EP1976657A1 - SCHWEIßVERFAHREN - Google Patents

SCHWEIßVERFAHREN

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Publication number
EP1976657A1
EP1976657A1 EP07722762A EP07722762A EP1976657A1 EP 1976657 A1 EP1976657 A1 EP 1976657A1 EP 07722762 A EP07722762 A EP 07722762A EP 07722762 A EP07722762 A EP 07722762A EP 1976657 A1 EP1976657 A1 EP 1976657A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
tube
tubes
weld
coolant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07722762A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roger Müller
Johannes Fisch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
Original Assignee
Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schmidt and Clemens GmbH and Co KG filed Critical Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
Publication of EP1976657A1 publication Critical patent/EP1976657A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/028—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams
    • B23K9/0282—Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams for welding tube sections
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    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
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    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • B23K2103/26—Alloys of Nickel and Cobalt and Chromium

Definitions

  • the invention relates to a method of welding and more particularly to the use of a welding method for welding stainless steel tubes, nickel-based tubes, especially nickel-based tubes with high carbon content and centrifugally cast tubes.
  • EP 0 884 126 B1 describes a possible procedure for producing the weld seam by means of a pivoting welding torch.
  • one or more of the nachfofgenden goals is verfofgt: Through welding of the root, low number of Gresch dosch doweld, good connection of a first weld to the second weld and the least possible structural change of the pipe material in adjacent to the weld area.
  • the object of the invention is to propose a welding method which enables economical and, in particular, device-less welding and in particular enables good welding of stainless steel tubes, nickel-based tubes, nickel-based tubes with high carbon contents and centrifugally cast tubes.
  • the object is achieved by a welding method according to the independent claims 1 and 6.
  • Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
  • the invention is based inter alia on the fact that, in particular during welding, a coolant is to be applied, which can cool at least one of the tubes in the region of the end to be welded and that this coolant should not be applied continuously during the welding process but only at certain intervals.
  • a coolant for example, as part of a welding program, it may be provided to first weld a root pass without cooling by dispensing coolant.
  • This has the advantage that the discharged inside the pipe / tubes coolant does not push the resulting root layer from the inside out and thus creates an unwanted seam shape.
  • a cooling of the tube / tubes by applying coolant can then take place, for example, for the welding of the applied to the root pass filling or cover layer, a cooling of the tube / tubes by applying coolant.
  • the discharge of the coolant would therefore be limited, for example, to the specific time interval of welding the cover layer.
  • the idea according to the invention of not applying the coolant permanently, but only at quite specific intervals, can also be applied to other intervals.
  • the interval does not have to be defined in terms of time, but can be determined as a function of the burner tip position or the burner tip position.
  • it may be defined in a controller that whenever the torch tip is in a particular position and / or position, coolant is dispensed.
  • the invention is thus based on the basic knowledge that the discharge of the coolant can be used specifically from influencing factor for the shape of the weld, so for example, can be used for certain shape of the root pass (you want to push them outward) or at certain positions of the welding torch, For example, arranged at the side of the tubes burner tip, can ensure that even in this welding position a desired seam shape is achieved.
  • the coolant can be used as a targeted design element of the seam shape
  • the inventive limitation of the coolant output to certain time intervals offers the advantage of lower coolant consumption.
  • the coolant is therefore not constantly applied during welding, but only at certain intervals. The intervals can always be the same length.
  • the length of the time interval is varied by a controller, for example as a function of a selected welding program. This allows for different sections the welding process to provide a different cooling of the pipe ends and thereby offers the advantage of further optimization of the coolant consumption.
  • the discharge of the refrigerant at certain intervals may be controlled by the operator himself, for example by opening and closing a supply valve. Particularly preferably, the control, or even the regulation of the discharge of the coolant via a controller, or via a control.
  • Various welding programs can be stored in this control or regulation, with each program being assigned a specific sequence of specific intervals. Depending on the type of pipes to be welded, the operator can then select the best welding program for this purpose, depending on the pipe materials, the pipe dimensions, the weld seam preparation or the like.
  • the welding process used is particularly preferably the tungsten inert gas welding process (TIG welding process), which is well known as such. It has been shown that the advantages of the invention can be implemented particularly well in this method.
  • the welding torch preferably has an inert gas supply, which can be made movable with the burner as well as stationary. Furthermore, a wire feed can be provided for the welding material. Welding material may optionally be supplied when welding individual layers or, for example, a complete layer may be welded without supplying welding material.
