DE932245C

DE932245C - Vapor-tight welding of a stud bolt to a boiler wall, especially for locomotive rear boilers

Info

Publication number: DE932245C
Application number: DET2050A
Authority: DE
Inventors: Arnold Dr-Ing Tross
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-08-17
Filing date: 1950-08-17
Publication date: 1955-08-29

Description

Dampfdichte Verschweißung eines Stehbolzens mit einer Kesselwand, insbesondere bei Lokomotiv-Hinterkesseln Die Erfindung betrifft eine dampfdichte Verschweißung eines Stehbolzens mit einer Kesselwand, insbesondere bei Lokomotiv-Hinterkesseln, zur Herabsetzung der Verwerfungs- und Rißgefahr.Vapor-tight welding of a stud bolt with a boiler wall, in particular in the case of locomotive rear boilers. The invention relates to a vapor-tight system Welding a stud bolt to a boiler wall, especially in the case of locomotive rear boilers, to reduce the risk of warping and cracking.

Bekanntlich sind bei allen Beanspruchungen durchlöcherter Bleche die Lochränder ganz besonders gefährdet und bilden so den Anlaß zur Entstehung von Anrissen und Brüchen. Diese Gefahr ist doppelt gegeben bei Kesselblechen, die nicht nur durch äußere (Kesseldruck), sondern auch durch innere Kräfte, z. B. durch ungleiche Temperaturverteilung innerhalb der Wand oder durch unfreie Wärmedehnung, beansprucht werden. Wird z. B. bei solchen Blechen die Verbindung der Stehbolzen mit der Wand durch Verschweißung der überstehenden Kopfenden mit der äußeren Wandoberfläche bewirkt, so ist mindestens an dieser Wandseite eine Möglichkeit des Ausdehnens oder der Zusammenziehung unter der Wirkung von Temperaturveränderungen nur in sehr geringem Maße gegeben. Dies ist feuerbuchsseitig ganz besonders nachteilig, weil hier, vor allem in der Feuerzone, die größten Temperaturunterschiede zwischen Betrieb und Kaltzustand und zwischen Feuer- und Wasserseite vorkommen. Die Folge davon ist, daß während der hohen Erwärmung im Betriebe der feuerseitige Wandbereich, vor allem um den besonders hoch erwärmten überstehenden Stehbolzenkopf herum, in Richtung der Wandebene plastisch gestaucht wird und sich bei der Abkühlung verkürzen will. Dies wiederum ist nur möglich durch eine Durchwölbung der Wände insgesamt nach außen und in der Zone um den Stehbolzen herum nach innen (Matratzenbildung), die beide aber eine starke Verbiegung der in ihnen befestigten Stehbolzen, besonders der in den Randreihen befindlichen, nach sich zieht. Durch ständige Wiederholung des Vorganges entstehen Dauerrisse an den Stehbolzen und ihren Verbindungsstellen mit den Kesselwänden, besonders rund um die Schweißnähte.It is well known that perforated sheets are subject to all stresses The edges of the holes are particularly endangered and so give rise to cracks and fractions. This risk is doubled with boiler plates, which are not just through external (boiler pressure), but also by internal forces, e.g. B. by uneven temperature distribution within the wall or through unfree thermal expansion. Is z. B. in such sheets the connection of the stud bolts to the wall by welding causes the protruding head ends with the outer wall surface, so is at least on this side of the wall there is a possibility of expansion or contraction underneath the effect of temperature changes is only given to a very small extent. this is particularly disadvantageous on the fire box side because here, especially in the fire zone, the greatest temperature differences between operation and cold state and between Fire and water side. The consequence of this is that during high heating in the company the wall area on the fire side, especially around the particularly hot one protruding stud head around, in the direction of the Wall level three-dimensional is compressed and wants to shorten as it cools. This in turn is only possible by arching the walls overall outwards and around in the zone the stud bolt inwards (mattress formation), but both of them have a strong bending the stud bolts fastened in them, especially those in the edge rows, entails. Continuous repetition of the process creates permanent cracks on the stud bolts and their connection points with the boiler walls, especially round around the welds.

