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Schweißverbindung zwischen zwei hohen Temperaturen ausgesetzten Rohrenden,
Stutzen od. dgl. Bekanntlich gelangen für Temperaturen von über 500° C häufig austenitische
Stähle zur Anwendung, weil dieselben eine hohe Warmfestigkeit aufweisen. Insbesondere
bei Wärmekraftanlagen kommt es dabei häufig vor, daß Teile von Rohrleitungen und
Gehäusen durch Schweißung miteinander verbunden werden müssen, wobei der eine Teil
aus austenitischem Stahl, der andere jedoch aus ferritischem Stahl hergestellt ist.
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Bekanntlich hat austenitischer Stahl einen wesentlich größeren Wärmedehnungsbeiwert
als ferritischer Stahl. Wenn daher nach Fig. z beispielsweise ein ferritisches Rohrstück
z durch eine einfache Rundschweißung a mit einem austenitischen Rohrstück 3 verbunden
wird, so ergeben sich bei hoher Temperatur zusätzliche Beanspruchungen dadurch,
daß sich das austenitische Rohrstück 3 im heißen Zustande auf einen größeren Durchmesser
ausdehnt als das ferritische Rohrstück r, und es entstehen demzufolge sowohl an
den durch Schweißung verbundenen Partien der beiden Rohrenden als auch an der Schweißstelle
selbst zusätzliche Spannungen.
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In Fig. a ist die ungleiche Durchmesserzunahme der beiden Rohrenden
im heißen Zustand in übertriebenem Maßstabe veranschaulicht. Durch die Schweißnaht
wird ein stetiger Übergang des Durchmessers erzwungen. Es ergibt sich dabei eine
starke Biegebeanspruchung der Rohre in der Nähe der Übergangsstelle. Die zusätzlichen
Beanspruchungen
können zu Beschädigungen der Rohrenden bzw. deren
Schweißverbindungen führen, besonders wenn häufiges Abkühlen und Wiedererwärmen
auftritt.
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Erfindungsgemäß wird nun eine Schweißverbindung zwischen zwei hohen
Temperaturen ausgesetzten Rohrenden, Stutzen od. dgl., bei welchen der eine Teil
aus ferritischem und der andere Teil aus austenitischem Stahl besteht, durch eine
zickzackförmig verlaufende Schweißnaht hergestellt.
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Das Vorsehen von Zickzackschweißnähten ist an sich bekannt und schon
bei der Herstellung geschweißter Fachwerkkonstruktionen aus Rohren, Hohlstäben u.
dgl. für die Verbindung der Stäbe mit den Kanten bzw. den Trag- oder Stützteilen
vorgeschlagen worden. Bei Fachwerkstäben tritt im wesentlichen eine Beanspruchung
auf Zug und Druck in Längsrichtung des Stabes auf. Der zickzackförmige Verlauf der
Schweißnaht bewirkt dabei, daß die Naht in eine günstigere Lage zur Beanspruchungsrichtung
fällt. Mit Temperaturunterschieden und unterschiedlichen Dehnungen der zusammenzuschweißenden
Materialien ist hierbei nicht zu rechnen.
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Hohen Temperaturen ausgesetzte Rohrenden, Stutzen u. dgl., wie sie
besonders bei Wärmekraftanlagen verwendet werden, sind in der Regel hauptsächlich
durch Innendruck beansprucht. Die einfachen Rundnähte, welche bisher stets zur Verbindung
von solchen Rohren verwendet wurden, liegen hierbei schon in günstigster Beanspruchungsrichtung,
so daß jene Rücksichten, die bei den Fachwerkkonstruktionen zu einer Verwendung
von Zickzackschweißnähten geführt haben, nicht maßgebend sind. Handelt es sich indessen
um die Aufgabe, Rohrenden, Stutzen u. dgl. zusammenzuschweißen, bei welchen der
eine der zusammenzuschweißenden Teile aus ferritischem und der andere aus austenitischem
Stahl besteht und die angrenzenden Teile somit unterschiedliche Wärmedehnungsbeiwerte
aufweisen, so bringt die Verwendung einer zickzackförmig verlaufenden Schweißnaht
wieder besondere Vorteile. Dieser zickzackförmige Verlauf bewirkt nämlich, daß der
Rohrumfang beim Übergang vom einen zum anderen der zusammengeschweißten Teile nicht
plötzlich auf seiner ganzen Länge den Baustoff wechselt. Anfänglich besteht beispielsweise
der Rohrumfang noch vorwiegend aus ferritischem Baustoff, und erst allmählich nehmen
die zwischengeschalteten Teile aus austenitischem Baustoff zu, während die Teile
aus ferritischem Baustoff abnehmen. Der Übergang vom einen auf den anderen Baustoff
und damit vom- einen auf den anderen Durchmesser bei Rohren unterschiedlicher Dehnung
wird also auf die Breite der Amplitude des Zickzackverlaufes verteilt. Es treten
somit praktisch keine Biegespannungen mehr auf, wenn die Amplitude der zickzackförmigen
Schweißnaht hinreichend groß gemacht wird.
