DE69628676T2 - Verfahren zum rohrschweissen - Google Patents

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D. William PARKER
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  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft das Gebiet des Zusammenschweißens von Rohrstücken, um eine lange, durchgehende Rohrleitung herzustellen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem das Schweißen mit Maschinen durchgeführt wird.
  • 2. Hintergrund der Erfindung
  • Eines der bedeutenden Verfahren zum Transport von Produkten wie Öl, Gas und Wasser besteht in der Verwendung von Pipelines. Diese Pipelines werden gewöhnlich untererdig verlegt und durchkreuzen buchstäblich die USA und viele andere Staaten. Ein Graben wird normalerweise entlang einer vorgeschriebenen Pipelineroute durch Grabenbagger ausgehoben.
  • Rohrstücke, zum Beispiel 30 bis 60 ft (9,14 bis 18,28 m) lang, werden in das Gebiet transportiert, durch das die Pipeline verlegt wird. Enden von angrenzenden Rohrverbindungen werden durch Schweißen verbunden. Diese Schweißnähte müssen sehr präzise sein. Selbst kleinste Löcher in der Schweißnaht können nicht toleriert werden. Die Rohrenden werden normalerweise abgeschrägt, um das Schweißen zu verbessern. Diese Rohre werden zusammengeklammert, um einen möglichst guten Anschluß zwischen den beiden Rohrstücken zu erhalten. Im Inneren des Rohrs an den Schweißverbindungen sollte das Schweißmaterial eine ziemlich glatte Oberfläche an der Innenseite des Rohrs bilden. Auf jeden Fall sollte die Schweißnaht an der Innenseite des Rohrs nur sehr kleine Vorsprünge aufweisen. Ein großer Vorsprung kann sehr unterschiedliche Probleme verursachen, wenn man Vorrichtungen durch das Rohrinnere laufen läßt, wie beispielsweise eine Vorrichtung zum Auffinden möglicher Risse, die in der Pipeline entstanden sein können. Auch werden Molche in die Pipeline eingeführt, die ein erstes in der Pipeline befindliches Produkt von einem zweiten trennen. Es ist zu beachten, daß manchmal Benzin durch die Pipeline geleitet wird. Ein Stopfen wird eingesetzt, um die zwei Produkte zu trennen, und dann wird Rohöl durch das gleiche Rohr gepumpt. Dabei muß eine dauerhafte Trennung der zwei Materialen aufrecht erhalten werden.
  • Um das Vorstehen von beim Schweißen geschmolzenen Schweißmaterial in das Rohrinnere zu vermeiden, ist die am meisten verwendete Praxis, eine erste Schweißlage oder Wurzelschweißlage vom Rohrinneren her anzufertigen. Besonders aufwendige, teure Maschinen sind für diesen Zweck auf dem Markt erhältlich. Die Kosten zum Mieten solcher aufwendigen Anlagen zum Arbeiten vom Inneren eines Rohrs mit einem Durchmesser von 3 ft. können sich auf mehr als 1.200 US-Dollar pro Schweißnaht belaufen, oder die Miete könnte nahezu 2 Millionen US-Dollar pro Monat betragen. Dies ist ein sehr zeitintensives und teures Schweißverfahren. Daher besteht ein Bedarf an einem besseren, kostengünstigeren Weg, Rohrstücke zusammenzuschweißen.
  • Beim fortschrittlichen Pipelineschweißen werden manchmal Schweißwagen als halbautomatische Schweißanlagen eingesetzt. In Verbindung mit dem Schweißwagen steht eine Bahn, die an dem Umfang des Rohrs an der Stelle befestigt ist, an der der Schweißwagen um das Rohr drehen soll. Der Schweißwagen weist einen Antriebsmotor auf, der mit Hilfe von Rollen den Schweißwagen um die Bahn herum bewegt. Die Rollen halten den Schweißwagen entlang der Bahn, auch wenn der Schweißwagen nahezu auf dem Kopf steht. Spezielle Klammermittel sind vorgesehen, den Schweißwagen an der Bahn zu befestigen. Mittel sind auch vorgesehen, verschiedene Rohrgrößen aufzunehmen. Der Schweißwagen weist einen Oszillator auf, um die Schweißspitze zu veranlassen, quer durch das Schweißbad zu oszillieren.
  • Der Schweißwagen weist eine Drahtzufuhreinrichtung auf, die einen Motor aufweist, der den Draht durch den Schweißkopf für das eigentliche Zusammenschweißen der zwei Rohrstücke vorantreibt.