Zur Beseitigung dieser den Betrieb und die Kesselunterhaltung stark belastenden Übelstände wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einzuschweißenden Stehbolzen mindestens feuerbuchsseitig die Stirnenden der Bolzen anstatt über die Wandoberfläche hinaus-, gegenüber dieser zu rückste en zu lassen und sie -anstatt durch Aüßenkehlnaht mit der Wandoberfläche. durch Innenkehlnaht mit der Wandlochlaibung zu verschweißen, so daß die dler inneren und der äußeren Wandoberfläche benachbarten Wandbereiche ihrem Formänderungsstreben (Ausdehnung oder Zusammenziehung) radial zur Wandlochlaibung weitgehend ohne plastische Verformung zu folgen vermögen. Wird auf diese Weise die Schweißnaht von der Wandoberfläche entfernt und in Richtung zur Wandmitte verlagert, so werden die Wärmespannungen in den gefährdeten Bereichen um die Lochränder stark vermehrt, so daß die sonst von den Rändern ausgehenden Risse vermieden werden. Außerdem wird die Schweißnaht entlastet, weil sie in einen Bereich niederer Wandtemperatur und damit geringeren Temperaturunterschiede zwischen Betrieb und Kaltzustand des Hinterkessels verschoben ist. Ein weiterer Vorteil ist, daß feuerbuchsseitig die sonst vorhandene Materialanhäufung entfällt, so daß die Bolzenkopf- und damit auch die mittlere Bolzentemperatur ebenso wie der Lochlaibungsdruck auf das Wandloch erheblich verringert werden. Dies wiederum wirkt sich günstig aus auf die Kesselsteinablagerung rund um den Stehbolzen und damit auf die Wärmeübertragung und die Korrosionsanfälligkeit vom Wand und Stehbolzen. Die sonst beobachtete Abzehrung des Bolzenkopfes und der benachbarten Wandzone sowie die Matratzenbildung entfallen.To eliminate this the operation and the boiler maintenance are strong burdening evils is proposed according to the invention to be welded Stud bolts at least on the fire box side the ends of the bolts instead of over the Wall surface - to leave behind it and instead of it by a fillet weld with the wall surface. by fillet weld with the wall hole reveal to be welded so that the inner and outer wall surfaces are adjacent Wall areas their striving for deformation (expansion or contraction) radially to the wall hole reveal are able to follow largely without plastic deformation. Will in this way the weld is removed from the wall surface and towards shifted to the center of the wall, so the thermal stresses in the endangered areas greatly increased around the edges of the holes, so that the cracks that would otherwise emanate from the edges be avoided. In addition, the weld seam is relieved because it is in one area lower wall temperature and thus lower temperature differences between operation and the cold state of the rear boiler is shifted. Another advantage is that The otherwise existing accumulation of material on the fire box side is omitted, so that the bolt head and thus also the mean bolt temperature as well as the hole reveal pressure the wall hole can be reduced considerably. This in turn has a beneficial effect the scale build-up around the stud bolt and thus on the heat transfer and the susceptibility to corrosion of the wall and stud bolts. The otherwise observed emaciation of the bolt head and the adjacent wall zone as well as the formation of mattresses are omitted.

Ein wesentlicher Vorzug dieser Verschwelßungsart liegt aber darin, daß die mit dem Einschweißen sonst verbundene Verwölbung der Wand, die bei dem bisher üblichen Verschweißen der überstehenden Bolzenenden mit der Wandoberfläche schon beim Einbau beginnt und im Laufe des Betriebes erhebliche Werte annimmt, fast nicht mehr auftritt. Dies hängt damit zusammen, daß die Schrumpfkraft .der Schweißnaht nach dem Erkalten sich in der Wandmitte auswirkt und daher kein Moment ausübt. Damit entfällt aber auch die stärkere Hin- und Herbiegung der Stehbolzenschäfte während des Einschweißens, die eine unerwünschte Vorbelastung der Bolzen vor Inbetriebnahme des Kessels bedeutet. Diese Verbesserung wird um so mehr erreicht; je mehr in beiden Wänden die Schweißnaht in der Wandmitte liegt.An essential advantage of this type of welding is that that the curvature of the wall otherwise associated with the welding, which was previously the case the usual welding of the protruding bolt ends to the wall surface begins with installation and takes on considerable values in the course of operation, almost not occurs more. This is due to the fact that the shrinkage force of the weld seam has an effect in the middle of the wall after cooling down and therefore does not exert a moment. In order to but there is also no longer any back and forth bending of the stud shafts during welding, which puts an undesirable pre-load on the bolts before commissioning of the boiler means. This improvement is achieved all the more; the more in both Walls the weld seam is in the middle of the wall.

Die Form und Lage der Schweißnaht zwischen Stehbalzen und Wandloch kann erfindungsgemäß verschiedenartig ausgeführt werden, wie in den Fig. i bis 3 der Zeichnung näher .dargestellt ist.The shape and position of the weld seam between the standing beam and the wall hole can be implemented in various ways according to the invention, as in FIGS the drawing .shown in more detail.