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Die Fig. 3, 4. und 5 zeigen ein Beispiel für eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schweißverbindung in Anwendung auf die Verbindung zweier
aneinander anschließender Rohrteile. Fig. 3 zeigt hierbei die Rohrteile in Ansicht
quer zur Achse, Fig. q. einen Querschnitt im Bereich der Schweißung nach der Linie
IV-IV der Fig.3 und Fig. 5 eine Abwicklung des Rohrumfanges.
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Fig. 6 stellt sodann eine weitere Ausführungsform der zickzackförmigen
Schweißnaht in Abwicklung dar.
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Gemäß Fig. 3 ist ein Rohrteil 4. aus ferritischem Stahl mit einem
Rohrteil s aus austenitischem Stahl längs einer Schweißnaht 6 zusammengeschweißt.
Die Schweißnaht 6 verläuft zickzackförmig. Sie hat, wie aus der Abwicklung des Rohrumfanges
nach Fig. 5 hervorgeht, ungefähr die Form einer Sinuslinie. Es greifen hierbei aus
ferritischem Stahl bestehende Lappen 41 und aus austenitischem Stahl bestehende
Lappen 51 ineinander.
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In dem in der Mitte des Schweißbereiches verlaufenden Querschnitt
IV-IV besteht das Rohr längs des Umfanges abwechslungsweise aus gleichen ferritischen
und austenitischen Teilen. Es wird sich somit dieser Bohrbereich bei Erwärmung ohne
besondere Zwangsspannungen auf einen mittleren Durchmesser ausdehnen. Bei immer
noch im Bereich der zickzackförmigen Schweißnaht 6 verlaufenden Querschnitten links
des Querschnitts IV-IV überwiegt der ferritische Stahl, rechts des Querschnitts
IV-IV dagegen der austenitische Stahl.
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Bei dieser Ausbildung der Schweißnaht wird somit allein schon durch
die Wärmedehnung, also ohne besondere Schub- und Biegungsbeanspruchung, ein allmählicher,
sanfter Übergang des Durchmessers von jenem des rein ferritischen Rohres zu jenem
des rein austenitischen Rohres erzielt.
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Außer in der in Fig. 5 dargestellten Weise kann die Zickzacklinie
auch in vielen anderen Formen ausgeführt werden. Je nach der Größe des Rohres kann
sie auch eine größere oder kleinere Wellenzahl aufweisen. Ferner kann die Zickzacklinie
beispielsweise auch aus abwechslungsweise gegen die Rohrachse geneigten geraden
Linien, gegebenenfalls mit Abrundungen an den Eckpunkten, bestehen.
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Fig. 6 zeigt als weitere Variante in Abwicklung eine zickzackförmige
Schweißnaht 61, welche gemäß einer aus zur Rohrachse parallelen geraden Strecken
und halbkreisförmigen Verbindungsbogen zusammengesetzten Linie verläuft.
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Die erfindungsgemäße Schweißverbindung kann nicht nur auf die Verbindung
von zwei Rohrenden angewandt werden, sondern beispielsweise auch auf die Verbindung
zwischen einem zylindrischen, rohrförmigen Ansatz eines Gehäuses. Die zu verbindenden
Teile können ferner auch statt eines kreisförmigen Querschnitts einen elliptischen
oder ähnlichen Querschnitt aufweisen.