DE4122093A1 - Verfahren zum einschweissen eines passstueckes innerhalb einer membranrohrwand eines dampfkessels - Google Patents

Verfahren zum einschweissen eines passstueckes innerhalb einer membranrohrwand eines dampfkessels

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DE4122093A1
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Frank Dipl Ing Neuber
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/28—Seam welding of curved planar seams
    • B23K26/282—Seam welding of curved planar seams of tube sections

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschweißen eines Paßstückes innerhalb einer Membranrohrwand eines Dampfkessels einer Wärmeerzeugungsanlage.
Die heute üblichen großen Dampferzeuger von Wärmekraftwerken besitzen als Konvektionsflächen gasdicht geschweißte Rohr­ wände und dicht aneinandergereihte Rohre. Bei einer Neuer­ stellung dieser Konvektionsflächen sind dieselben von beiden Seiten zugänglich, bei einem Reparaturausfall hingegen ist die Zugänglichkeit in der Regel nur von einer Seite gegeben, sofern der Reparaturaufwand und die Reparaturzeit auf ein Minimum reduziert sein sollen.
In diesem Fall erfolgt die Reparatur von der Außenseite des Dampferzeugers bei einer lokalen Entfernung von Mauerwerk und Isolierung.
Bekannt ist eine Anordnung zum Trennen oder Fugen von Hohl­ profilen, vorzugsweise Glasrohren, mittels Laser, wobei der Laserstrahl im Inneren des Hohlprofiles mit einem hyperboli­ schen Ablenkspiegel zur Wirkungsstelle gebracht wird (DD-PS 2 49 420).
Des weiteren ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fugen mittels Laserstrahl bekannt, wobei der Laserstrahl parallel zur Fugspaltebene durch Polarisieren verläuft (DD-PS 268 649). Nachteilig ist, daß beide Verfahren nicht ausschließlich von einer Seite ausführbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Repara­ turschweißungen bedingten Werkstoffschädigungen zu vermeiden und eine schnelle, sichere Technologie zum Einschweißen eines Paßstückes von einer Seite zu entwickeln.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Paßstück mittels einer auf der Reparaturseite angeordneten Laserstrahl­ quelle und zweier auf der entgegengesetzten Seite der Membran­ rohrwand angeordneter verstellbarer Spiegel vollständig einge­ schweißt wird.
Die Berechnung des Abstandes der Laserstrahlquelle (Q) zum Rohrmittelpunkt (M) wird nach der Beziehung
durchgeführt, wobei
β - Winkel, den die beiden Strahlen einschließen, wenn das Rohr noch tangiert wird,
r - Radius des Rohres,
l₂ = l₁ - Entfernung zwischen Strahlenquelle Q und Schnittpunkt der Strahlen am Rohr bei ∡ β,
∡ α₂ = α₁ - Winkel zwischen l₁ bzw. l₂ und dem Lot auf der Strahlenmittellinie
bedeuten.
Durch die symmetrische Anordnung der zwei Spiegel auf der ande­ ren Seite der Membranrohrwand wird eine Überlappung der drei entstehenden Schweißbereiche erreicht, wodurch eine vollstän­ dige Einschweißung des gesamten Paßstückes am gesamten Rohr­ umfang durchgeführt werden kann.
Die Laserstrahlquelle befindet sich im Winkel von 90° zur Membranrohrwand im Abstand von vorzugsweise dem vierfachen Rohrradius und die Spiegel im Abstand von vorzugsweise dem dreifachen Rohrradius vom Rohrmittelpunkt angeordnet.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Dabei zeigen
Fig. 1 Eingesetztes Paßstück mit Spiegeln in Seitenansicht,
Fig. 2 Dampferzeugerrohrwand mit Vorbereitung zum Ein­ schweißen des Paßstückes,
Fig. 3 Optimierung des Strahlenganges für kleinsten Stegab­ stand (Draufsicht).
Nach Ortung der Lage des Schadens in einer gasdichten Rohr­ wand wird vorerst die Außenhaut (Verblechung und Isolierung) des Dampferzeugers im Bereich der Schadstelle beseitigt. Danach wird das schadhafte Rohrteil in bekannter Weise heraus­ getrennt, so daß die Rohrenden 1; 2 bestehen bleiben.
