DE60011402T2 - Verfahren und Kopf zum Verbinden von Rohren und Rohrbogen aus rostfreiem Stahl - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches verwendet wird zum Präparieren von Rohrteilen aus rostfreiem Stahl, bevor sie mittels eines "WIG"-Systems geschweißt werden in einer inerten Atmosphäre auf Basis des Gases Argon oder jedes anderen Gases, welches den Eintritt des Luftsauerstoffes verhindert zum Vermeiden der Nitrierung des Materials oder das dieses eingebrannt wird und zum Erzielen einer sauberen Schweißung, die frei von Unreinheiten und Poren ist, wobei die Dichtheit sichergestellt werden kann.
• Wenn es sich um das Verbinden von geraden Rohren handelt, kann dieses Schweißen mit einem Spezialgerät durchgeführt werden, welches ein Standard-Kopfstück hat zur Umlauf-Bewegung um das Rohr herum, wobei aber dafür eine Ausrichtung und eine perfekte Zentrierung zwischen den beiden Abschnitten des zu verbindenden Rohrs notwendig ist, was einfach erzielt werden kann, wenn die beiden gerade sind, was nicht der Fall ist, wenn die Rohre Gabeln sind, wie jene, welche in den Rippen von Wärmetauschern oder zum Schließen des Kreislaufes eingesetzt sind, wobei es notwendig ist, Bögen des gleichen Rohrtyps und des gleichen Durchmessers zu schweißen, wie die Anschluss- oder Gabel-Rohre, und wobei es außerdem keinen notwendigen Raum zum Ausrichten der Rohre und zum Durchführen des Schweißens mittels des oben genannten Systems mit dem Standard-Umlauf-Kopfstück gibt, was eine notwendige Bedingung zum Erzielen einer völligen Dichtheit im Kreislauf ist.
• Bisher wird dieser Kreislauf-Typ mit Kupferrohren verwirklicht, welche mit den konventionellen Mitteln perfekt geschweißt werden, bei denen als Fluide Kühlgase verwendet werden, die als CFC und dergleichen bekannt sind, welche ernste Probleme gegenüber der Ozonschicht aufweisen. Im Streben, jenes Problem zu lösen, verwendet man neuerdings als Kühlgas Ammoniak (NH3), welches aber den Nachteil aufweist, dass es Kupfer angreift, was es notwendig macht, die Tauscher mit Rohren aus rostfreiem Stahl herzustellen, welche die oben erwähnten Schweiß-Probleme aufweisen und wo es außerdem notwendig ist, sehr darauf zu achten, dass es keine Entweichungen von Ammoniak-Gas durch die Poren gibt, denn auf jeden Fall weisen die Entweichungen von diesem Produkt unter anderen Nachteilen seine Toxizität im Gaszustand auf.
• Das Problem ist durch die Erfindung gelöst worden, indem eine Aufdehnung am Ende eines der zu verbindenden Rohre für den Fall bewirkt wird, wenn das Rohr von Rippen-Gabeln stammt. Diese Aufdehnung hat einen Innen-Durchmesser, der gleich dem Außendurchmesser des Originalrohres ist, derart dass in sein Inneres ein gerader Abschnitt eines den Kreislauf schließenden Bogens eingesetzt werden kann, welcher ausgerichtet und konzentrisch bleibt, damit ein spezielles, automatisches Kopfstück das Umlauf-Schweißen ringsherum um die Verbindung ohne irgendeine Art von Problem bewirken kann. Diese Lösung erlaubt daher, die vollständige Dichtheit des Kreislaufs sicherzustellen. Es ist außerdem bemerkenswert, dass sich der Innendurchmesser im Schweiß- und Verbindungs-Bereich nicht verengt, denn die konstitutiven Rohre des Kreislaufs weisen den gleichen Durchmesser auf, derart dass mögliche Ladungsverluste in dem Kreislauf vermieden werden.
• Für die Realisierung von dieser Schweißung hat man ein spezielles, automatisches Kopfstück geplant, welches einen Rahmen mit Konfiguration in Form eines "L" 's aufweist, wobei man in einem seiner Schenkel einen Anschlag vorgesehen hat, welcher das Stück festhält, welches zu einer Verbindung geschweißt wird, wohingegen man an seinem anderen Schenkel Greifbacken angeordnet hat, welche den geraden Abschnitt halten, wobei die Schweiß-Zone in einer Zwischen-Ebene ist, wo ein drehbarer Zahnkranz platziert ist, in welchen der Wolframelektrodenhalter, sowie die Enden eines Wasser-Kühlkreislaufes und der Ausgang für ein Fluid aus Inertgas inkorporiert ist, normalerweise Argon, welches notwendig ist, damit die Schweißung ohne den Eintritt von Umgebungs-Luftsauerstoff realisiert werden kann und sie konsequenterweise korrekt und frei von Poren im Inneren des Materials ist.