  • Im Betrieb treibt der Antriebsmotor den Schweißwagen entlang der Bahn mit einer ausgewählten konstanten Geschwindigkeit an. Jedoch ist, wenn der Schweißwagen sich von 12 Uhr aus, was dem Oberen des Rohrs entspricht, zu 9 Uhr bewegt, was dem halben Weg ringsherum entspricht, die Geschwindigkeit konstant. Für den Ausgleich der nach unten gerichteten Bewegung des Schweißwagens auf 6 Uhr, muss die Bewegung beschleunigt werden, weil die Schwerkraft das Schweißbad mit einer schnelleren Rate nach unten zieht. Um dem Rechnung zu tragen, wird der Antriebsmotor des Schweißwagens gestoppt. Die Bedienperson stellt die Geschwindigkeit des Antriebsmotors ein, so daß dieser schneller läuft. Dann startet er den Antriebsmotor, und der Schweißvorgang läuft weiter. Die Bewegung des Schweißwagens wird immer gestoppt, wenn diese Geschwindigkeitsänderung durchgeführt wird.
  • Das Stoppen des Antriebsmotors verursacht einen Zeitverlust beim Vollenden der Schweißnaht. Andere damit zusammenhängende Probleme wie beispielsweise das Einhalten der Kontinuität des Schweißwulstes müssen berücksichtigt werden. Das gerade diskutierte Verfahren wird, selbst bei diesen Problemen, häufig eingesetzt, weil es besser als frühere Verfahren ist.
  • Die Druckschrift US-A-3 806 694 offenbart eine Vorrichtung zum Verschweißen eines Endes eines ersten Rohrs mit einem Ende eines zweiten Rohrs, wobei die Vorrichtung aufweist:
    einen Schweißtraktor;
    einen Stromerzeuger;
    einen Schweißwagen mit einer Drahtzufuhreinrichtung und einem Schweißkopf zum Zuführen eines sich vorschiebenden Schweißdrahtes als Elektrode und Mittel zum Führen des Schweißwagens um den Umfang des Rohrs;
    Geschwindigkeitssteuer- bzw. Geschwindigkeitsregelmittel zum Verändern der Geschwindigkeit des Schweißwagens, während sich dieser entlang einer Bahn um den Umfang des ersten und/oder zweiten Rohrs bewegt.
  • Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, bei denen die erste Schweißlage oder Wurzelschweißlage von der Außenseite des Rohrs hergestellt werden kann und in dem keine inneren Vorsprünge des Schweißbads auftreten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es handelt sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen des Endes eines ersten Rohrstücks mit dem Ende eines zweiten Rohrstücks unter Verwendung eines verbesserten Schweißwagens. Der Schweißwagen ist mit einer Drahtzufuhreinrichtung, Mitteln zum Antrieb der Drahtzufuhreinrichtung und Antriebsmitteln zum Bewegen des Schweißwagens um eine Bahn an der Außenseite des Umfangs der Rohre ausgestattet. Regelungsmittel sind für das Verändern der Geschwindigkeit des Schweißwagens vorgesehen, während der Schweißwagen fortlaufend um die Bahn bewegt wird. Wenn das Rohr verschweißt wird, ist es in einer horizontalen Position, das heißt, daß die Achse des Rohrs normalerweise horizontal verläuft. Die erste Schweißlage oder Wurzellage wird angrenzend zu den Enden des ersten und zweiten Rohrs von der Außenseite des ersten und zweiten Rohrs aufgebracht. In diesem Verfahren werden keine inneren Schalungsklammern mit Stützschuhen eingesetzt oder benötigt.
  • Normalerweise werden zwei Schweißwagen verwendet, einer für eine Hälfte rund um die Bahn und der andere für die andere Hälfte rund um die Bahn. Von 12 Uhr bis 9 Uhr bewegt sich ein Schweißwagen nahezu von der Horizontalen nahezu in die Vertikale. Während dieser Zeit muß die Geschwindigkeit des Schweißwagens derart verändert werden, daß die Elektrode mit dem Schweißdraht genau vor dem Schweißbad gehalten wird. Der andere Schweißwagen bewegt sich von 12 Uhr über 3 Uhr zu 6 Uhr. Die zwei Schweißwagen drehen oder bewegen sich gleichzeitig. Jedoch startet ein Schweißwagen kurz vor dem anderen, stoppt kurz vor dem anderen und wird aus diesem unmittelbaren Bereich herausbewegt, so daß eine kontinuierliche Schweißnaht möglich ist, wo sich die Schweißlagen von den zwei Schweißwagen treffen. In der Wurzellage wird eine Oberflächenspannungs-Übertragungs- (STT-) Stromversorgung verwendet. Dies ist neu in dieser Kombination. Durch Einsatz dieses Systems mit einer geeigneten Schweißwagengeschwindigkeit und Schweißdrahtgeschwindigkeit ergibt sich nur ein leichter Einbrand an jeder Fasenkante. Die Oberflächenspannung des Schweißmodus führt dazu, daß sie sich zusammenmengen, dabei an jeder Seite der Fase sich zusammenbinden, was eine schmale flache Schweißnaht auf der Innenseite des Rohrs hinterläßt. Somit ist es nicht länger notwendig, eine erste Lage oder Wurzellage von der Innenseite des Rohrs zu legen oder Anlagen innerhalb des Rohrs zu einzusetzen. Vor dieser Erfindung stammte, wenn Rohre mit Verfahren zusammengeschweißt wurden, in denen Schweißwagen involviert waren, die Wurzellage oder die erste Lage immer von der Innenseite des Rohrs beziehungsweise die Verfahren schlossen die Anordnung von Ausrüstungen wie Klammern, Stützschuhen etc. im Inneren des Rohrs ein Derartige Ausrüstungen werden bei dieser Erfindung nicht benötigt.
