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Verfahren zum Anschweißen von Rohrnippeln Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Anschweißen von Rohrnippeln an runden und eckigen Kammern
für Dampfkessel und sonstige druckführenden Behälter.
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Die Herstellung der Rohrnippel wurde bisher in der verschiedensten
Weise durchgeführt. Es sind z. B. Rohrnippel an Kammern bekannt, die in der Weise
hergestellt wurden; daß die Nippel aus dem vollen Block durch Fräsen oder Hobeln
herausgearbeitet wurden. Diese Herstellungsmethode bedarf aber eines großen Material-
und Zeitaufwandes und hat dabei noch den Nachteil, daß die natürliche Faser des
Walzmaterials unterbrochen und dadurch die Festigkeitseigenschaften des Nippels
starken Einschränkungen unterworfen wurden. Es sind weiterhin Herstellungsverfahren
von Rohrnippeln bekannt, die darin bestehen, den Nippel vom Inneren der Kammer oder
des Behälters heraus mechanisch oder hydraulisch herauszudrücken, so daß die herausgedrückte
Kammerwand in den Nippelansatz verformt wird. Obwohl an sich dieses Verfahren material-
und zeitsparend und auch in bezug auf die Festigkeit einwandfrei ist, so birgt doch
diese Herstellungsmethode insofern Nachteile in sich, als das Drücken der Nippelansätze
Zufälligkeiten unterworfen ist, die insbesondere dann, wenn viele Rohrnippel an
einer Kammer oder einem Behälter angebracht werden müssen, durch Aufreißen des Nippelansatzes
oder Schiefdrücken, hervorgerufen durch ungleichmäßige Erwärmung oder rißanfälliges
Material, das Werkstück unbrauchbar machen können.
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Man hat daher diese Herstellungsmethode verlassen und ist dazu übergegangen,
die Nippel getrennt herzustellen und mittels elektrischer Schwei-Bung mit der Kammer
zu verbinden. Auch hierbei sind schon die verschiedensten Konstruktionen angewandt
worden. Eine dieser Methoden besteht
darin, sowohl das Nippelende
als auch das Kammerloch mit Gewinde zu versehen und die Nippel und Kammer mit einer
leichten Kehlnaht, die in diesem Falle als reine Dichtschweißung gilt, zu verschweißen.
Eine weitere Methode besteht darin, den Nippel an einem Ende mit einem Stauchbund
auszurüsten, der in eine entsprechende Aussparung an der Innenseite der Kammer hineinpaßt.
Der Nippel wird von innen eingeschoben und außen mit der Kammer durch eine Fehlnaht
verbunden. Der Bund an der Innenseite der Kammer soll dabei die Schubkräfte in axialer
Richtung des Nippels auffangen, während die Kehlnaht an der Außenseite der Kammer
hauptsächlich als Dichtschweiße anzusehen ist. Des weiteren findet eine Konstruktion
Anwendung, die darin besteht, daß ein Rohrnippel ohne Gewinde oder Bund in eine
tulpenförmige Eindrehung an der Außenseite der Kammerwand eingesetzt wird. Die tulpenförmige
Eindrehung erhält an ihrer Wurzel eine Aussparung, die im Durchmesser dem Außendurchmesser
des Rohrnippels entspricht. Die Tiefe dieser Aussparung soll möglichst gering sein,
da sie nur zur Zentrierung des Nippels dient. Rohrnippel und Kammerwand werden sodann
elektrisch verschweißt, wobei die Schweißnaht sowohl als Dicht- als auch als Festigkeitsnaht
gilt.
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Bei den beiden erstgenannten Herstellungsmethoden findet eine homogene
- Verbindung zwischen Nippel und Rohrwand nur in der als Dichtschweiße dienenden
Kehlüaht statt, während in dem ganzen Bereich der Kammerwandstärke diese Verbindung
nicht vorhanden ist. Es ist infolgedessen dem sich in der Kammer befindenden Medium
Gelegenheit geboten, zwischen Nippel@irand und Rohrwand einzudringen und dort evtl.
Zerstörungen durch Korro= sionen hervorzurufen. Hierdurch verliert das Gewinde bzw.
der Schulterbund des Nippels seine Tragfestigkeit, so daß sich der. Festpunkt auf
die Dichtschweiße verlagert, die alsdann überbeansprucht wird und bei der Dauerbeanspruchung
zu Bruch gehen muß.
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Bei der-zuletzt genannten Konstruktion ist dieser Nachteil zwar bedeutend
gemildert, jedoch besteht auch hier noch eine von der Schweiße nicht erfaßte Berührungsfläche
in der Wurzel, und zwar an der Stelle, wo der Nippel in die Einsparung eingeführt
wird, so daß auch hier dem Medium Gelegenheit geboten ist, einzudringen. Es können
also Kerbwirkungen auftreten, die bei Dauerbeanspruchung ebenfalls zu Schäden führen
können.
