innen in das Rohr eingebracht, so liegt die Oberseite der Auflage 9 an der Außenseite der Mantelflächen des Rohres 1 in dem Bereich der Rundnaht, die einzubringen ist, an. Das geschmolzene Material kann an der Unterseite nicht hervortreten. Es versteht sich von selbst, daß die Aufnahmevorrichtung 3 in einem Schweißgestell, z. B. einem Maschinengestell, befestigt sein muß. Dieses ist zur Vereinfachung nicht dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Unterlage ist für die Erstellung einer Rundnaht mit unterschiedlichen Radien geeignet. Es ist aber auch ersichtlich, daß die gleiche Anordnung in ebener Ausführung für die Erstellung einer Längsnaht einsetzbar ist, zu welchem Zweck dann die Unterlage eben ausgebildet sein und eine Tischform aufweisen muß, die seitliche, nach unten verlaufende Schenkel aufweist, an denen die Führungsbolzen anzubringen sind, damit sich die Unterlage über die Seitenwände 5a und 5b hinaus erhebt und dennoch innerhalb der Langlochführungen gehalten ist. Die Aufnahmevorrichtung 3 kann zusätzlich in einem Schweißgestell höhenverstellbar gelagert sein. Es ist aber auch möglich, diese, vor allem für die Erstellung von Längsnähten, auf Führungsschienen verschiebbar zu lagern und sie mit dem Vorschub des Schweißgerätes zur Erstellung der Naht zu koppeln, damit eine synchrone Verschiebung stattfindet.

Aus Fig. 2 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels in Fig. 1 dargestellt. In dieser Variante wird davon ausgegangen, daß das Bogenelement 8 biegsam ist, so daß es aus der konkaven Form praktisch in eine Art von konvexe Form verbracht werden kann. Das Bogenelement 8 weist ebenfalls eine Auflage 9 auf, in der an den seitlichen Enden Rollen 11 drehbar gelagert sind. Die Drehachse der Rollen ist achsparallel zur Drehachse des Rohres 1 angeordnet. Das Bogenelement weist darüber hinaus nach unten vorstehende feste Schenkel 12a und 12b auf, die durch eine schematisch eingezeichnete Spannvorrichtung 13 miteinander verbunden sind. Wird die Spannvorrichtung 13, z. B. eine Spindel mit gegenläufigem Gewinde, gedreht, so ist ersichtlich, daß die beiden Schenkel 12a und 12b hierüber zusammengezogen werden können. Zwangsläufig muß sich der Radius des Bogenelementes 8 vergrößern, so daß eine Anpassung an verschiedene Durchmesser zu verbindender Rohre 1 möglich ist. Zur Abstützung liegt das Bogenelement 8 über Auflagebolzen 14a und 14b auf Stützsäulen 15a und 15b in Mulden einer Aufnahmevorrichtung 3. Die Mulden garantieren eine stabile Lage, auch dann, wenn die Distanz der beiden Lagerzapfen durch Veränderung der Krümmung der Unterlage sich ändert. Unter die Bodenwand 4 der Aufnahmevorrichtung 3 greift eine Druckfeder 10, die sich an der Oberseite eines Schweißgestells 16 oder an einer Bodenplatte in dem Maschinenrahmen abstützt. Die Führungselemente, die ein seitliches Ausklinken der Feder verhindern, sind nicht dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Druckfeder 10 die gesamte Anlage nach oben drückt, so daß die Rollen 11 an der Mantelfläche des Rohres 1 zur Anlage gelangen. Wird zudem die Spannvorrichtung 13 betätigt, so liegt das Bogenelement 8 mit der Auflage 9 an der Unterseite des Rohres, und zwar an der Außenseite der Rundnaht im Bereich der Schweißstelle 2, an. Die beiden Rollen 11, die an den Seitenschenkeln angebracht sind, erleichtern ein Abrollen am dem sich drehenden Rohr 1. Es ist ersichtlich, daß auch diese Vorrichtung, die schematisch dargestellt ist, an jeden Durchmesser der miteinander zu verbindenden Rohranordnung angepaßt werden kann.