  • Mittel sind auch vorgesehen, die Geschwindigkeit der Drahtzufuhreinrichtung zu verändern, so daß sich eine gewünschte Drahtmenge einstellt, die in das Schweißbad geführt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Geschwindigkeit des Antriebs der Drahtzufuhreinrichtung durch die Geschwindigkeit des Antriebsmotors des Schweißwagens geregelt und verändert sich gemäß der Veränderung der Geschwindigkeit des Antriebsmotors des Schweißwagens, so daß die gewünschte Drahtzufuhrrate erreicht wird.
  • Im Betrieb beobachtet die Schweißbedienperson fortlaufend das Schweißbad im Bezug auf die Elektrode oder auf das Ende des zugeführten Schweißdrahtes. Die Bedienperson versucht, das Ende des Schweißdrahtes genau vor dem Schweißbad zu halten. Daher verändert die Bedienperson die Geschwindigkeit des Schweißwagens, um die geeignete Lage des Schweißkopfes zu erhalten. Dies passiert, während der Schweißwagen und der Schweißvorgang weiterläuft, ohne daß Stopps notwendig sind. Während der gegenwärtigen Bewegung des Schweißwagens können die Drahtzufuhrantriebe verändert werden, um die gewünschte Schweißdrahtmenge an der Elektrode zu erhalten. Des weiteren, falls gewünscht, kann eine Regelung durchgeführt werden, so daß die Geschwindigkeit der Drahtzufuhreinrichtung gemäß der Geschwindigkeit des Schweißwagens verändert wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Zeichnung, die die Schlüsselkomponenten der Erfindung zeigt.
  • 2 stellt einen Schweißwagen dar, der an einer Bahn befestigt ist, und zeigt ein Rohrstück, was mit einem anderen Stück verschweißt werden soll.
  • 3 ist eine Frontansicht des Schweißwagens der 2.
  • 4 ist eine Rückansicht des Schweißwagens der 3.
  • 5 ist eine Ansicht von links von Teilen des Schweißwagens der 4.
  • 6 zeigt Klammerungsmittel zum lösbaren Verklammern der Führungsrollen und Bewegungsantriebsrollen des Schweißwagens an der Führungsbahn.
  • 7 entspricht 6 mit der Ausnahme, daß die Klammer in der gelösten Position dargestellt wird.
  • 8&9 zeigen, wenn sie zusammen betrachtet werden, das Schwanken des Schweißkopfes.
  • 10 zeigt die Bodenansicht des Schweißwagens.
  • 11 zeigt die Verbindung zwischen einem Potentiometer zum Antreiben der Drahtzufuhreinrichtung und dem Potentiometer für den Bewegungsmotor, so daß die Drahtzufuhreinrichtung gemäß der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Schweißwagens eingestellt wird.
  • 12 ist ein Schaubild des Systems für die Regelung der Geschwindigkeit des Bewegungsmotors des Schweißwagens.
  • 13 zeigt Impulse in dem Regelungssystem der 12.
  • Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Zunächst wird auf 1 verwiesen, die eine schematische Zeichnung ist , die die Schlüsselkomponenten eines Schweißsystems darstellt, das einen modifizierten Schweißwagen verwendet. In 1 wird ein erstes Rohrverbindungsstück 10 und ein zweites Rohrverbindungsstück 12 gezeigt, welche zusammengeschweißt werden sollen. Eine Führungsbahn 14 ist an der Außenseite des Schweißrohrs in der Nähe der Stelle angeordnet und befestigt, wo sich die zu verschweißenden Rohrenden befinden. Es liegt an der Führungsbahn, daß sich der Schweißwagen 16 bewegt. Normalerweise sind zwei Schweißwagen vorhanden, jedoch wird nur einer dargestellt. Positions- oder Führungslager beziehungsweise -rollen 20 halten den Schweißwagen auf der Bahn 14, während der Schweißwagen sich darauf bewegt. Es gibt einen Bewegungsmotor 18 in dem Schweißwagen, der gerändelte Bewegungsrollen 21 über der Bahn 14 antreibt. Die Geschwindigkeit des Bewegungsmotors wird durch eine Potentiometerregelung 22 geregelt.
