DE69529341T2

DE69529341T2 - Vorrichtung zum stumpfschweissen von rohren

Info

Publication number: DE69529341T2
Application number: DE69529341T
Authority: DE
Inventors: Hans-Joergen Pedersen
Original assignee: METALEX AS BAGSVAERD
Current assignee: METALEX AS BAGSVAERD
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: DK0787058T3; EP0787058A1; WO1996011765A1; AU3741795A; EP0787058B1; ATE230651T1; DE69529341D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Eine ähnliche Einrichtung ist offenbart in einem Artikel "Gasreinigen beim Rohrverschweißen" in "Welding & Metal Fabrication", Januar/Februar 1989.
Wie sich insbesondere aus Fig. 2 in diesem Artikel ergibt, existiert ein Raum mit einem wesentlichen Volumen zwischen der rechten (stromaufwärtigen) Sperre durch welche hindurch das Reinigungsgas zugeführt wird; und der linken (stromabwärtigen) Sperre, durch welche hindurch das Reinigungsgas ausfließt und bei welcher es möglicherweise auf seinen Sauerstoffgehalt hin überprüft wird, wobei die Längen dieses Raums zumindest 2 · 150 mm sein müssen, um zu vermeiden, dass die Hitze des Schweißens die Sperrenelemente beschädigt. Ein Raum mit einer solchen Größe erfordert notwendigerweise eine entsprechend große Menge von zuzuführendem Reinigungsgas, und da der Strom des Reinigungsgases den gesamten Raum innerhalb der Röhren einnimmt, muss es notwendiger Weise - wenn es auch einen gewissen Kühleffekt auf das stromaufwärtige Sperrenelement haben soll - eine recht hohe Durchflussgeschwindigkeit haben, und daher ist eine entsprechend große Menge an Gas pro Zeiteinheit zuzuführen. Außerdem ist die in diesem Artikel beschriebene Einrichtung sperrig in der Verwendung, da sie zwei Sperrenelemente aufweist, nämlich eines für jedes der beiden Rohre, die zusammenzuschweißen sind.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher es möglich ist, eine Verschwendung an Zeit und Gas zu vermeiden, und dieses Ziel wird erreicht gemäß der vorliegenden Erfindung mittels der in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale.
Der mit dem Merkmal gemäß Punkt c des Anspruchs 1 erzielte Effekt ist, dass das Reinigungsgas laminar oder quasi laminar an der Schweißstelle vorbeiströmen wird, so dass letztere so "gespült" wird, dass absorbierte Gase, insbesondere Sauerstoff, von den Innenwänden der Rohre entfernt werden. Ein weiterer Effekt ist, dass die Ausbildung von Wirbelströmen, die unerwünschte Gase in den Bereich der Schweißstelle tragen könnten, vermieden wird.
Der Effekt des Merkmals gemäß Punkt d des Anspruchs 1 ist, dass der Sauerstoffgehalt an der beschriebenen Stelle während der Verwendung immer höher sein wird als an der Schweißstelle. Diese bedeutet, dass, sobald sichergestellt worden ist, dass der Sauerstoffgehalt an dieser Stelle gleich oder niedriger ist als der erlaubte Grenzwert, man sicher sein kann, dass der Sauerstoffgehalt an der Schweißstelle den Grenzwert nicht überschreitet.
Der Effekt der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist, dass das Sperrenelement leicht axial in dem fraglichen Rohr zentriert werden kann, so dass die Position, bei welcher die Gasprüf- oder Gaserfassungseinrichtung Gas stichprobenartig überprüft oder seinen Gehalt erfasst, zentral in dem anderen Rohr vorgesehen sein wird, so dass eine verlässliche Stichprobenentnahme oder Erfassung des Sauerstoffgehalts des Gases erleichtert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In dem nun folgenden ausführlichen Bereich der vorliegenden Beschreibung wird die Erfindung genauer mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform einer in den Zeichnungen dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben, wobei
Fig. 1 die Einrichtung selbst im Längsschnitt und diagrammatisch die Zubehörteile zeigt, und
Fig. 2 die Einrichtung der Fig. 1 zeigt, wie sie nahe an den wechselseitig benachbarten Enden zweier zusammenzuschweißender Rohre angeordnet ist, deren Enden im Längsschnitt dargestellt sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Einrichtung besteht aus einem Hauptteil, dem "Stopfen", einem Adapter und drei flexiblen Gasleitungen zum Verbinden mit den erforderlichen Zubehöreinrichtungen. Der Stopfen besteht aus einem Aluminiumkörper 1, einer dehnbaren Röhre 2, zwei konischen Klemmringen 3 und 4, einer Verbindungsmutter 5 und einer Sonde 6.
