DE446451C - Aufschweissen von Deckeln auf Behaelter, z.B. Umformerbehaelter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufschweißen von Deckeln auf Behälter, ζ. Β. Umformerbehälter, unter dem Schutz' nicht oxydierender Gase und besteht darin, daß vor dem Schweißen die Luft in dem Behälter durch ein Schutzgas ersetzt und während des Schweißens in den Behälter weiteres Schutzgas eingepreßt wird, so daß Schutzgas statt Luft über die Schweißstellen aus dem Spalt strömt. Es ist bereits bekannt, Schmiedestücke beim Schmieden in Gesenken mit einer Atmosphäre von nicht oxydierenden Gasen zu umgeben, ebenso auch Metallblöcke, aus welchen Preßstempel hergestellt werden sollen, in einer mit Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffgas gefüllten, geschlossenen Muffel zu erhitzen. Es ist auch bekannt, aus Kupfer, Aluminium oder ähnlichen Metallen oder deren Legierungen bestehende Drähte, Stangen oder Platten unter Luftabschluß oder Anwendung einer nicht oxydierbaren Gashülle durch Druck zu verschweißen.

Wenn man diese bekannten Verfahren ohne weiteres auf das Aufschweißen von Deckeln auf Behälter, z. B. Umformerbehälter, anwenden würde, wo der Deckel auf einen großen Behälter aufgeschweißt werden soll, dessen Durchmesser Meterlängen beträgt, müßten Muffeln und Zangen oder Druckvorrichtungen, die bei den bekannten Verfahren unerläßlich sind, eine solche Größe annehmen, daß die weitere Behandlung unmöglich wäre. Auch würde der Verbrauch an Schutzgas so groß werden, daß das Verfahren unwirtschaftlich werden würde, abgesehen davon, daß die großen Gasmengen die Gesundheit der Arbeiter schädigen würden. Hinzu kommt noch, daß Behälter, wie Umformerbehälter, in geschlossenem Zustande verschweißt werden müssen und weder Zangen noch andere Werkzeuge eingeführt werden könnten, um das Schutzgas an die Schweißstelle zu leiten. Bei den großen Abmessungen der fraglichen Behälter würde auch das Zuleiten des Schutzgases an eine bestimmte Schweißstelle nicht ausreichen, um die anderen hocherhitzten Teile, die noch nicht dem Schweißdruck unterliegen, gegen Oxydbildung zu schützen.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht die gewerbliche Ausführung der Schweißung von großen Behältern in einer nicht oxydierenden Atmosphäre.

Bei der Erfindung wird der aufzuschweißende Deckel so aufgesetzt, daß das Schutzgas eingeleitet und die Luft verdrängt werden kann.

Das geschieht vor dem Schweißen. Nach Verdrängung der Luft wird die Zuleitung des Schutzgases fortgesetzt und während des- Schweißens aufrechterhalten, aber so, daß das Schutzgas durch den Spalt zwischen- dem Deckel und dem Behälter ausströmen kann. Infolgedessen wird die Schweißstelle dauernd von dem Schutzgas bedeckt, und es ist gleichgültig, in welchem Maße die Schweißung an dem Umfange fortschreitet.

In der Zeichnung ist zur Erläuterung des Verfahrens das Verschließen eines Umformers durch Verschweißen dargestellt. Es zeigen

Abb. ι einen Aufriß des Umformers in umgekehrter Lage, teilweise im Schnitt, teilweise abgebrochen, sowie die Vorrichtung, die zur Ausführung des Verfahrens dient,

Abb. 2 dieselbe Ansicht für eine andere Ausführungsform.

Bei gewissen Umformern, besonders solchen für hohe Spannung, ist das Bedürfnis unabweisbar, die Teile des Behälters durch Schweißen zu vereinigen. Beim Schweißen aber wird sogenannter Hammerschlag oder Oxyd erzeugt, welcher, wenn der Behälter, wie üblich, z. B. aus Stahl besteht, magnetische Eigenschaften hat. Außerdem hat das Oxyd eine verhältnismäßig hohe elektrische Leitfähigkeit, und infolgedessen werden leicht unerwünschte und nachteilige Einflüsse auf die beabsichtigten und geforderten elektrischen Eigenschaften des Umformers hervorgerufen, den der Behälter aufnimmt.