• Dieser drehbare Kranz ist auf dem Rahmen mittels kreisförmiger Führungen gehalten, welche sein Drehen in einer vollständigen Umlauf-Fahrt um den zu verbindenden Bereich herum erlauben. Übrigens weisen die Führungen des besagten Kranzes eine Öffnung oder seitliche Aussparung auf, welche das vorherige Einsetzen von zu verbindenden Stücken in dessen Inneres erlauben, damit die Umlauf-Bewegung um diese herum realisierbar ist. Der drehbare Kranz wird in seiner Drehbewegung von Zahnrädern angetrieben, welche in tangentialer Position platziert sind und vom realisierten Getriebe ausgehend von einem Motor verstellt werden, der an einem oberen Teil angeordnet ist. Dieser Mechanismus wird mittels einer Zentral-Einrichtung elektronisch gesteuert, welche an das beschriebene Kopfstück einen elektrisch Strom versendet, wie sowohl an den Motor als auch an die Schweißelektrode, wobei deren Strom an diesem Punkt ein Impulslichtbogen ist.
• Diese und andere Merkmale der Erfindung werden mit Hilfe der folgenden Beschreibung besser verstanden, welche auf der Grundlage eines Ausführungsbeispiels realisiert ist, wobei diese Beschreibung auf der Grundlage der Zeichnungen der beigelegten Pläne durchgeführt ist, wo:
• die 1, 2 und 3 jeweils ein Bogenstück (1) und einen Rohrabschnitt (2) bevor die Verbindung durchgeführt ist, im Moment vor dem Schweißen und einmal die geschweißten Elemente zeigen,
• die 4 in einer allgemeinen Projektions- und einer Diametralschnitt-Ansicht ein spezielles Schweiß-Kopfstück zeigt, welches in Position platziert ist zum Durchführen der Verbindung zwischen zwei Stücken (1), (2) und (3).
• Es handelt sich hier in dem Fall um ein Verbinden eines Bogens (1), welcher beispielsweise den Kreislauf eines Wärmetauschers schließt, und der Rohrabschnitte (2) und (3), die beispielsweise von den Rippen-Gabeln des Tauschers stammen; wobei man dafür in den Endstücken (21) der Stücke (2) und (3) eine Aufdehnung bewirkt, welche einen Innendurchmesser hat, der gleich dem Außendurchmesser der Rohre ist, die jeweils dem Stück konform sind. Man setzt ins Innere der Aufdehnungen (21) die geraden Enden des Bogens (1) parallel ein, welche perfekt geführt und zentriert sind, wobei es im Inneren eine Kontinuität in der Leitung gibt, denn sowohl der Bogen (1) als auch die Stücke (2) und (3) haben einen gleichen Innendurchmesser, (siehe 2). In der Folge bewirkt man die Schweißung mittels eines "WIG"-Systems in Inert-Atmosphäre mit einem Umlauf-Kopf, welcher eine Verbindung (4) im Konfrontations-Bereich der Aufdehnungen (11) und (21) ausbilden, von denen das Schmelzmittel aus dem selben Material stammt wie die Rohre, und ohne irgendeinen Zutrag von außen, der sich seinerseits auf der Verbindung der Stücke (1), (2) und (3) ablagert, wodurch daher durch die Fusion der Stücke eine vollständige Kreislauf-Dichtheit sichergestellt wird.
• Für das Durchführen von jenem Verbindungs-Verfahren sieht man ein spezielles Kopfstück vor, welches detaillierter in der 4 dargestellt ist, welches einen Rahmen (5) aufweist, welcher eine im Wesentlichen "L"-förmige Konfiguration hat, wobei an einem seiner Schenkel (51) ein Anschlag (53) platziert ist, welcher mit Greifbacken (54) assoziiert ist, welche an dem anderen Schenkel (52) vorhanden sind, welche die Immobilisierung der beiden zu verbindenden Stücke (1) und (2) erlauben, wobei einmal die Tätigkeiten der Aufweitung und des Einsetzens des Abschnitts des Rohrs (4) in das Innere realisiert werden, wie es hier oben beschrieben worden ist. Der Anschlag (53) ist vorzugsweise eine Mikrometer-Schraube oder ein Element, welches eine Feder aufweist, welches an seinem Ende an einem Punkt einen Druck gegen das Stück (1) ausübt, wie die Mitte dessen Bogens oder leicht an eine Außenebene; wobei außerdem die Greifbacken (54) vom Typ einer mechanischen Feder sind, beziehungsweise eine Nocke haben, welche von einem kleinen, pneumatischen Zylinder angetrieben wird, welche den geraden Abschnitt (2) an zwei Punkten fest ergreift, um dessen Immobilisierung gegenüber dem Rahmen und gegenüber dem Stück (1), welches an diesem montiert ist, zu vereinfachen.
• In der Mitte des Rahmens (5), dass heißt wo der Verbindungs-Bereich (4) zwischen den Stücken (1) und (2) zusammentrifft, beziehungsweise wo das Schweißen durchgeführt wird, ist ein Zahnkranz (61) angeordnet, der den korrespondierenden Wolframelektrodenhalter (62) sowie die Leitungen inkorporiert, von denen durch die eine das Kühlwasser für den Schweiß-Bereich und durch die andere das Inertgas zirkuliert, vorzugsweise Argon, welches für die Realisierung von jenem Verbindungsvorgang ohne Luftsauerstoff und folglich mit den Garantien der vollständigen Dichtheit und der Aufrechterhaltung notwendig ist.