  • tube is understood to mean both the long body of the actual word "pipe” and a pipe bend, the tubular shoulder of a T-piece or any other body which has a substantially annular, in particular annular, end face in cross-section.
  • the end-side end surfaces of the tubes can be untreated or subjected to a weld preparation.
  • the end surfaces can be beveled to produce a V-seam or other seaming.
  • the end face is partly perpendicular to the tube axis formed obliquely to the tube axis, so that, for example, the root layer as I-seam and the top layer or filling layer are welded as a V-seam.
  • the tubes are arranged in particular so that as possible no transitions occur at the outer peripheries.
  • the tubes to be welded often do not have an exact circular cross-section, for example, have slightly varying Wall thicknesses and / or, for example, an outer peripheral shape different from the inner peripheral shape, for example an elliptical outer peripheral shape.
  • Advantages are now achieved when the tubes are aligned with each other so that the two outer circumferences are aligned as possible.
  • the tubes could be coaxially aligned, it is preferred that the outer circumference be used as a measure of the orientation of the tubes relative to each other.
  • the tubes are mediated to each other so that there is a minimum offset both on the inside and on the outside.
  • the mutually aligned tubes can be non-rotatably connected to each other by selective welding ("stapling"). As a result, the other tube is rotated during rotation of a tube.
  • welding selective welding
  • the other tube is rotated during rotation of a tube.
  • Under circumferential joint is also the immediate, for example, jerky Anaptetzen understood to connect the pipe cross-sections, even if there is no or only a minimal gap between the pipe ends.
  • the tube can hold the tube in a rotationally fixed manner to the holder, for example in the receptacle of a rotary drive.
  • the holder is designed as a pure support for the tube.
  • the support may be circular arc-shaped in cross-section and have rollers in this cross-section, on which the inserted into the support tube can roll when it is rotated about its tube axis.
  • the holding a pipe holder is preferably formed so that it holds the tube in a raised, horizontal position.
  • the bracket engages the outside of the pipe.
  • a holder for a pipe but also any other requirement for a pipe or roller supports for pipes (linets) or even a laying on the floor.
  • the tubes are welded to the multi-layered weld by the welding torch, the torch being held in a first welding position to produce a first layer and a second position in a second welding position to produce a second layer.
  • the first welding position differs from the second welding position with respect to the position of the burner tip with respect to a zero position in which the burner tip is arranged vertically above the upper vertex (dead center) of the tubes, and / or with respect to the position of the longitudinal axis of the welding torch in Relation to the horizontal.
  • first position not only the root position is to be understood as "first position" since the knowledge according to the invention can also be applied to the sequence of other layers, for example a first filling layer and a second filling layer or a filling layer and a cover layer.
  • a root pass can be produced particularly favorably with a torch tip which is in a first welding position with a first position and with a first orientation of the longitudinal axis, while, for example, a covering position or a filling position preferably with a different welding position is produced.
  • the burner tip is preferably held stationary in the one welding position for producing a complete position, wherein a "complete layer" can also be understood as meaning a slight over-welding.
  • the welding process can be interrupted and the welding torch are brought into a second welding position.
  • the tubes and the welding torch are moved relative to each other in a first direction to produce the first layer of the weld and moved in the first opposite direction to produce the second layer of the weld.
  • this welding method allows setting of different relative velocities between the tube and the burner.
  • the burner can be moved in one direction within its arcuate segment and the tubes in the other direction by means of its (then driven) brackets, if that is advantageous for a particular circular arc segment, while in other circular arc segments the tubes are stationary to hold and only to move the burner in its circular arc segment.
  • the pivoting device for the burner preferably has a holder in which the welding torch is held with its possibly provided additional elements.
  • This holder is preferably directly or by the interposition of a holding arm along a backdrop, such as a circular arc-shaped rail, movable and held to it.
  • a rail is understood as meaning both a body that has been shaped to a conventional rail body and any other body along the surface of which the holder is directly or indirectly supported a pivotal movement of the burner along the inventively limited circular arc segment can complete.
  • the longitudinal axis of the burner is tilted by a tilting device about a tipping point from a first to a second position.
  • the burner can be moved in this tilted position to form the weld along the peripheral joint.