Gemäß Fig. i und 3 soll das Stirnende :2 des feuerbuchsseitigen Bolzenkopfes i an seinem Umfang nur etwa 2 bis 5 mm, von der wasserseitigen Wandoberfläche 3 des Feuerbuchsbleches q. aus gemessen, in. das Wandloch hineinragen. In Fig. i ist der rechtwinklige Ringraum 5 zwischen dem stumpfen Stirnende und dem zylindrischen Wandloch durch eine Innenkehlnaht verschweißt.According to Fig. I and 3, the front end: 2 of the bolt head on the fire box side i on its circumference only about 2 to 5 mm, from the water-side wall surface 3 of the fire book sheet q. measured from, protrude into the wall hole. In Fig. I is the right-angled annular space 5 between the blunt end and the cylindrical Wall hole welded through a fillet weld.

Gemäß Fig.3, linke Bildhälfte, kann, um eine besonders tragfeste Schweißnaht zu erzielen, das Stirnende des Stehbolzens von außen nach innen und/oder der - zur-- äußeren Wandoberfläche gelegene Teil der Lochlaibutg von innen nach außen kegelig gestaltet sein, so däß ein für die Elektrode gut zugänglicher ringförmiger Winkelraum für die Bildung der Schweißnaht 6 entsteht, oder es können, wie auf der rechten Bildhälfte dargestellt, Bolzen und/oder Wandloch nach einer gekrümmten Erzeugenden verjüngt bzw. erweitert sein, so daß im Schweißgrund äußerstenfalls sogar ein Winkel von i8o'° entsteht, der eine völlig schlackenfreie Verschweißung 7 bis zum Grunde erleichtert. In allen Fällen erhält der Bolzen wasserseitig gegenüber dem Wandloch ein ausreichendes Spiel, damit nach der Verschweißung sowohl die schweißnaht- wie die wasserseitige Umgebung des Wandlochs sich relativ frei dehnen können.According to FIG. 3, left half of the picture, it is possible to achieve a particularly stable weld seam to achieve the front end of the stud from the outside to the inside and / or the - to-- part of the hole loaf located on the outer wall surface, conical from the inside to the outside be designed so that an easily accessible annular angular space for the electrode for the formation of the weld seam 6, or it can, as on the right Half of the picture shown, bolt and / or wall hole after a curved generatrix be tapered or widened, so that in the extreme case even an angle in the welding base of i8o '° arises, which is a completely slag-free weld 7 down to the bottom relieved. In all cases, the bolt is on the water side opposite the wall hole sufficient play so that after welding both the weld seam and the water-side environment of the wall hole can expand relatively freely.

In Fig. 2 sind für den Fall, daß auch stehkesselseitig der Stehbolzen innerhalb der Wandlochlaibung verschweißt werden soll, die Endlagen der Schweißnaht, z. B. für einen stumpfendigenden Stehbolzenkopf in einem zylindrischen Loch, bei einer gegebenen Stufung der Bolzenlagerlängen dargestellt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in diesem Fall das Stirnende des stehkesselseitigen Bolzenkopfes an seinem Umfang etwa 6 bis io mm, von der Stehkesselaußenseite aus gerechnet, hineinragen zu lassen, was einer Längenstufung von 5 : 5 mm entspricht. Auch in diesem Fall wird die Schweißnaht im Durchschnitt etwa in die Mitte der Wandlochstärke zu liegen kommen, so daß auch von der Verschweißung auf der Ste'hkesselsoite !her die Wamdverwölbung in geringen Grenzen bleibt. Selbstverständlich kann auch stehkesselseitig die Verschweißung, wie in Fig.3 für die Feuerbuchswand dargestellt, ausgeführt sein oder überhaupt in der alten Weise durch Verschweißung des Bolzenüberstandes mit der Wand, weil hier kein Wärmestaudruck auftritt und plastische Verformungen nicht befürchtet zu werden brauchen.In Fig. 2 are for the case that the standing tank side of the stud bolts is to be welded within the wall hole reveal, the end positions of the weld seam, z. B. for a butt-ended stud bolt head in a cylindrical hole a given graduation of the bolt bearing lengths. According to the invention suggested, in this case the front end of the upright boiler-side bolt head about 6 to 10 mm, calculated from the outside of the boiler, protrude on its circumference to leave, which corresponds to a length gradation of 5: 5 mm. In this case, too the weld seam will on average lie in the middle of the wall hole thickness come, so that also from the weld on the Ste'hkesselsoite! remains within small limits. Of course, the upright tank side can also be welded, as shown in Fig. 3 for the fire box wall, executed or at all in the old way by welding the bolt overhang to the wall, because no heat build-up occurs here and plastic deformations are not to be feared will need.