  • Ein Schweißkopf 30 wird von dem Schweißwagen 16 getragen und hält einen Schweißdraht 28, der sich als die Elektrode 29 durch den Schweißkopf 30 erstreckt. Eine Bahn 14 ist auf dem Rohr 12 angeordnet, so daß das Ende des Schweißdrahts 28 genau in Bezug auf die Enden der Rohre 10 und 12 positioniert ist. Ein CO2-Magnetventil wird von dem Schweißwagen 16 gehalten und stellt CO2 oder ein anderes gewünschtes Gas bereit, um an dem unteren Ende des Schweißkopfes 30 über dem Ende der Schweißdrahtspitze 29 ausgestoßen zu werden.
  • Im Betrieb der Vorrichtung von 1 wird zunächst das CO2-Magnetventil geöffnet, so daß alle anderen Gase von der Umgebung der Elektrode 29 weggespült werden, bevor diese mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Energie für den Schweißkopf 30 wird mittels der Leitung 84 von einer Oberflächenspannungs-Übertragungs- (STT-) Stromversorgung 31 bereitgestellt, die als ein neuer Stromversorgungstyp für ein automatisches Schweißsystem unter Verwendung eines Schweißwagens weiter erläutert wird. Diese STT-Stromversorgung wird nun gestartet.
  • Als nächstes werden gleichzeitig der Drahtzufuhrmotor 24 und der Bewegungsmotor 18 des Schweißwagens gestartet. Dies führt dazu, daß die Bewegung des Schweißwagens 16 entlang der Bahn 14 beginnt. Die Bedienperson beobachtet den Betrieb, insbesondere das Schweißbad. Die Geschwindigkeit des Schweißwagens sollte so sein, daß die Drahtspitze 29 sich selbst genau vor dem Bad befindet. Während der Schweißwagen sich um das Rohr bewegt, verändert die Schwerkraft die Bewegung des Schweißbades. Die Bedienperson gleicht dieses durch Bedienen der Potentiometerregelung aus, um die Bewegungsgeschwindigkeit 22 zu verändern, während das Schweißen weiterläuft. Wenn der Drahtzufuhrmotor den Draht nicht ausreichend schnell zuführt, kann die Potentiometerregelung 26 für die Drahtantriebsgeschwindigkeit erhöht werden oder, wenn es die Situation erfordert, kann sie reduziert werden. Dies beides wird durchgeführt, während der Schweißwagen 16 sich entlang der Bahn 14 bewegt. (Niemals zuvor ist die Geschwindigkeit des Schweißwagens entlang der Bahn verändert worden, während das Schweißen tatsächlich stattgefunden hat.)
  • Anstatt die Antriebsgeschwindigkeit des Bewegungsmotors 18 unabhängig von der Geschwindigkeit des Drahtzufuhrmotors 24 zu regeln, kann man die Drahtzufuhrgeschwindigkeit als eine Funktion der Geschwindigkeit des Bewegungsmotors darstellen. Die diese Regelung ermöglichende Vorrichtung wird in 11 dar gestellt. In dieser Vorrichtung würde die Bedienperson des Schweißwagens den Drehknopf 38 drehen, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Schweißwagens einzustellen. Diese Änderung würde in der allgemeinen Art und Weise der Änderung der Potentiometereinstellungen zur Regelung der Motorgeschwindigkeit erfolgen. In diesem Fall gibt es eine Antriebskette oder einen Antriebsriemen 40, die beziehungsweise der die Welle oder den Rotor 34 des Potentiometers für die Drahtzufuhrvorrichtung 26 und den Rotor für den Potentiometer des Bewegungsmotors 28 verbindet. Wenn das Rad 38 gedreht wird, wird die Antriebskette 40 daher den Rotor 34 bewegen, um den Potentiometer der Drahtzufuhreinrichtung 26 einzustellen. Daher kann sich die Geschwindigkeit der Drahtzufuhreinrichtung entsprechend ändern, während sich die Geschwindigkeit des Schweißwagens ändert.
  • Ein Pipelinetraktor 42 weist einen Generator auf, der elektrische Energie für die Oberflächenspannungs-Übertragungs- (STT-) Stromversorgung 31 liefert. Grundsätzlich stellt die STT-Stromversorgung eine Stromversorgung dar, die die Fähigkeit hat, den Elektrodenstrom in der Größenordnung von Mikrosekunden zu liefern und zu verändern, zum Beispiel haben sich rund 750 Mikrosekunden als effektiv erwiesen. Die STT-Stromversorgung ist kommerziell von der Lincoln Electric Company, Cleveland, Ohio 44117-1199, USA erhältlich (siehe auch EP-A-441 337).