  • the longitudinal axis of the burner is preferably tilted within the plane perpendicular to the longitudinal axis of the tube from the usual radially aligned to the tubes layer in an angle to the radial direction of the tubes at an angle. It has been found that the weld can be better produced with a tilted burner. This is especially true when the longitudinal axis of the burner for generating the weld is tilted away from top dead center.
  • a weld may be produced in the inventive welding process in which the torch is radially aligned with the tube at top dead center and then moved down a circular arc segment, during which downward movement the degree of tilt of the longitudinal axis may be changed from the radial orientation.
  • the tilting point is provided in the region of the burner tip. It has been found that the control of the welding method according to the invention can be programmed more easily if the burner tip is defined as a fixed point. For the control, it is advantageous if the movement of the burner tip along the selected arc segment is determined and the tilting of the burner is added as an additional effect, but does not change the position of the burner tip on the circular arc segment.
  • a rotary drive rotates one of the tubes held in one of the holders in a clockwise and counterclockwise direction about its longitudinal axis.
  • This reversal of the direction of rotation makes it possible to increase the relative movements between the burner tip and the two welding pipes. Also, this reversal of direction makes it possible to quickly reach the start point of the next weld when juxtaposing individual welds, because reversing the direction allows the shortest path from the end point of the just ended weld to the starting point of the next starting weld to be selected.
  • a heat sink which can cool the tube from the inside, at least inserted into a tube.
  • a heat sink makes it possible to introduce cooling gas from the inside to the tube ends and thus to achieve interpass temperatures which cause only a small shrinkage in the weld region, or to prevent or at least reduce, for example, structural changes in the material of the tube in the region of the weld.
  • the heat sink preferably has an outlet section with at least one outlet for a coolant and sealing lips projecting from the heat sink and delimiting the outlet section.
  • the heat sink is of cylindrical construction and has two annular disks as sealing lips, which delimit the outlet section provided on the mantle surface of the cylindrical heat sink in each case at the end.
  • the sealing lips are made at least in their outer edge portions of elastic material.
  • the elastic formation of the sealing lip now makes it possible to pull the heat sink out of the tubes even when the root of the weld projects into the interior of the connected tubes. If the sealing lip were not elastic in this area, it could not be moved over the bead of the weld root.
  • the sealing lips may preferably be designed to be interchangeable in order to allow easy adaptation to different inner cross sections of the pipes to be welded.
  • the above-described welding methods are used to weld stainless steel tubes, nickel-based tubes, high carbon nickel-based tubes, and / or centrifugally cast tubes.
  • Fig. 1 is a schematic side view of an apparatus on which the welding method according to the invention can be carried out;
  • Fig. 2 is a schematic plan view of the device according to FIGS. 1 and
  • Fig. 3 is a sectional side view of an inserted into two tubes to be connected heat sink.
  • Fig. 1 shows a first tube 1 and a second tube 2, which are to be connected along a peripheral joint 3 by means of a weld.
  • a welding torch 4 is provided.
  • the tubes 1, 2 are located on linets 5, 6.
  • a drive device 7 is provided to drive the tube 1 in rotation.
  • the drive device 7 is designed such that it can rotate the tube 1 both clockwise and counterclockwise, as shown by the double arrow A in FIG.
  • Fig. 2 shows details of the welding torch apparatus.
  • the welding torch 4 can be tilted about a tilting point 8 in both directions of the double arrow B by means of a tilting device, not shown. Kippositionen of the welding torch 4 are indicated in Fig. 2 with lighter line width.
  • the welding torch device has a pivoting device, not shown, by means of which the welding torch 4 can be moved along a circular arc segment 9.
  • the circular arc segment is ⁇ 180 °.
  • Fig. 3 shows a heat sink 10 which is inserted into the tube 2 and the tube 1, that it is arranged symmetrically to the circumferential joint 3.
  • the heat sink 10 has flexible sealing disks 11, 12.
  • a cylindrically shaped main body 13 has outlets 14 for a coolant, which are supplied to the main body 13 via a feed line 15.
  • the first and the second tube 1, 2 are arranged in the position necessary for the formation of the peripheral joint 3 to each other, in which they are placed on the linets 5, 6. Furthermore, the pipes are arranged such that a good compromise between an offset on the outside and an offset on the inside is achieved. An attempt is made to minimize the offset on both sides. Subsequently, the tube 2 is selectively connected to the tube 1 by means of stitching, so that a rotational movement then generated by the drive device 7 is transmitted from the tube 1 to the tube 2. Further, the heat sink 10 is inserted into the tubes 1, 2 in such a way that it is arranged symmetrically under the peripheral joint 3.