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Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Verfahren zum Anschweißen von
Rohrnippeln an runde und eckige Kammern von Dampfkesseln und sonstigen druckführenden
Behältern vorgeschlagen, durch das die Nachteile der bisher bekannten Herstellungsmethoden
vermieden werden. Das neue Verfahren besteht darin, daB die bisher bekannte tulpenförmige
Aussparung in der Außenseite der Kammerwand an der Wurzel der Tulpe eine ringförmige
Erhöhung und das einzuschweißende Nippelende eine entsprechende ringförmige Vertiefung
erhält, die zur Zentrierung dient. Dabei ist sowohl der äußere Durchmesser der ringförmigen
Erhöhung der Kammer als auch der innere Durchmesser der entsprechenden Vertiefung
im Nippel so bemessen, daß die Nippelaussparung nur nach Erhitzen auf die Erhöhung
aufgeschoben werden kann, so daß nach Erkalten Schrumpfspannungen auftreten, die
hauptsächlich von dem außen überstehenden Ring der Nippelführung aufgenommen werden.
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', Beim Schweißen des Nippels an die Kammer erhitzt sich dieser äußere
Führungsring und die in ihm sich befindenden Spannungskräfte bewirken eine Preßschweißung
dieses Nippelringes an den Führungsring der Kammer, wodurch eine homogene Verbindung
zwischen Nippelring und Kammerring zustande kommt. Weiter wird nach der Erfindung
vorgeschlagen, die Höhe des äußeren Nippelringes geringer zu bemessen als die Höhe
des Kammerringes, so daß der äußere Nippelring im Abstand von der Tulpenwurzel sich
befindet. Wird nun der anzuschweißende Nippel vor dem Wirksamwerden der Schrumpfspannungen,
alsd in erhitztem Zustand, gegen das Kammermaterial gedrückt und dieser Druck auch
beim Schweißen aufrechterhalten, so wird bewirkt, daß beim Stehweißen der Lichtbogen
den Nippelring von unten her erhitzt und zum Schmelzen bringt. Auf diese Weise wird
auch die kreisringförmige Berührungsfläche zwischen der ringförmigen Erhöhung des
Kammerwerkstoffes und der ringförmigen Vertiefung des Nippels mittels Preßschweißung
homogen verbunden. Damit mit Sicherheit ein Aufpressen zustande kommt, ist die Tiefe
der Aussparung des Schweißnippels von geringerer Höhe als die Erhöhung in der tulpenförmigen
Aussparung des Kammerwerkstoffes.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen in der Hauptsache darin, daß außer
der äußeren Nippelumfangsfläche auch die unteren Querschnittsflächen und die Zentrierfläche
mit Sicherheit eine homogene Verbindung mit dem Kammerwerkstoff eingehen, so däß
gegenüber den bekannten Ausführungsarten alle Verbindungsflächen verschweißt worden
sind. Ein weiterer Vorteil beruht darauf, daß bei dem jetzigen Verfahren das vor
dem Schweißen erforderliche Anheften des Nippels entfällt, da durch das Aufschrumpfen
und Gegendrücken eine hinreichende Haftung des Nippels an den Kammerwerkstoff erzielt
wird und dadurch das Schrägstellen, das beim Heften auftrat, nicht mehr möglich
ist.
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In der Zeichnung ist die Verbindung eines Nippels mit einer Kammer
gemäß vorgenanntem Verfahren dargestellt. In den Kammerwerkstoff a ist die tulpenförmige
Aussparung b eingefräst, die an ihrer Wurzel eine Erhöhung c mit dem Durchmesser
d und der Höhe e aufweist. Der Rohrnippel f
besitzt an seinem Einschweißende
eine ringförmige Vertiefung g mit dem Durchmesser h und. der Höhe i. Der Durchmesser
der ringförmigen' Erhöhung c ist größer als der der ringförmigen Ver= tiefung g,
so daß der Rohrnippel nur erhitzt über die ringförmige Erhöhung geschoben werden
kann und dann durch Schrumpfen fest auf dieser aufsitzt. Die radialen Schrumpfspannungen
werden aufgenommen durch die ringförmige Erhöhung k des
Nippels,
die beim Auftragen der Schweißnaht L die Preßschweißung des Nippels an den Kammerwerkstoff
bewirken. Der axiale Druck wird aufgenommen von der ringförmigen Fläche derErhöhung
des Kammerwerkstoffes, so daß beim Erhitzen durch den Lichtbogen eine Preßschweißung
zustande kommt.
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Das Verfahren kann Anwendung finden sowohl bei runden als auch bei
eckigen Kammern oder sonstigen druckführenden Behältern, wobei es gleichgültig ist,
ob Nippel kleineren oder größeren Durchmessers mit dicker oder dünner Wandung zur
Anwendung kommen.