Besonders ist dies dort der Fall, wo bei gewissen Arten von Hochspannungsumformern manche Teile der Wicklungen, sogar auch alle Wicklungen entblößt sind. In diesem Falle, und hauptsächlich dort, wo für die Isolierung der Umformerteile ein dielektrisches Gas unter Hochdruck verwendet wird, hat die Anwesenheit von losem Hammerschlag auf oder in den entblößten Teilen der Umformerwicklungen Wirkungen von sehr bedenklichen Folgen. Das dielektrische Gas in einem solchen Umformer kann eine Mischung von Helium und Stickstoff unter einem Druck von mehreren Atmosphären enthalten. Einen Hauptzweck der Erfindung bildet daher das dichte Abschließen eines Umformers in diesem Gehäuse unter Vermeidung der angegebenen Nachteile.

Gemäß Abb. 1 ist 10 das Umformergehäuse, in welchem der Umformerkern und die Wicklungen untergebracht sind. Der Umformerkern ist schalenförmig und wird durch Winkeleisen 11 in seiner Lage festgelegt. Die Winkeleisen 11 mit dem Umformerkern passen genau in das Gehäuse 10 hinein und ragen mit ihren oberen Enden το^α über das Gehäuse 10 hinaus. Die Winkeleisen 11 bilden innen einen Absatz zur Aufnahme des Deckels 12. Von den elektrischen Teilen des Umformers sind nur die Hochspannungsklemmen 13 angedeutet.

Verschiedene Teile des Umformergehäuses können in üblicherweise verschweißt werden, und solange das eine Ende des Behälters offen ist, können die inneren Teile der Schweißstellen leicht mit Sandgebläse behandelt werden, um den unerwünschten Hammerschlag oder das magnetische Oxyd zu entfernen. Nach der Entfernung des Oxyds durch Sandgebläse können die Teile des Umformers in den Behälter 10 eingesetzt und der Deckel 12 über die Öffnung 10 gesetzt werden, die dann abgeschlossen ist. Die Schale 12 wird auf den inneren Ansatz gesetzt, der von den Winkeleisen 11 gebildet wird, und an dem Behälter kann jetzt das Verschweißen der Naht zwischen der Schale 12 und dem Behälter 10 vorgenommen werden.

Der Deckel 12 ist domförmig, und ehe er an das obere Ende des Behälters 10 angeschweißt wird, wird der obere Rand io^a des Behälters nach innen gebogen sowie über und auf den Rand des Deckels 12 umgebördelt, wie bei 16 (Abb. 1) angedeutet ist. Dieses Bördeln wird zweckmäßig so ausgeführt, daß zuerst der Rand io^a durch den Schweißbrenner 17 erhitzt und dann nach innen, z. B. durch Hämmern, auf seinem ganzen Umfange abgebogen wird. Hierauf kann mit dem Schweißen begonnen werden. Um die Entstehung von Hammerschlag oder magnetischem Oxyd auszuschließen, wird an den Stellen, wo die Teile erhitzt werden, sowohl während des Biegens als auch während des Schweißens eine sauerstofffreie Atmosphäre aufrechterhalten, so daß die Möglichkeit, eine Oxydation des erhitzten Stahles oder Eisens zu erzeugen, verhindert wird. Diese säuerst off freie Atmosphäre an den Erhitzungsstellen kann auf folgende Weise geschaffen werden. Die Erzeugung von magnetischem Oxyd an denjenigen Stellen der Verbindungsnaht zwischen dem Deckel 12 und dem Behälter 10, die innerhalb der vorgenannten Teile liegen, wird zunächst dadurch vermieden, daß die den Sauerstoff tragende Luft innerhalb des geschlossenen Behälters 10 durch ein Gas ersetzt wird. Dieses Gas kann ein sogenanntes Edelgas sein oder eine Gasmischung, am besten ein Gas wie Stickstoff, das bestimmte Vorteile hat. Dieses nicht oxydierende Gas wird als inertes Gas bezeichnet; mit dieser Bezeichnung ist ein Gas gemeint, welches bei den Temperaturen, auf welche die Teile erhitzt werden, nicht oxydierend wirkt. Der Ersatz der Luft innerhalb des Behälters 10 kann dadurch bewirkt werden, daß der Behälter mit inertem Gas, also mit Stickstoff, aus einer Flasche 18 beschickt wird, die an den Boden des Behälters 10 durch Leitung 19 angeschlossen ist. Ein handgesteuertes Ventil 20 ist zwischen Flasche 18 und Leitung 19 eingeschaltet, ferner ist die Leitung 19 mit einem Manometer 21 zum Anzeigen des Druckes des Gases, das in den Behälter 10 fließt, versehen.