  • Zu beachten ist als nächstes 2, welche einen modifizierten Schweißwagen 16 auf einer Bahn 14 zeigt, die das Rohr 44 einschließt. Die Bahn 14 kann eine konventionelle Bahn sein, welche einen Schweißwagen um das Rohr führt. Die Hauptkomponenten des Schweißwagens 16 umfassen eine Schweißspitze oder Elektrode 31 am Schweißkopf 30 mit einer Gasdüse 50, welche Schweißgas, typischerweise CO2, um die Elektrode 31 führt. Die Leitung 84 verbindet die STT-Stromversorgung 31 mit dem Schweißkopf 30. Der Schweißdraht, welcher eine Elektrode darstellt, ist auf einer Drahtrolle 58 aufgewickelt und ist durch Abschirmungen 60 und 62 mit einer Drahtzufuhreinrichtung 64 zwischen den zwei Abschirmungen geführt. Die Drahtzufuhreinrichtung ist herkömmlicher Art und weist eine Spannungsregulierung 65 auf. Diese Drahtzufuhreinrichtung 64 wird verwendet, den Draht mit einer gewählten Geschwindigkeit durch den Schweißkopf 30 zu treiben. Ein CO2-Zufuhrschlauch 82 ist am Schweißkopf 30 in herkömmlicher Art angeschlossen. Ein Oszillatormotor 66 ist vorgesehen, einen Oszillatormechanismus 68 anzutreiben, der durch das Verbindungsstück 70 verbunden ist, um den Schweißkopf 30 oszillieren zu lassen, so daß die Elektrode durch die Öffnung zwischen den Rohrenden, die verschweißt werden, hin- und herbewegt wird. Das Verbindungsstück 70 kann verwendet werden, die Lage des Schweißkopfes 30 einzustellen. Ein Drehknopf 85 wird für das Einstellen der Höhe des Schweißkopfes verwendet.
  • Zu beachten ist nun 3, die den Schweißwagen 16 in vergrößerter Form zeigt. Sie zeigt einen Oszillatoreinstellmechanismus 74, um die Höhe der Auslenkungskurve, das heißt der Auslenkungsbreite, einzustellen. (Das Oszillatorsystem kann das gleiche sein, wie es bei herkömmlichen Schweißwagen Verwendung findet.)
  • Zu beachten ist nun 8, die eine Oszillatorspitze in einer Position zeigt. In 9 befindet sich die Schweißspitze in einer zweiten Position. Die Schweißspitze 52 wird durch den Schweißkopf 30 gehalten. Das Oszillatorsystem wird in herkömmlichen Schweißwagen verwendet und ist hier nur zum besseren Verständnis des Gesamtsystems gezeigt.
  • 3 zeigt auch einen Einstelldrehknopf 85 zum Einstellen der Höhe des Schweißkopfes im Bezug auf den Schweißwagen und damit folglich zum Einstellen der Höhe in Bezug auf das Rohr, das verschweißt wird.
  • Es ist wichtig, ein Inertgas an dem Schweißkopf bereitzustellen, welches vorzugsweise Kohlendioxid ist. Dieses wird, wie in 4 gezeigt, von einem Gaszufuhrschlauch 78 geliefert, welcher an einem Magnetventil 80 angeschlossen ist, das einen Auslaßschlauch 82 aufweist, welcher zu dem Schweißkopf führt. Gas wird durch das Magnetventil bereitgestellt, wenn dieses geöffnet ist. Eine Stromleitung 84 von der STT-Stromversorgung sorgt für den Betriebsstrom für den Schweißkopf 30.
  • Eine variable Dreheinstellung 86 stellt Mittel für das Einstellen eines Winkels des Schweißkopfes bereit, wie er benötigt wird.
  • Es wird nun auf den Bewegungsmotor 18 und die Bewegungs- und Antriebsrollen 20 verwiesen, was das Halten an und das Bewegen entlang der Bahn 14 angeht. Bewegungs- und Antriebsrollen können herkömmlich sein und sind hier dargestellt, um die gesamte neue Merkmalskombination zu vervollständigen. Zu beachten sind nun die 6, 7, und 10. 10 ist eine Bodenansicht des Schweißwagens 16. Darin werden Blöcke 88A, 88B, 88C und 88D für die Aufnahme von den Rollen gezeigt. Innerhalb der Blöcke 88A und 88C sind Seitenrollen gezeigt, und in den Blöcken 88B und 88D sind gerändelte Räder 92A und 92B dargestellt, die durch einen Antriebsmotor 18 angetrieben werden. Die Seitenrollen halten den Schweißwagen fest an der Bahn 14. Die gerändelten Rollen sorgen dafür, daß sich der Schweißwagen entlang der Bahn bewegt. Die 6 und 7 zeigen einen Klammerhebel zum Verklammern der Rollen in vorgesehener Position. 7 zeigt einen gelösten Klammermechanismus, so daß die Rollen richtig positioniert werden können. Die Rollen sollten fest an der Bahn anliegen. Daher sind eine Feder und Einstellmutter 104 vorgesehen.