Endlich kann erfindungsgemäß der Stehbolzen nur feuerbuchsseitig gewindelos in einer der beschriebenen Weisen im Wandloch verschweißt sein, während er stehkesselseitig in der früher üblichen Weise mit Gewinde versehen und gegebenenfalls aufgedornt ist. Dadurch wird erreicht, daß sowohl feuerbuchs- wie stehkesselseitig eine vollkommene und dauerhafte Abdichtung entsteht, und daß beide Kesselwände ein Minimum an Durchwölbung erleiden. Gleichzeitig wird feuerbuchsseitig die Gefahr der Wandlochrisse, stehkesselseitig die Gefahr der Einspannrisse am Stehbolzen behoben, die hier im Fall der Verschweißung ohne Entlastung durch Aufdornen die größere Rolle spielt.Finally, according to the invention, the stud bolt can only be threadless on the fire box side be welded in one of the ways described in the wall hole, while standing on the boiler side in the earlier customarily threaded and optionally is thorn up. This ensures that both the fire box and the standing boiler side a perfect and permanent seal is created, and that both boiler walls are one Suffer a minimum of bulging. At the same time, there is a danger on the fire box side the wall hole cracks, on the side of the boiler, the risk of clamping cracks on the stud bolt has been eliminated, which is the larger role here in the case of welding without relief by expanding plays.

Die neue Art der Verschweißung ist nicht nur für gewindelos einzuschweißende Stehbolzen gedacht, bei denen die Schweißnaht sowohl die Zugwie die Biegekräfte aufzunehmen hat, sondern ebenso für Gewindestehbolzen, die feuerbuchsseitig nur dichtgeschweißt werden sollen. Gegebenenfalls kann feuerbuchsseitig das Gewinde auf die für die Aufnahme der Zugkräfte erforderliche Gangzahl beschränkt und der übrige Teil des Wandlochs vom Gewinde befreit sein, um das Dichtschweißen zu erleichtern.The new type of welding is not just for threadless welding Stud bolts are intended in which the weld seam exerts both tensile and bending forces has to take up, but also for threaded stud bolts, the fire box side only are to be welded tightly. If necessary, the thread on the fire box side limited to the number of gears required to absorb the tensile forces and the the remaining part of the wall hole must be freed from the thread in order to facilitate sealing welding.

Um das Zuschweißen der sogenannten Kontrollbohrung zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,, diese während. des Schweißvorganges z. B. mit einem die Verschweißung nicht beeinträchtigenden Pfropfen aus Kupfer, gebranntem Ton od. dgl. verschlossen zu halben.In order to avoid the so-called control hole being welded shut, proposed according to the invention, this during. the welding process z. B. with a the welding not impairing plugs made of copper, fired clay or. like closed to half.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Vapor-tight welding of a stud with a boiler wall, especially in the case of locomotive rear boilers, to reduce the Risk of warping and cracking, characterized in that - at least on the fire box side - The front ends of the stud bolts are set back from the outer wall surface and are welded inside the wall hole soffit by fillet weld, so that the the wall areas adjacent to the inner and outer wall surface their deformation struts (Expansion or contraction) radial. for the reveal of the wall holes largely without plastic Able to follow deformation.

2. Vapor-tight weld according to claim i, characterized characterized in that the face end of the to be welded to the wall hole soffit The bolt head on the fire box side is only 2 to 5 mm from the water side on its circumference Wall surface protrudes into the wall hole.

3. Vapor-tight welding after Claim i, characterized in that the one to be welded to the reveal of the wall hole Front end of the upright boiler-side bolt head on its circumference 6 to 10 mm from the outer wall surface protrudes into the wall hole. q ..

Vapor-tight welding according to claim i or following, characterized in that the one with the wall hole soffit Front end of the stud bolt to be welded and / or that to the outer wall surface located, with it to be welded part of the hole reveal conical or after a curved generatrices are designed, and that the annular space formed between the two is filled in by the weld metal.

5. Vapor-tight weld according to claim i, 2 and q., characterized in that only on the fire box side the bolt end in is welded in the manner described with the hole reveal, while standing boiler side the bolt head in a known manner either by thread or threadless attached by welding the protruding bolt ends to the wall and, if necessary is thorn up.

6. Vapor-tight weld according to claim i or the following, characterized characterized in that the so-called control hole during the welding of the bolt end of the stud, e.g. B. with a plug that does not impair the weld made of copper, baked clay or the like, locked and so from your penetration of the Weld metal is preserved.