Die Beschickung des Behälters ίο mit Stickstoff hat den Austritt der Luft aus dem Behälter io durch die lose Verbindung zwischen dem Deckel 12 und dem Behälter 10 zur Folge, und man läßt in den Behälter 10 so lange Stickstoff einströmen, bis durch die lose Verbindung das inerte Gas entweicht. So wird die Luft aus dem Behälter 10 vollständig entfernt, und es wird dann der Schweißbrenner 17 an den oberen Rand ΐσ·¹ des Behälters 10 angesetzt, der so erhitzt wird, daß er, z. B. durch Hämmern, nach innen sowie über und auf den Rand des Deckels 12 gebogen werden kann, wie bei 16 angedeutet ist. Während des Umbiegens aber, wo der Rand an der Bearbeitungsstelle in erhitztem Zustande erhalten wird, strömt das inerte Gas durch den Spalt zwischen dem Deckel 12 und dem Behälter 10 hindurch, und die Innenflächen des Randteiles IO'^T werden gegen Oxydation und gegen die Wirkung von Oxyd an den erhitzten Teilen geschützt.

Der dauernde Strom von Stickstoff in den Behälter 10 hat eine vollständige Entfernung der sauerstoffhaltigen Luft aus dem Behälter zur Folge, und der fortgesetzte Zustrom von Stickstoff in den Behälter 10 hat eine zunehmende Verminderung der sauerstoffhaltigen Luft innerhalb des Behälters zur Folge, bis praktisch nur Stickstoff in dem Behälter enthalten ist. Dann wird der Schweißbrenner 17 angesetzt, die Teile werden auf Schweißtemperatur erhitzt und zusammengeschweißt. Während des Schweißens aber läßt man weiter Stickstoff in den Behälter 10 zuströmen und durch die noch nicht vollständige Verbindung entweichen, jetzt aber in verminderter Menge, die durch das Ventil 20 geregelt wird, weil der offene Spalt zwischen dem Deckel 12 und dem Behälter 10 durch das Überbiegen des Randes io^J verschlossen wurde.

Auf diese Weise wird an der Schweißstelle eine Atmosphäre aufrechterhalten, welche eine Oxydation des Metalls in der Schweißtemperatur nicht herbeiführen kann und so die Entstehung von Oxyd ausschließt.

In dem Maße, in welchem das Schweißen an dem Umfange der Verbindung fortschreitet, wird die Zufuhr von inertem Gas in den Behälter 10 und das Entweichen am immer weiter verschweißten Rande allmählich vermindert, aber der Druck des inerten Gases innerhalb des Behälters 10 wird während des Verschweißens etwas über Atmosphärendruck durch Einstellen des Ventils 20 gehalten. Der Druck des inerten Gases innerhalb des Behälters 10 kann in dem Maße eingestellt werden, in welchem sich das Schweißen dem Ende nähert, um einen entsprechenden Strom von inertem Gas hinter die Schweißstelle und durch den ungeschweißten Teil der Verbindung zu leiten, um den Eintritt von Luft in den Behälter 10 zu verhindern. Während des Schweißens wird die Menge des durchfließenden inerten Gases durch die unvollständige Verbindung, um den Eintritt von Luft in den Behälter zu verhindern und die innere zu verschweißende Fläche in einer die Oxydation ausschließenden Atmosphäre zu erhalten, immer kleiner, da der Spalt zwischen Deckel und Behälter immer kleiner wird. Nachdem das Schweißen vollendet ist, wird das Rohr 19 von dem Behälter 10 abgenommen, und das L^Tmformergehäuse kann jetzt mit dem dielektrischen Gas beschickt werden.