  • Wie in 5 gezeigt, halten Stützlager 141 und 143 an der Oberseite des Bahn 14 und Lager 145 und 147 an der Unterseite der Bahn 14 den Schweißwagen 16 an der Bahn 14.
  • In 10 sind auch dargestellt: Die Bodenansicht des Schweißkopfes 30, der Oszillatorantriebsmotor 66 und die Oszillatoreinstellung 74.
  • Der Drahtführungsmechanismus ist gegenüber dem Mechanismus von vorherigen Drahtantriebssystemen bei herkömmlichen Schweißwagen modifiziert worden. Bei herkömmlichen Schweißwagen muß der Schweißwagen gestoppt werden, bevor eine Änderung der Geschwindigkeit des Schweißdrahtmotors oder des Antriebsmotors für den Schweißwagen durchgeführt wurde. In dieser Erfindung ist eine Modifikation derart vorgenommen worden, daß die Antriebsgeschwindigkeit des Drahtes ohne Anhalten der Bewegung des Schweißwagens geändert werden kann. Der Antriebsmechanismus zum Antrieb des Schweißwagens auf der Bahn 14 ist gegenüber dem von herkömmlichen Schweißwagen hauptsächlich dadurch modifiziert worden, daß die Geschwindigkeit des Bewegungsmotors ohne Stoppen des Schweißvorgangs geändert werden kann.
  • Regelungsmittel zum Regeln der Geschwindigkeit der Bewegungsmotors des Schweißwagens und der Geschwindigkeit des Schweißdrahtmotors werden nun in Bezug auf die 12 und 13 diskutiert.
  • Zu beachten ist nun 12, welche ein Regelungsmittel in schematischer Form für die Verwendung in einer Regelung der Geschwindigkeit des Bewegungsmotors 18 zeigt. (Das dargestellte System kann auch eingesetzt werden, um die Geschwindigkeit des Schweißdrahtmotors 24 zu regeln.) Das Reglungssystem beinhaltet einen Impulsbreitenoszillator, der einen Stromeingang 122 aufweist. Der Impulsbreitenoszillator 120 weist eine Be zugsspannung 124 auf, die typischerweise 2,5 Volt beträgt. Die Stromverbindung 132 schließt den Motor 18 an. Die Geschwindigkeit des Motors 18 variiert als eine Funktion der Spannung des Stroms in der Leitung 132. Der Ausgang des Motors wird durch eine Leitung 134 und einen variablen Widerstand 128 zurück zum Oszillator 120 dargestellt. Es gibt eine Rückkopplungsleitung 130 von der Leitung 134 zum Oszillator 120. Diese weist einen Widerstand 126 auf und sorgt für eine exakte Rückkopplung zum Oszillator 120. Der Widerstand 128 kann verändert werden, um die Geschwindigkeit des Motors 18 zu verändern (wie durch Bewegen des Drehknopfes am Potentiometer 22). Während sich der Widerstandswert des Widerstands 128 ändert, ändert sich die Ausgangsspannung in der Leitung 134. Diese Spannung in Leitung 130 wird dann mit der Bezugsspannung des Oszillators verglichen. Die Breite der in 13 gezeigten Impulse 140, 142 ändert sich, bis die exakte Rückkopplung in der Leitung 130 der Bezugsspannung entspricht. Diese regelt dann die Geschwindigkeit des Motors 18. Ein Fachmann könnte dieses Regelungssystem aus der obigen schematischen Darstellung und aus den Erklärungen in einfacher Weise umsetzen. Andere Mittel zur Bereitstellung dieser Motorregelungsgeschwindigkeit können verwendet werden.
  • Die 4 und 5 zeigen einen Potentiometerregelungsdrehknopf 26A für die Geschwindigkeit des Schweißwagens und einen Regelungsdrehknopf 26A für die Schweißdrahtgeschwindigkeit, die an einer Regelungs- bzw. Steuerbox 27 angebracht sind. Diese Drehknöpfe können in Verbindung mit der Regelung der 2 verwendet werden, um eine oder beide Geschwindigkeiten des Bewegungsmotors des Schweißwagen oder des Schweißdrahtmotors einzustellen. Regelungsleitungen 147 und 149 verbinden die Regelungs- bzw. Steuerbox 27 mit dem Bewegungsmotor 18 beziehungsweise mit dem Schweißdrahtmotor 24.