Claims (7)

1. Schweißunterlage zum Verhindern des Austritts geschmolzenen Schweißgutes aus der Unterseite einer Schweißnaht von aneinandergefügten Stahlblechen während des Schweißens, welche Stahlbleche auf einem Schweißgestell aufliegen und mittels einer Schweißvorrichtung von den Auflageseiten beginnend steigend verschweißt werden, wobei die Schweißunterlage aus einem die Schweißstelle (2) allseitig abdeckendes Flächenelement besteht, das unter der Wirkung einer untergreifenden Druckfeder (10) gegen die Unterseiten der miteinander zu verschweißenden Stahlbleche der Schweißstelle (2) drückt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erstellung einer Rundnaht von Stumpfstößen an Stahlrohren oder Schüssen, die in einer Lagerungsaufnahme des Schweißgestells drehbar gelagert sind und mittels einer Schweißvorrichtung innen im unteren Bogenbereich miteinander bei gleichzeitiger Drehung verschweißt werden, eine Schweißunterlage vorgesehen ist, die aus einem segmentförmigen Bogenelement (8) besteht, das die Schweinaht mit einer metallischen oder nichtmetallischen, hitzebeständige Auflage (9) beidseitig tangential untergreift, welches Bogenelement (8) mindestens den gleichen oder einen größeren Radius aufweist als die miteinander zu verbindenden Stahlrohre (1) oder Schüsse und gegen Mitnahme bei der Drehung der Stahlrohre oder Schüsse in einer Aufnahmevorrichtung (3) eines Schweißgestells (16) verschiebesicher gelagert ist und von einer Feder (10) gegen die untere Außenseite der Rundnaht andrückbar ist sowie die Drehung mit Schweißgeschwindigkeit der Schweißunterlage längs der Rundschweißnaht synchronisiert ist.

2. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Flächenelementes quer zur Längsrichtung der Schweißnaht verlaufende Rollen drehbar gelagert sind.

3. Schweißunterlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufnahmevorrichtung (3) vertikal verlaufende Langlöcher (6a, 6b) eingebracht sind, in die Führungsbolzen (7a, 7b) an den Flächen- oder Bogenelementen (8) oder an diesen angebrachte nach unten vorstehend in die Aufnahmevorrichtung eingreifende Haltewinkel eingreifen, und daß zwischen der Bodenplatte (4) der Aufnahmevorrichtung (3) und dem Flächen- oder Bogenelement (8) die Druckfeder (10) angeordnet ist.

4. Schweißunterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogenelement (8) oder das Flächenelement biegsam und länger als breit ist und an den äußeren Enden paarig nach unten hervorstehende starre, festverbundene Schenkel (12a, 12b) aufweist, die mittels einer Spannvorrichtung (13) gegeneinander zusammenziehbar oder voneinander abdrückbar sind, wodurch die Krümmung des Bogen- oder Flächenelementes (8) dem Bogenverlauf des Stahlrohres (1), des Schusses oder der Stahlplatte anpaßbar ist.

5. Schweißunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich an den Enden des Bogen- oder des Flächenelementes Rollenlager parallel zur Längsachse der Stahlrohre (1) oder Schüsse oder quer zur Schweißnaht der Stahlbleche vorgesehen sind, deren Rollen (11) an den Mantelflächen der miteinander zu verbindenden Stahlrohre (1) oder an den Schüssen oder an den Unterseiten der Stahlbleche anliegen, und daß das Bogenelement (8) oder das Flächenelement auf Stützsäulen (15a, 15b) oder in diesen in einer Aufnahmevorrichtung (3) gelagert ist, welche Aufnahmevorrichtung (3) vertikal und/oder horizontal verschiebbar in dem Schweißgestell (16) gelagert ist und mittels der Kraft einer Druckfeder (10), die sich an dem ortsfesten Schweißgestell (16) abstützt, in Richtung der Schweißnaht andrückbar ist.

6. Schweißunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bogen- oder Flächenelement (8) eine Keramik- oder Kupferauflage aufweist.

7. Schweißunterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flächen- oder Bogenelement (8) ein im Zentrum des Bogenelementes unterhalb der Schweißstelle nach außen, der Schweißstelle zugewandt ein­ mündender einen Austritt für das aus der Einmündungsstelle über den Zuführungskanal zugeführte Schweißpulver aufweisender Zuführungskanal vorgesehen ist.