Um an inertem Gas zu sparen und das Verfahren zu beschleunigen, besonders in den Fällen, in welchen eine billige Quelle von inertem Gas nicht vorhanden ist, wird das Anschweißen des Deckels 12 an sein Gehäuse 10 auf folgende Weise gemäß Abb. 2 ausgeführt. Nach Zusammensetzen der Teile des Umformers und nach Aufsetzen des Deckels 12 wird über den Behälter 10 und seinen Verschluß 12 eine domförmige Metallkappe 22 aufgesetzt. Die Kappe 22 hat am besten eine solche Form, daß sie an dem oberen Rande io^a des Deckels 12 anliegt, der bei 23 ausgespart oder erweitert ist, um das obere Ende des Behälters 10 aufzunehmen. Die Kappe 22 hat einen aufwärts gerichteten Flansch 24 zur Befestigung des oberen Endes 25·^ einer Muffe 25 aus Gummi von solcher Breite, daß das untere Ende 25^ über den unteren Teil der Kappe 22 und das obere Ende des Behälters 10 greift. Das obere Ende 25* der Muffe 25 ist gasdicht an dem Flansch 24 mittels des Spannringes 26 befestigt. Wenn die Muffe 25 die in ausgezogenen Linien (Abb. 2) gezeigte Lage einnimmt, dann wird die Naht zwischen der Kappe 22 und dem Behälter 10 von der Muffe 25 überdeckt.

An das untere Ende des Behälters 10 ist ein Rohr 27 angeschlossen, das zwei Abzweigungen hat; der eine Zweig 28 mit Ventil 29 führt zu der Flasche 18, die mit Ventil 20 und Manometer 21 ausgestattet ist, der andere Zweig 30 mit Venturi führt zu einer Pumpe32, die z.B. von dem Motor 33 angetrieben wird. Um die Luft des Behälters 10 durch inertes Gas zu ersetzen, wie z. B. Stickstoff aus der Flasche 18, wird das Ventil 29 geschlossen und das Ventil 31 geöffnet. Die Pumpe 32 wird dann angelassen und saugt die sauerstoffhaltige Luft soweit wie möglich aus dem Behälter 10 aus. Während des Aussaugens durch die Pumpe 32 verschließt die Muffe 25 die Verbindung zwischen der Kappe 22 und dem Behälter 10 und verhindert den Eintritt von Luft in den Behälter. Das Ventil 31 wird dann geschlossen und Ventil 29 geöffnet, mittels des Ventils 20 wird der Behälter bis zu dem gewünschten Maße mit Stickstoff aus der Flasche 18 beschickt. Dieser Stickstoff mischt sich mit dem in dem Behälter 10 verbliebenen Luftrest, den die Pumpe 32 nicht entfernen konnte. Das Ventil 29 wird dann wieder geschlossen und