  • Während die Hauptkomponenten der Erfindung beschrieben worden sind, wird nun die Aufmerksamkeit kurz auf deren Betrieb gelenkt. Im Betrieb werden die Rohrstücke 10 und 12, wie in der 1 dargestellt, zueinander angrenzend angeordnet. Eine Bahn 14 wird über dem Rohrstück 12 angeschlossen. Die STT-Stromversorgung 31 wird an einem Generator 33 eines Pipelinetraktors angeschlossen, um Energie für den Schweißbetrieb bereitzustellen. Die Bahn 14 wird so gelegt, daß die Schweißspitze 29 genau im Bezug auf den Spalt zwischen den Rohrstücken positioniert wird. Gewöhnliche Einstellungen für die Höhe und die Oszillation des Schweißkopfes 30 werden durchgeführt.
  • Das Kohlendioxid-Magnetventil 80 wird dann unter Strom gesetzt, um die CO2-Zufuhrversorgung zu öffnen, so daß CO2 zu dem Schweißkopf 30 transportiert wird. Nun werden der Bewegungsmotor 18 und der Drahtzufuhrmotor 24 im Wesentlichen gleichzeitig gestartet, nach dem sich die Drahtspitze in genauer Position befindet.
  • Eine erste Lage oder Wurzellage des Schweißbetriebs wird an der Außenseite des Rohrs in der in 1 gezeigten Lage gelegt. Die Verwendung der STT-Stromversorgung 31 ist besonders wichtig. Die STT-Stromversorgung läuft weder im Modus konstanten Stroms (CC) noch im Modus konstanter Spannung (CV). Sie ist eher eine hochfrequente (große Bandbreite), stromgeregelte Maschine, bei der der Strom für den Lichtbogen auf den momentanen Lichtbogenanforderungen basiert und nicht auf einer „mittleren Gleichstromspannung". Es ist die Stromversorgung, die die Fähigkeit hat, den Strom in der Größenordnung von Mikrosekunden zu liefern und zu verändern.
  • Wenn der Bewegungsmotor dazu führt, daß der Schweißwagen 16 sich um die Bahn 14 fortbewegt, beobachtet die Bedienperson genau das Schweißbad, um die Schweißspitze 29 direkt vor dem Schweißbad zu halten. Wenn der Schweißwagen sich nach unten bewegt, verursacht die Schwerkraft, daß das Schweißbad sich schneller bewegen möchte. Daher wird die Bedienperson lediglich den Drehknopf 22A, wie in der 4 gezeigt, drehen, um die Geschwindigkeit wie benötigt einzustellen. Die Bedienperson kann auch die Geschwindigkeit des Schweißdrahtmotors 24 durch Einstellen des Drehknopfes 26A, wie in 4 gezeigt, justieren. Dies wird ohne Anhalten des Bewegungsmotors 18 oder des Schweißdrahtmotors 24 durchgeführt. Es gibt einen anderen Schweißkopf (nicht dargestellt), der sich auf der anderen Rohrseite von der in der 1 gezeigten Rohrseite befindet. Die zweite Bedienperson bedient diesen Schweißwagen in gleicher Weise wie oben beschrieben. Einer der Schweißwagen startet kurz vor dem anderen, so daß es keine Lücke auf der Oberseite gibt, an der die Schweißnähte beginnen; und einer der Schweißwagen stoppt vor dem anderen, so daß der eine Schweißwagen die Schweißnaht weiterlegen kann, bis sie an dem Boden des Rohrs durchgängig ist. Dieser Vorgang erfolgt nur von der Außenseite des Rohrs. Es gibt keine in das Rohr gerichtete Vorsprünge wie Tropfen oder dergleichen aufgrund des hier neu beschriebenen Systems. Es besteht keine Notwendigkeit, die Wurzellage von der Innenseite herzustellen. Dies schließt ein sehr kostenintensives Verfahren aus. Nachdem die Wurzellage gelegt worden ist, können dann weitere Schweißlagen unter Verwendung herkömmlicher Schweißtechniken wie gewünscht gelegt werden.
  • Während die Erfindung mit einem gewissen Grad an Genauigkeit beschrieben worden ist, soll festgehalten werden, daß viele Änderungen in Details der Aufbaus vorgenommen werden können, ohne daß dadurch der Bereich der beiliegenden Ansprüche verlassen wird.