  • the tube assembly of tube 1 and tube 2 is rotated by means of the drive device 7.
  • the root position of the weld to be produced is generated during the rotation.
  • the welding torch 4 by means of the tilting device and the Pivoting device transferred to another position.
  • the rotation of the tube assembly is reversed and welded with these settings, the filling.
  • the coolant is limited to the interval of a rotation of the tube by 90 °.
  • the coolant supply is interrupted for the further 90 ° rotation angle of the tube and then switched on again for 90 °.
  • the top layer is welded.
  • the welding torch 4 can again be brought into a new tilt position and a new pivot position. After completion of the welding process, the heat sink is pulled out of the pipe assembly.
  • the elastic design of the sealing lip also allows the heat sink to be pulled out of the tubes, the root of the weld protruding into the interior of the connected tubes.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Schweißverfahren zum endseitigen Verbinden eines ersten Rohres mit einem zweiten Rohr entlang einer Umfangsfuge mittels einer Schweißnaht, bei dem das erste und das zweite Rohr in der für die Bildung der Umfangsfuge notwendigen Lage zueinander angeordnet werden, ein Kühlkörper zum Ausbringen von Kühlmittel in das erste und/oder das zweite Rohr derart eingeschoben wird, daß das von ihm abgegebene Kühlmittel zumindest eines der Rohre im Bereich des zu verschweißenden Endes kühlen kann, die Rohre und ein Schweißbrenner zum Erzeugen der Schweißnaht entlang der Umfangsfuge relativ zueinander bewegt werden und durch den Schweißbrenner verschweißt werden und das Kühlmittel in bestimmten Intervallen ausgebracht wird.

Description

"Schweißverfahren"
Die Erfindung betrifft eine Schweißverfahreπ und befaßt sich insbesondere mit dem Einsatz eines Schweißverfahrens zum Verschweißen von Edelstahlrohren, Rohren auf Nickelbasis, insbesondere Rohren auf Nickelbasis mit hohen Kohlenstoffanteilen und Schleudergußrohren.
Beim Aneinanderschweißen von Rohren wird in der Regel entweder bei feststehenden Rohren der Schweißbrenner entlang der Umfangsfuge in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Rohre um die Rohrenden herum bewegt oder bei feststehendem Schweißbrenner das erste und das zweite Rohr synchron mittels entsprechender Ausgestaltungen der sie haltenden Halterungen unter dem Schweißbrenner derart gedreht, daß der Schweißbrenner die Umfangsfuge mittels einer Schweißnaht schließen kann.
EP 0 884 126 B1 beschreibt eine mögliche Vorgehensweise beim Erzeugen der Schweißnaht mittels schwenkendem Schweißbrenner. Die in EP 0 884 126 B1 beschriebene komplizierte Aneinanderreihung einzelner, nur über Kreisbogensegmente am Stück durchgeführter Schweißnähte mit variierender Richtungsführung des Schweißbrenners zeigen, welche aufwendigen Maßnahmen getroffen werden, um eine qualitativ hochwertige Schweißnaht zu erzeugen. In der Praxis wird dabei eins oder mehrere der nachfofgenden Ziele verfofgt: Durchschweißen der Wurzel, niedrige Zahl von Füllschweißungen, gute Anbindung einer ersten Schweißnaht an die zweite Schweißnaht und möglichst geringe Gefügeänderung des Rohrmaterials im an die Schweißnaht angrenzenden Bereich.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren vorzuschlagen, das ein wirtschaftliches und insbesondere vorrichtungsseitig weniger aufwendiges Schweißen ermöglicht und insbesondere ein gutes Schweißen von Edelstahlrohren, Rohren auf Nickelbasis, Rohren auf Nickelbasis mit hohen Kohlenstoffanteilen und Schleudergußrohren ermöglicht. Die Aufgabe wird durch ein Schweißverfahren nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung geht unter anderem davon aus, daß insbesondere während des Schweißens ein Kühlmittel ausgebracht werden soll, das zumindest eines der Rohre im Bereich des zu verschweißenden Endes kühlen kann und daß dieses Kühlmittel nicht durchgehend während des Schweißprozeß sondern nur in bestimmten Intervallen ausgebracht werden soll. So kann im Rahmen eines Schweißprogramms beispielsweise vorgesehen sein, zunächst eine Wurzellage zu schweißen, ohne daß dabei durch Abgabe von Kühlmittel gekühlt wird. Dies bringt den Vorteil, daß das im Innern des Rohres/der Rohre ausgebrachte Kühlmittel die entstehende Wurzellage nicht von innen nach außen drückt und damit eine ungewünschte Nahtform entstehen läßt. Gemäß einer solchen Ausführungsform der Erfindung kann dann beispielsweise für das Schweißen der auf die Wurzellage aufgebrachten Füll- oder Decklage eine Kühlung des Rohrs/der Rohre durch Ausbringen von Kühlmittel erfolgen. Der Austrag des Kühlmittels wäre demnach beispielsweise auf das bestimmte Zeitintervall des Schweißens der Decklage beschränkt.