Der Adapter 7 besteht aus einem festen Zylinder, an dessen einem Ende drei Leitungsanschlüsse 8a, 8b und 8c vorgesehen sind, und an dessen anderem Ende drei röhrenförmige Zacken 9a, 9b 7nd 9c in fluiddichtem Eingriff mit entsprechenden Sockeln 10a, 10b und 10c in dem Körper 1 vorgesehen sind.
Drei axial sich erstreckende Kanäle 11a, 11b und 11c sind durch den Körper 1 hindurch gebohrt, durch den Adapter 7 und die Zacken 9a bis c. Der Kanal 11a dient dazu, Gas zu der dehnbaren Röhre 2 zu befördern, während der Kanal 11b dazu dient, Rückgas oder unterstützendes Gas zu der Schweißstelle zu befördern, und der Kanal 11c ist mit der Sonde 6 verbunden, um den Sauerstoffgehalt zu messen.
In dem vorderen Ende - d. h. in dem in den Fig. 1 und 2 nach links zeigenden Ende - ist der Körper 1 mit einem abgerundeten Kopf 12 versehen, dessen Größe an den Innendurchmesser der zu verschweißenden Rohre angepasst ist, d. h. grob gesagt an den Außendurchmesser der Klemmringe 3 und 4, und zwar so, dass eine ringförmige Lücke 28 mit einer bestimmten begrenzten radialen Breite zwischen dem Kopf 12 und der Innenwand des umgehenden Rohrs ausgeformt ist.
Die Sonne 6 erstreckt sich koaxial zu dem Kopf 12 und ist in einer Schraubenöffnung in dem Kopf eingeschraubt.
Der Kopf 12 ist mit dem Körper 1 durch einen Hals 13 verbunden, der mit einer großen Anzahl von radial hervorbrechenden Öffnungen 14 versehen ist, die alle mit dem Rückgaskanal 11b verbunden sind.
In der Mitte des Körpers 1 setzt sich der Kanal 11a in einer radialen Öffnung 15 fort, die auf der Innenseite der dehnbaren Röhre 2 hervorbricht, deren Enden zwischen inneren konischen Flächen an den Klemmringen 3 und 4 und äußeren konischen Flächen 16 mit Umfangsnuten 16a an dem Körper 1 verklemmt sind. Die Klemmringe 3 und 4 sind an den Körper 1 mittels Schraubengewinden 17 angeschraubt, so dass sie die Enden der dehnbaren Röhre 2 gegen die konischen Flächen 16 am Äußeren des Körpers 1 mit ihren inneren konischen Flächen 3a und 4a verklemmen können, wobei alle konischen Flächen vorzugsweise die gleiche Konizität haben.
Im entspannten Zustand entspricht der Innendurchmesser der inneren Röhre 2 dem kleinsten Durchmesser der konischen Oberflächen 16, so dass die inhärente Elastizität der Röhre dazu führen wird, dass sie an den Oberflächen anliegt oder sich zumindest nahe an diesen Oberflächen befindet.
Durch den Adapter 7 sind, durch eine Verbindungsmutter 5, die an dem Körper 1 angebracht ist, die drei Kanäle 11a, 11b und 11c mit drei flexiblen Gasleitungen 18a, 10b bzw. 18c verbunden.
Die Gasleitung 18a ist mit einem Dreiwegeventil 21 verbunden, so dass sie optional mit der Atmosphäre oder mit der Auslassseite eines Reduzierventils 20 verbunden werden kann, dessen Einlassseite mit einem Gaszylinder 19 verbunden ist, der Gas enthält, das für die Verwendung als Rückgas oder unterstützendes Gas in jedem bestimmten Fall beabstandet ist.
In ähnlicher Art und Weise ist die Gasleitung 18b mit der Auslassseite des Reduzierventils 20 durch ein Regelventil 23 mit einem dazugehörigen Flusssensor 22 verbunden.
Die Gasleitung 18c ist mit einer Sauerstoffmesseinrichtung 24 verbunden, die beispielsweise mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) daran angepasst ist, Gas von der Sonde 6 zu dem Kanal 11c zu saugen und so den Sauerstoffgehalt in dem Bereich zu messen, der die Spitze der Sonde unmittelbar umgibt.
Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, zwei Rohre 25 und 26 an einer Schweißlinie 27 zusammengeschweißt werden sollen, wird die Rückgaseinrichtung in ein Rohr 25 so eingesetzt, dass die Spitze der Sonde 6 sich auf der gegenüberliegenden Seite der Schweißlinie 27 befindet.
Wenn die Rückgaseinrichtung in das Rohr 25 eingesetzt ist, werden nur die Klemmringe 3 und 4 und die dehnbare Röhre 2 in Kontakt mit der Innenfläche des Rohres gelangen. Da angedacht ist, dass diese Teile aus relativ weichen Materialien bestehen sollen, wie beispielsweise PTFE bzw. Silikongummi, werden selbst elektropolierte Rohre mit extrem empfindlichen Innenflächen nicht beschädigt werden, und gleichzeitig kann die Einrichtung sicher in dem Rohr gehalten werden, wie nun beschrieben werden wird.
