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Hintergrund
der Erfindung
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1. Gebiet der
Erfindung
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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.
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2. Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der Schweißwagen weist eine Drahtzufuhreinrichtung
auf, die einen Motor aufweist, der den Draht durch den Schweißkopf für das eigentliche
Zusammenschweißen
der zwei Rohrstücke
vorantreibt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Zeichnung, die die Schlüsselkomponenten der Erfindung
zeigt.
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2 stellt
einen Schweißwagen
dar, der an einer Bahn befestigt ist, und zeigt ein Rohrstück, was mit
einem anderen Stück
verschweißt
werden soll.
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3 ist
eine Frontansicht des Schweißwagens
der 2.
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4 ist
eine Rückansicht
des Schweißwagens
der 3.
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5 ist
eine Ansicht von links von Teilen des Schweißwagens der 4.
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6 zeigt
Klammerungsmittel zum lösbaren
Verklammern der Führungsrollen
und Bewegungsantriebsrollen des Schweißwagens an der Führungsbahn.
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7 entspricht 6 mit der Ausnahme, daß die Klammer
in der gelösten
Position dargestellt wird.
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8&9 zeigen, wenn sie zusammen betrachtet
werden, das Schwanken des Schweißkopfes.
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10 zeigt
die Bodenansicht des Schweißwagens.
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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.
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12 ist
ein Schaubild des Systems für
die Regelung der Geschwindigkeit des Bewegungsmotors des Schweißwagens.
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13 zeigt
Impulse in dem Regelungssystem der 12.
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Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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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.
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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.
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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.
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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.)
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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.
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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).
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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.
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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.)
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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.
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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.
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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.
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Eine variable Dreheinstellung 86 stellt
Mittel für
das Einstellen eines Winkels des Schweißkopfes bereit, wie er benötigt wird.
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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.
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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.
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In 10 sind
auch dargestellt: Die Bodenansicht des Schweißkopfes 30, der Oszillatorantriebsmotor 66 und
die Oszillatoreinstellung 74.
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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.
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Regelungsmittel zum Regeln der Geschwindigkeit
der Bewegungsmotors des Schweißwagens und
der Geschwindigkeit des Schweißdrahtmotors werden
nun in Bezug auf die 12 und 13 diskutiert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.