Der erfindungsgemäße Gedanke, das Kühlmittel nicht dauerhaft, sondern nur in ganz bestimmten Intervallen auszubringen, läßt sich auch auf andere Intervalle anwenden. Beispielsweise muß das Intervall nicht zeitlich definiert werden, sondern kann in Abhängigkeit der Brennerspitzen-Position, bzw. der Brennerspitzen-Lage festgelegt werden. Beispielsweise kann in einer Steuerung definiert werden, daß immer dann, wenn sich die Brennerspitze in einer bestimmten Position und/oder Lage befindet, Kühlmittel ausgebracht wird.
Der Erfindung liegt somit der Grunderkenntnis zugrunde, daß das Ausbringen des Kühlmittels gezielt aus Einflußfaktor für die Form der Schweißnaht genutzt werden kann, also beispielsweise zur bestimmten Formgebung der Wurzellage genutzt werden kann (will man diese nach außen drücken) oder bei bestimmten Positionen des Schweißbrenners, beispielsweise bei seitlich der Rohre angeordneter Brennerspitze, dafür sorgen kann, daß selbst in dieser Schweißposition eine gewünschte Nahtform erreicht wird. Neben dieser Erkenntnis, daß das Kühlmittel als gezieltes Gestaltungselement der Nahtform eingesetzt werden kann, bietet das erfindungsgemäße Beschränken der Kühlmittel-Ausgabe auf bestimmte Zeitintervalle den Vorteil eines geringeren Kühlmittelverbrauchs. Erfindungsgemäß wird das Kühlmittel demnach nicht konstant während des Schweißens ausgebracht, sondern nur in bestimmten Intervallen. Die Intervalle können stets die gleiche Länge aufweisen. Vorzugsweise wird die Länge des Zeitintervalls jedoch von einer Steuerung variiert, beispielsweise in Abhängigkeit eines ausgewählten Schweißprogramms. Dies ermöglicht es, für verschiedene Abschnitte des Schweißprozesses eine unterschiedliche Kühlung der Rohrenden vorzusehen und bietet dadurch den Vorteil einer weiteren Optimierung des Kühlmittelverbrauchs.
Das Ausbringen des Kühlmittels in bestimmten Intervallen kann durch den Bediener selbst gesteuert werden, indem er beispielsweise ein Zufuhrventil öffnet und schließt. Besonders bevorzugt erfolgt die Steuerung, bzw. sogar die Regelung des Ausbringens des Kühlmittels über eine Steuerung, bzw. über eine Regelung. In dieser Steuerung, bzw. Regelung können verschieden Schweißprogramme abgelegt sein, wobei jedem Programm eine bestimmte Abfolge von bestimmten Intervallen zugeordnet ist. Der Bediener kann dann je nach Art der zu verschweißenden Rohre, beispielsweise abhängig von den Rohrwerkstoffen, den Rohrabmessungen, der Schweißnahtvorbereitung oder dergleichen das hierfür beste Schweißprogramm auswählen.
Als Schweißverfahren wird insbesondere bevorzugt das als solches gut bekannte Wolfram-Inertgasschweißverfahren (WIG-Schweißverfahren) eingesetzt. Es hat sich gezeigt, daß sich die Vorteile der Erfindung bei diesem Verfahren besonders gut umsetzen lassen. Der Schweißbrenner weist vorzugsweise eine Schutzgaszufuhr auf, die sowohl mit dem Brenner beweglich ausgeführt als auch stationär ausgebildet sein kann. Ferner kann eine Drahtzufuhr für das Schweißmaterial vorgesehen sein. Schweißmaterial kann beim Schweißen einzelner Lagen wahlweise zugeführt werden oder es kann beispielsweise eine komplette Lage ohne Zuführen von Schweißmaterial geschweißt werden.