• Dieser Zahnkranz (61) realisiert eine Umlauf-Drehbewegung um die Verbindungs-Zone (4) herum und er ist zu diesem Zweck auf kreisförmigen Führungen (63) montiert, welche an dem Rahmen (5) vorgesehen sind und welche alle wie der Zahnkranz (61) Öffnungen oder seitliche Ausnehmungen aufweisen, welche das Einsetzen der Stücke (1) und (2) ins Innere des Zahnkranzes und der kreisförmigen Führungen erlauben, um, einmal adäquat immobilisiert, die Umlauf-Bewegung gleichzeitig wie die Realisierung des Schweißens der gesamten Verbindung realisieren zu können.
• Für die Verstellung des Zahnkranzes (61) sieht man Zahnräder (71) vor, welche tangential platziert sind, welche über das Getriebe (72) den Antrieb eines Motors (73) empfangen, welcher vorzugsweise am Schenkel (51) des Rahmens platziert ist. Jener Mechanismus wird mittels einer zentralen Einrichtung gesteuert, welche an das beschriebene Kopfstück elektrischen Strom sendet, wie sowohl für die Funktion des Motors (73) als auch für die Wolframelektrode (72).
• Die elektrische Stromversorgungseinheit am Kopfstück wird elektrisch betätigt und mittels eines Mikroprozessors gesteuert, welcher eine hohe Präzision erlaubt, nicht nur beim Impuls-Strom (WIG), sondern auch bei der Einspeisung des Inertgases und einer automatischen Zeitmessung der Dreh-Bewegungsgeschwindigkeit des Wolframelektrodenhalters.
• Ein Visier (8), welches auf dem Kopfstück vorhanden ist, erlaubt vor dem Schweißen, die exakte Position der Elektrode auf der Linie zu überwachen, wo es notwendig ist, das Schweißen für eine perfekte Fusion der beiden zu verschweißenden Stücke durchzuführen.

Claims (2)

1. Verfahren für das Verbinden von Rohrteilen und Bögen aus rostfreiem Stahl, die mit dem "WIG" System geschweißt werden, mit Impulslichtbogen und Inertgasatmosphäre auf der Grundlage von Argon, um eine Nitrierung des Materials zu verhindern und eine saubere Schweißung ohne Unreinheiten und Poren zu erreichen, wobei die Schweißung mit einem Spezialgerät durchgeführt wird, das mit einem Kopfstück ausgestattet ist, das eine umlaufende Drehung ausführt und eine einwandfreie Ausrichtung und Zentrierung zwischen den zu verbindenden Teilen erfordert, bei dem zunächst eine Aufdehnung (21) an den Enden der zu verbindenden Rohrteilen (2) und (3) vorgenommen wird, mit einem Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des Originalrohrs entspricht, wobei im Inneren der genannten Aufdehnungen die geraden Enden des Bogens (1) eingeführt werden, wonach eine umlaufende Schweißung vorgenommen wird, um die Verbindung, nachdem die gegenüberliegenden Teile miteinander verbunden wurden.
2. Kopfstück für das Verbinden von Rohrteilen und Bögen aus rostfreiem Stahl nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes umfasst: a) einen L-förmigen Rahmen (5), von dem ein Schenkel (51) einen Anschlag (53) aufweist, der das gebogene Teil (1) festhält, während der andere Schenkel (52) Greifbacken (54) aufweist, um das gerade Teil (2) festzuhalten, wobei der Schweißbereich zwischen den beiden Befestigungsmitteln zu liegen kommt; b) Schweißmittel (6), die am genannten Rahmen (5) angeordnet sind, gegenüber dem Verbindungsbereich (4), bestehend aus einem Zahnkranz (61), der die entsprechenden Wolframelektrodenhalter (62) und eine Kühlleitung, sowie eine weitere Leitung für die Zufuhr von Inertgas, das notwendig ist, um die Schweißungen ohne Sauerstoff durchzuführen aufweist, wobei dieser Kranz auf kreisförmigen Führungen (63) montiert wird, die auf dem Rahmen (5) angeordnet sind, wobei beide mit einer seitlichen Aussparung ausgestattet sind, die ausreichend groß ist, um den Zugang zum Inneren der zu verschweißenden Teile zu ermöglichen; c) Antriebsmittel für den genannten Kranz (61) bei einer planetarischen Drehbewegung um den Verbindungsbereich (4), die von Zahnrädern (71) gebildet sind, die mit dem Zahnkranz (61) verzahnen und durch die Übertragung (72) bewegt werden, die von einem Motor (73) aus durchgeführt wird, der auf dem gegenüberliegenden Schenkel (51) des Rahmens angeordnet ist; und d) ein Visier (8), das es ermöglicht, vor Beginn des Schweißzyklus die genaue Positionierung der Elektrode zu prüfen.