Wenn die Einrichtung in der oben beschriebenen Art und Weise in das Rohr 25 eingesetzt worden ist, wird das Dreiwegeventil 21 so eingestellt, dass es die Gasleitung 18a mit dem Auslass des Reduzierventils 20 verbindet. Das unter Druck stehende Gas von dem Zylinder 19 wird dann dazu führen, dass sich die Röhre 2 ausdehnt, so dass sie die Einrichtung sicher und zentriert in dem Rohr verklemmen wird, wobei letzteres gleichzeitig auf vollständig fluiddichte Art und Weise verschlossen werden wird.
Nun wird das Regelventil 23 geöffnet, und der Gasstrom wird eingestellt mittels des Flusssensors 22. Dies führt dazu, dass Gas durch die Leitung 18b, den Kanal 11b und die radial gerichteten Öffnungen 14 hinaus in den Raum um den Hals 13 herum strömt, von wo aus es in laminarer oder zumindest quasi laminarer Art und Weise durch die ringförmige Lücke 28 in Richtung der Schweißlinie 27 strömt. Da der Gasstrom laminar oder quasi laminar ist, wird ein großer Anteil des Sauerstoffs, der an den Innenflächen der Röhre adsorbiert worden ist, entfernt werden.
Der laminare oder quasi laminare Gasstrom setzt sich an der Schweißlinie 27 vorbei fort und bedeckt sie vollständig, so dass es nicht notwendig sein wird, einen Gegendruck von dem gegenüberliegenden Ende des Rohres 26 her aufzubauen. Daher kann das Rohr 26 offen bleiben und somit auf atmosphärischem Druck.
Da die beiden Rohre 25 und 26 nur mit Gas in dem Raum zwischen dem Hals 13 und der Spitze der Sonde 6 gefüllt werden müssen, kann das Befüllen sehr schnell und mit wenig Gas durchgeführt werden.
Wenn dies zu diesem Zeitpunkt noch nicht geschehen ist, wird nun die der Sauerstoffmesseinrichtung 24 zugeordnete Pumpe gestartet, so dass Gas von der Spitze der Sonde 6 durch den Kanal 11c und die Leitung 18c angesaugt wird. Auf diese Art und Weise wird der Sauerstoffgehalt in dem Rohr 26 auf der entfernten Seite der Schweißlinie 27 gemessen, und da das aus den Öffnungen 14 und der ringförmigen Lücke 28 herauskommende Rückgas entlang den Seiten der Rohre strömt, wird das Gas in der unmittelbaren Nachbarschaft der Schweißlinie 27 immer einen geringeren Sauerstoffgehalt haben als das Gas, das durch die Sonde 6 angesaugt und in der Sauerstoffmesseinrichtung 24 gemessen wird. Dies bedeutet, dass, wenn der Sauerstoffgehalt in dem Rohr 26, wie er gemessen wird, höchstens gleich dem Grenzwert ist, der für das Schweißen erlaubt ist, man sicher sein kann, dass der Sauerstoffgehalt in der unmittelbaren Nachbarschaft der Schweißlinie 27 den erlaubten Wert nicht überschreitet, und der Schweißvorgang kann nun beginnen.
Wenn der Schweißvorgang vollendet ist, werden die Rohre 25 und 26, die mittels Schweißen verbunden worden sind, abgekühlt. Da, wie oben beschrieben, das Gas eng an den Wänden der Rohre vorbeiströmt, werden die Schweißlinie und ihre Umgebung schneller abgekühlt werden als bei der herkömmlichen Rückgasbefüllung, siehe auch die aus dem anfangs erwähnten Artikel bekannte Einrichtung, bei welcher der. Strom den gesamten Raum innerhalb der Rohre einnimmt. Nach dem Abkühlen wird das Dreiwegeventil 20 zur Atmosphäre hin geöffnet, und die dehnbare Röhre 2 wird entleert, so dass die Einrichtung herausgehoben und für die nächste Aufgabe vorbereitet werden kann. Wenn die nächste Aufgabe in Rohren mit unterschiedlichen Abmaße durchgeführt werden muss, wird die Verbindungsmutter 5 abgeschraubt, und anschließend kann der Adapter 7 an einem anderen Körper 1 mit passenden Abmaßen befestigt werden.
1 (Aluminium-) Körper
2 Dehnbare Röhre
3 Klemmring
4 Klemmring
5 Verbindungsmutter
6 Sonde
7 Adapter
8a-c Leitungsanschluss
9a-c (röhrenförmiger) Zacken
10a-c Sockel
11a-c Kanal
12 Kopf
13 Hals
14 Öffnungen
15 Öffnung
T6 Konische (Dichtungs-)Fläche
16a Nut
17 Schraubengewinde
18a-c (flexible) Gasleitung
19 Gaszylinder
20 Reduzierventil
21 Dreiwegeventil
22 Durchflusssensor
23 Regelventil
24 Sauerstoffmesseinrichtung
25 Rohr
26 Rohr
27 Schweißlinie oder -stelle
28 Ringförmige Lücke