In den hiervor und -nachstehend beschriebenen Ausbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das erste Rohr und das zweite Rohr endseits miteinander verschweißt. Dabei wird unter Rohr sowohl der Langkörper des eigentlichen Wortsinnes "Rohr" verstanden, als auch ein Rohrbogen, das rohrförmige Absatzstück eines T-Stücks oder irgendein anderer Körper, der eine im Querschnitt im wesentlichen ringförmig, insbesondere kreisringförmige Abschlußfläche aufweist.
Die endseitigen Abschlußflächen der Rohre können unbehandelt sein oder aber einer Schweißnahtvorbereitung unterzogen werden. Beispielsweise können die Abschlußflächen zum Erzeugen einer V-Naht oder sonstiger Nahtformen angeschrägt werden. Insbesondere bevorzugt ist die Abschlußfläche teils senkrecht zur Rohrachse teils schräg zur Rohrachse ausgebildet, so daß beispielsweise die Wurzellage als I-Naht und die Decklage bzw. Fülllage als V-Naht geschweißt werden.
Bei dem Zuordnen der Rohre in die für die Bildung der Umfangsfuge notwendigen Lage werden die Rohre insbesondere so angeordnet, daß möglichst keine Übergänge an den Außenumfängen entstehen. Die zu verschweißenden Rohre weisen häufig keinen exakten kreisringförmigen Querschnitt auf, weisen beispielsweise leicht variierende Wandstärken und/oder beispielsweise einen zur Innenumfangsform unterschiedliche Außenumfangsform, beispielsweise eine elliptische Außenumfangsform auf. Vorteile werden nun erreicht, wenn die Rohre derart zueinander ausgerichtet werden, daß die beiden Außenumfänge möglichst fluchten. Zwar könnten die Rohre beispielsweise auch koaxial ausgerichtet werden, es wird aber bevorzugt, daß der Außenumfang als Maßstab für die Ausrichtung der Rohre zueinander genommen wird. Insbesondere bevorzugt werden die Rohre derart zueinander vermittelt, daß sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite ein minimaler Versatz vorhanden ist. Die zueinander ausgerichteten Rohre können durch punktuelles Verschweißen ("Heften") drehfest miteinander verbunden werden. Dadurch wird bei Drehung eines Rohres das andere Rohr mitgedreht. Unter Umfangsfuge wird auch das unmittelbare, beispielsweise stoßartige aneinandersetzen der zu verbindenden Rohrquerschnitte verstanden, selbst wenn dabei keine oder nur eine minimale Fuge zwischen den Rohrenden verbleibt.
In Bezug auf die Halterung der Rohre kann diese in den hiervor und -nachstehend beschriebenen Ausbildungen das Rohr drehfest zur Halterung halten, beispielsweise in der Aufnahme eines Drehantriebs. Insbesondere bevorzugt ist die Halterung allerdings als reine Auflage für das Rohr ausgebildet. Beispielsweise kann die Auflage im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet sein und in diesem Querschnitt Rollen aufweisen, auf der das in die Auflage eingelegte Rohr abrollen kann, wenn es um seine Rohrachse gedreht wird. Die ein Rohr haltende Halterung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie das Rohr in angehobener, horizontaler Lage hält. Insbesondere greift die Halterung außen an dem Rohr an. Im Sinne dieser Erfindung wird als Halterung für ein Rohr aber auch jede andere Auflage für ein Rohr bzw. Rollenauflagen für Rohre (Linetten) oder sogar ein Auflegen auf dem Boden verstanden.
Gemäß einem weiteren grundlegenden Aspekt der Erfindung werden die Rohre mit einer Schweißnaht mit mehreren Lagen durch den Schweißbrenner verschweißt, wobei der Schweißbrenner zum Erzeugen einer ersten Lage in einer ersten Schweißstellung und zum Erzeugen einer zweiten Lage in einer zweiten Schweißstellung gehalten wird. Die erste Schweißstellung unterscheidet sich von der zweiten Schweißstellung in Bezug auf die Lage der Brennerspitze bezüglich einer Nulllage, in der die Brennerspitze vertikal oberhalb des oberen Scheitelpunkts (Totpunkts) der Rohre angeordnet ist, und/oder in Bezug auf die Lage der Längsachse des Schweißbrenners im Bezug auf die Horizontale. Dabei ist unter "erste Lage" nicht nur die Wurzellage zu verstehen, da die erfindungsgemäße Erkenntnis auch auf die Abfolge anderer Lagen, beispielsweise einer ersten Fülllage und einer zweiten Fülllage oder einer Fülllage und einer Decklage angewendet werden kann.