Die Stege 3 werden mit V-förmigen Schweißnahtfasen 4 versehen und die Rohrenden 1; 2 exakt im rechten Winkel zur Rohrlängs­ achse beschliffen. Das Paßstück 5 wird gleichermaßen be­ schliffen und so eingepaßt, daß die Schweißfugen 6; 7 gegen Null gehen. Um das untere Rohrende i wird ein Positionier- System mit zwei beweglichen Spiegeln 8; 9 mittels nicht näher ausgeführtem Spannelement 10 angebaut.
Bei
r = 1, β = 15°, γ = 75° ergeben sich für
x = sin β · r = 0,259 und
y = sin γ · r = 0,966.
Der Abstand (Rohrmittelpunkt - Quelle) ergibt sich aus
Somit wird der Abstand vom Rohrmantel zur Quelle bei symmetrischer Verteilung von Quelle und zwei Spiegeln um den Umfang (∡120°) 3,8637 · rRohr zum gemeinsamen Rohrmittelpunkt.
Für den ungünstigen Fall eines Rohrschadens bei einem Steg­ abstand von 15 mm und Rohrdurchmesser von 40 mm wurde das Abstandsverhältnis zwischen Strahlungsquelle 11 und den zwei Ablenkspiegeln 8; 9 ermittelt (Fig. 3) Somit kann beim Überstreichen des direkten Strahls ein ∡ 150° auf der Rohroberfläche 5 geschweißt werden. Danach wird der Strahl nach links auf den Spiegel 8 gelenkt, und durch Drehbewegung des Spiegels 8 kann ein ∡ 81° auf der Rohrrückseite verschweißt werden. Abschließend wird der Strahl auf den rechten Spiegel 9 gelenkt und die Schweißung vollen­ det. Dabei werden 2×10,5° bzw. 51° doppelt überstrichen und ist somit gewährleistet, daß das Faßstück 5 vollständig eingeschweißt ist. Der gleiche Vorgang wird nun am oberen Rohrende 2 ausgeführt. Abschließend werden alle weiteren Schlitze und Öffnungen (Steg 3 mit Paßstück 5) in bekannter Weise verschlossen, um dann die Isolierung und Verblechung an der Schadstelle zu verschließen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Einschweißen eines Paßstückes innerhalb ei­ ner Membranrohrwand eines Dampfkessels, wobei das schadhafte Rohrstück aus dem Rohr und den Stegen der Membranrohrwand herausgetrennt, Rohrenden, Stege und Paßstück mit Schweiß­ nahtfasen versehen werden und das Paßstück in die Membranrohr­ wand eingeschweißt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Paßstück mittels einer auf der Reparaturseite ange­ ordneten Laserstrahlquelle und zweier auf der entgegenge­ setzten Seite der Membranrohrwand angeordneter verstellbarer Spiegel vollständig eingeschweißt wird.
2. Verfahren noch Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch den Abstand der Laserstrahlquelle und der Spiegel vom Rohrmittelpunkt eine Überlappung der drei entstehenden Schweißbereiche erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand zwischen Rohrmittelpunkt (M) und Laserstrahl­ quelle (O) nach der Beziehung ermittelt wird, wobeiβ - Winkel, den die beiden Strahlen einschließen, wenn das Rohr noch tangiert wird,
r - Radius des Rohres,
l₂ = l₁ - Entfernung zwischen Strahlenquelle Q und Schnittpunkt der Strahlen am Rohr bei ∡ β,
∡ α₂ = α₁ - Winkel zwischen l₁ bzw. l₂ und dem Lot auf der Strahlenmittelliniebedeuten.
4. Vorrichtung zum Einschweißen eines Paßstückes innerhalb einer Membranrohrwand eines Dampfkessels, gekennzeichnet dadurch, daß eine Laserstrahlquelle im Winkel von 90° zur Membran­ rohrwand im Abstand von vorzugsweise dem vierfachen Rohrra­ dius auf der Reparaturseite und auf der entgegengesetzten Seite symmetrisch zwei verstellbare Spiegel im Abstand von vorzugsweise dem dreifachen Rohrradius zum Rohrmittelpunkt angeordnet sind.
DE4122093A 1991-07-01 1991-07-01 Verfahren zum einschweissen eines passstueckes innerhalb einer membranrohrwand eines dampfkessels Withdrawn DE4122093A1 (de)

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