Claims

1. Einrichtung für die Verwendung beim Verbinden von zwei Rohren mittels einer Stoßschweißverbindung mit

a) einem Sperrenelement (1, 2), welches dazu ausgestaltet ist, einen Teil des Inneren eines Rohrs von einem anderen Teil davon auf im Wesentlichen fluid-dichte Art und Weise abzuschließen,

b) Gaszuführmitteln (12, 13, 14), die auf der Seite des Sperrenelements (1, 2) hervorbrechen, die zu einer Schweißstelle (27) hinweisen soll, und die mit einer Gaszuführeinrichtung (19) verbunden oder verbindbar sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

c) die Gaszuführmittel (12, 13, 14) einen Vorsprung (12) aufweisen, der an dem Sperrenelement (1, 2) platziert ist und einen geringeren Durchmesser hat als dieses, wohingegen mehrere Düsen (14) um den Teil des Vorsprungs herum winklig gleichmäßig verteilt sind, der dem Sperrenelement (1, 2) am nächsten ist, wobei die Düsen (14) mit der Gaszuführeinrichtung (19) verbunden oder verbindbar sind, und dass

d) ein Gasprüf- oder Gaserfassungselement (6) vorgesehen ist, welches an dem Sperrenelement angebracht ist und sich bis zu einer Stelle in einem größeren Abstand von dem Sperrenelement (1, 2) erstreckt als die Gaszuführmittel (12, 13, 14), und das dazu angepasst ist, eine Gasprobe von dieser Stelle zu entnehmen und sie an eine Testvorrichtung (24) zu übertragen und/oder an dieser Stelle einen Parameter zu erfassen, der für die Zusammensetzung des Gases von Bedeutung ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Anordnung, die aus dem Sperrenelement (1, 2) und der Gasprüf- oder Gaserfassungseinrichtung (6) besteht, im Wesentlichen rotationssymmetrisch ist, und

b) dass das Sperrenelement (1, 2) eine aufblasbare Wand (2) aufweist, die im aufgeblasenen Zustand auf fluid-dichte Art und Weise gegen die innere Wand eines Rohrs drückbar ist, wobei das Sperrenelement einen Körper (1) und eine aufblasbare röhrenförmige Wand (2) aus Gummi oder einem gummiartigen Material aufweist, welche sowohl im nicht-aufgeblasenen als auch im aufgeblasenen Zustand den Körper (1) umgibt, wobei diese Wand (2) an jedem Ende auf fluid-dichte Art und Weise mit dem Körper (1) verbunden ist, und zwar mittels einer Verbindung, die zwei konische Umfangsdichtungsflächen (16) an der Außenseite des Körpers (1) aufweist sowie zwe i Klemmringe (3, 4), die die Endteile der Wand (2) umgeben können und diese Endteile in einem fluiddichten Eingriff gegen die Dichtungsflächen (16) drücken können, wobei jeder Klemmring (3, 4) eine innere konische Umfangsfläche (3a, 4a) mit im Wesentlichen der gleichen Konizität aufweist wie die Dichtungsflächen (16), wobei jeder Ring dazu ausgestaltet ist, relativ zu dem Körper (1) in einer solchen Richtung bewegt zu werden, dass der Raum zwischen den Dichtungsflächen (16) und den inneren konischen Flächen (3a, 4a) sich vermindert, beispielsweise dadurch, dass der Klemmring (3, 4) mit dem Körper (1) durch eine Schraubenverbindung (17) verbunden ist.