Claims (25)

  1. Verfahren zum Verschweißen des Endes eines ersten Rohrs (10) mit dem Ende eines zweiten Rohrs (12) unter Verwendung eines Schweißwagens (16) mit einer Schweißdrahtzufuhreinrichtung und Mitteln zum Bewegen des Wagens entlang einer Bahn am Außenumfang der Rohre, wobei folgende Verfahrenschritte vorgesehen sind: a. kontinuierliches Bewegen des Wagens entlang der Bahn während des Schweißens; b. Schweißen der ersten Schweißlage an die aneinander angrenzenden Enden des ersten und des zweiten Rohrs von außerhalb des ersten und zweiten Rohrs ohne Verwendung von inneren Schalungsklammern mit Stützschuhen und Verwenden eines sich verbrauchenden Schweißdrahtes als Elektrode zum Bilden eines Schweißbads zwischen den Endes des Rohrs; und c. Verändern der Geschwindigkeit des Schweißwagens während des ersten Schweißdurchgangs, ohne den Wagen anzuhalten, während er sich kontinuierlich entlang der Bahn an dem Rohr bewegt, um das Ende des Schweißdrahtes in einer gewünschten Lage vor dem Schweißbad zu halten, wobei die genannte erste Schweißlage unter Verwendung einer Oberflächensannungs-Übertragungs- (STT) Stromversorgung aufgebracht wird, um das Schweißbad zwischen den Enden der Rohre zu bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, einschließend den Verfahrensschritt, nach dem zusätzliche Schweißlagen nach der ersten Lage gelegt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, daß die Stromversorgung die Fähigkeit hat, den Elektrodenstrom durch den Schweißdraht in einer Größenordnung von Mikrosekunden zu liefern und zu verändern.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, einschließend den Verfahrensschritt, nach dem das Ende des Schweißdrahtes im Verhältnis zu dem Schweißbad beobachtet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, einschließend den Verfahrensschritt, wonach die Geschwindigkeit des Wagens in Reaktion auf die Beobachtung des Schweißbades so verändert wird, während sich der Schweißwagen um den Umfang des Rohrs bewegt, daß sich der Schweißdraht vor dem Schweißbad befindet.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des aus der Drahtvorschubeinrichtung ausgestoßenen Drahtes veränderlich ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des aus der Drahtvorschubeinrichtung ausgestoßenen Drahtes eine Funktion der Geschwindigkeit des Schweißwagens entlang der Bahn ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Schweißwagens von fern verändert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf zwischen den Enden des ersten und zweiten Rohres oszilliert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurchgekennzeichnet, daß die Breite der Oszillation einstellbar ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Schweißkopfes von den Enden des ersten und zweiten Rohres einstellbar ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, einschließend den Verfahrensschritt, wonach ein Inertgas dem Schweißkopf während der Bildung des Schweißbades zugeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des Schweißkopfes relativ zu den Enden des ersten und zweiten Rohres einstellbar ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, einschließend den Verfahrensschritt, wonach zwei Schweißköpfe verwendet werden, um die Enden des ersten und zweiten Rohres zusammenzuschweißen.
  15. Vorrichtung zum Verschweißen eines Endes eines ersten Rohres mit einem Ende eines zweiten Rohres, wobei die Vorrichtung aufweist: a. einen Schweißtraktor b. einen am Traktor (33) angeordneten und von diesem angetriebenen Stromerzeuger; c. einen Oberflächenspannungs-Übertragungs- (STT) Stromquelle (31), die an den Stromerzeuger angeschlossen ist; d. einen Schweißwagen (16) mit einer Drahtzufuhreinrichtung (24) und einem Schweißkopf (30 zum Zuführen eines sich vorschiebenden Schweißdrahtes (28) als Elektrode und Mitteln (14, 18, 20) zum Führen des Wagens um den Umfang des Rohres; e. Geschwindigkeitssteuer- bzw. regelmitteln (22) zum Verändern der Geschwindigkeit des Schweißwagens, während sich dieser entlang seiner Bahn um den Umfang des ersten und/oder zweiten Rohres während der Bildung einer ersten Schweißlage bewegt, wobei die Steuer- bzw. regelmittel die Geschwindigkeit des Schweißwagens so steuern bzw. regeln, daß das Ende des Schweißdrahtes vor dem Schweißbad gehalten wird.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, worin die Oberflächenspannungs-Übertragungs-Stromquelle den Strom durch den sich verzehrenden Schweißdraht steuert bzw. regelt, der durch den Schweißkopf zugeführt wird.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitssteuer- bzw. regelmittel von Hand betrieben werden, und daß die Geschwindigkeit des Schweißwagens von fern verändert wird.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, mit Drahtzufuhrkontrollmitteln (26) zum Verändern der Geschwindigkeit, mit der der Schweißdraht von der Drahtzufuhreinrichtung zugeführt wird.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurchgekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des von der Drahtzufuhreinrichtung ausgestoßenen Drahtes eine Funktion der Geschwindigkeit des Schweißwagens um die Bahn ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, mit Mitteln zum Oszillieren des Schweißkopfes zwischen den Enden des ersten und zweiten Rohres.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, mit Mitteln zum Einstellen der Breite der Oszillation.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, mit einem Mechanismus zum Einstellen der Höhe des Schweißkopfes über dem ersten und zweiten Rohr.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, mit Inertgasmitteln zum Zuführen von Inertgas zum Schweißkopf während der Herstellung der Schweißnaht.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, mit einer Einrichtung zum Einstellen des Winkels des Schweißkopfes relativ zu den Enden des ersten und zweiten Rohres.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, mit zwei Schweißwagen.
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