Ventil 3i geöffnet, und die Mischung aus inertem Gas und sauerstoffhaltiger Luft wird entfernt. Dieser Vorgang kann sooft wie nötig wiederholt werden, und der Sauerstoffgehalt des Behälters io nimmt immer mehr ab und kann so weit vermindert werden, bis er unschädlich ist. Der Behälter io wird dann mit inertem Gas aus der Flasche i8 bei einem etwas höheren Druck als Atmosphärendruck gefüllt, worauf die Verbindung zwischen der Kappe 22 und dem Behälter io aufgehoben werden kann, indem man die Muffe 25 in die punktierte Lage 25^C aufrollt. Die Kappe mit ihren Teilen kann dann abgenommen werden. Der Schweißbrenner 17 wird dann wie bei Abb. 1 angesetzt, um den oberen Rand ΐο^α des Behälters 10 zu erhitzen, damit er nach innen und über den Deckel 12 gebogen werden kann, wie bei 16 (Abb. 1) angedeutet ist, wo auch das Verschweißen beginnt. Das Ventil 31 bleibt geschlossen, das Ventil 29 offen. Der Druck des inerten Gases innerhalb des Behälters 10 wird mittels des Ventils 20 so weit über Atmosphärendruck aufrechterhalten, daß die Teile, welche zum Biegen erhitzt werden, und die Schweißstellen in einer sauerstofffreien Atmosphäre verbleiben und der Eintritt der Luft von außen an die erhitzten Teile verhindert wird. In dem Maße, in dem das Schweißen der Verbindung zwischen dem Deckel 12 und dem Behälter 10 fortschreitet und sich dem Ende nähert, kann der Druck des inerten Gases in dem Behälter 10 allmählich herabgesetzt werden, wie für Abb. 1 beschrieben. Auf diese Weise wird die sauerstoffhaltige Luft des Behälters billiger und schneller durch inertes Gas ersetzt; wenn man das Entweichen des inerten Gases durch die unvollkommene Verbindung zwischen den Teilen 12 und 10 herbeiführt, während diese Teile zum Umbördeln erhitzt und dann allmählich zusammengeschweißt werden, wird der Zutritt von Sauerstoff zu der Erhitzungs- und Schweißstelle vollständig ausgeschlossen und die Bildung des unerwünschten magnetischen Oxyds verhindert. Während des Erhitzens oder des Schweißens kann ein Wasserstrahl durch die Düse 34 (Abb. ι) an die unteren Teile des Umformergehäuses zugeführt werden, um das Überhitzen dieser Teile und des sie berührenden Umformers zu verhindern.

Abgesehen von den bereits angegebenen Vorteilen wird durch die Erfindung ein Umformergehäuse geschaffen, welches dem notwendigen hohen Druck des dielektrischen Gases ohne Verlust an solchem widersteht.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Aufschweißen von Dekkeln auf Behälter, z. B. Umformerbehälter, unter dem Schutz nicht oxydierender Gase, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schweißen die Luft in dem Behälter (10) durch ein Schutzgas ersetzt und während des Schweißens in den Behälter noch weiter Schutzgas eingepreßt wird, so daß Schutzgas statt Luft dauernd über die Schweißstellen aus dem Spalt zwischen Behälter und Deckel strömt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schweißen die Luft durch das eingepreßte Schutzgas verdrängt und dann erst unter Fortsetzung des Einpressens von Schutzgas das Schweißen vorgenommen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer besonderen Abdichtung für Deckel und Behälter gegen den Eintritt von Luft diese aus dem Behälter durch Absaugen entfernt und dann Schutzgas eingelassen wird, hierauf die besondere Abdichtung entfernt und unter Fortsetzung des Einpressens von Schutzgas das Schweißen vorgenommen wird.
4. 4. Behälter zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem an der inneren Behälterwandung (10) anliegenden Deckel (12) versehen ist, damit das Schutzgas auf dem kürzesten Wege und ungehindert die Schweißstellen bestreichen kann.
5. 5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen Deckel und Behälter zwecks Aussaugens der Luft aus dem Behälter (10) durch eine über den Spalt geschobene elastische Muffe (25) luftdicht verschlossen wird.
6. 6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über den Deckel (12) zwecks Aussaugens der Luft aus dem Behälter (10) eine Kappe (22) gestülpt wird, die mit dem Behälter (10) durch die elastische Muffe (25) luftdicht verschlossen wird.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (22) einen Flansch (24) zum Abdichten der elastischen Muffe (25) mj+tels eines Spannringes (26) trägt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.