Dies bietet den Vorteil, daß die einzelnen Lagen mit für die das Schweißen der jeweilige Lage optimaler Ausrichtung des Schweißbrenners erzeugt werden können. So hat es sich beispielsweise herausgestellt, daß eine Wurzellage besonders günstig mit einer Brennerspitze erzeugen läßt, die sich in einer ersten Schweißstellung mit einer ersten Lage und mit einer ersten Ausrichtung der Längsachse befindet, während beispielsweise eine Deck- oder eine Fülllage vorzugsweise mit einer anderen Schweißstellung erzeugt wird. Die Brennerspitze wird vorzugsweise für das Erzeugen einer vollständigen Lage stationär in der einen Schweißstellung gehalten, wobei unter einer "vollständigen Lage" auch ein leichtes Überschweißen verstanden werden kann. Nachdem diese erste Lage (inklusive eines möglichen leichten Überschweißens) erzeugt ist, kann der Schweißprozeß unterbrochen werden und der Schweißbrenner in eine zweite Schweißstellung gebracht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Rohre und der Schweißbrenner zum Erzeugen der ersten Lage der Schweißnaht relative zueinander in eine erste Richtung bewegt und zum Erzeugen der zweiten Lage der Schweißnaht in die der ersten entgegengesetzte Richtung bewegt. Abhängig von der zu schweißenden Lage und der Schweißstellung kann es nämlich vorteilhaft sein, die Rohre einmal nach Art einer steigenden Naht und einmal nach Art einer fallenden Naht relativ zu dem Schweißbrenner zu bewegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, den vorgesehenen Schwenkbereich für den Brenner zu reduzieren und diesen nur noch entlang eines Kreisbogensegments, das kleiner als 180° Grad ist, zu bewegen. Damit können die sehr aufwendigen Konstruktionen, die ein Schwenken des Brenners entlang der vollständigen Umfangsfuge, also um 360° Grad bereitstellen, vermieden werden. Gleichzeitig ermöglicht dieses Schweißverfahren das Einstellen unterschiedlicher Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Rohr und dem Brenner. So kann der Brenner beispielsweise innerhalb seines Kreisbogensegments in die eine Richtung und die Rohre mittels ihrer (dann angetriebenen) Halterungen in die andere Richtung bewegt werden, wenn das für ein bestimmtes Kreisbogensegment von Vorteil ist, während es in anderen Kreisbogensegmenten möglich ist, die Rohre stationär zu halten und nur den Brenner in seinem Kreisbogensegment zu bewegen.
Die Schwenkvorrichtung für den Brenner weist vorzugsweise eine Halterung auf, in der der Schweißbrenner mit seinen möglicherweise vorgesehenen Zusatzelementen gehalten wird. Diese Halterung ist vorzugsweise unmittelbar oder durch Zwischenschaltung eines Haltearms entlang einer Kulisse, beispielsweise einer kreisbogenförmigen Schiene, bewegbar und an ihr gehalten. Dabei wird unter einer Schiene sowohl ein einem klassischen Schienenkörper nachgeformter Körper als auch jeglicher anderer Körper verstanden, entlang dessen Oberfläche die Halterung unmittelbar oder mittelbar abgestützt eine Schwenkbewegung des Brenners entlang des erfindungsgemäß beschränkten Kreisbogensegments vollziehen kann.
Der Vorzug dieses Aspekts der Erfindung liegt insbesondere darin, daß eine Schiene - so sie als Führung für die Halterung vorgesehen wird - nicht unter Bildung eines vollständigen Kreises um die Rohre herumgeführt werden muß. Aber auch bei einem erfindungsgemäß ebenfalls möglichen Einsatz eines Schwenkarms als Abstützung für die Halterung des Schweißbrenners werden Vorteile erzielt, weil der Schwenkarm nur beschränkte Bewegungen ausführen muß, um den Brenner erfindungsgemäß entlang des Kreisbogensegments zu bewegen. Es ist nicht mehr nötig, den Schwenkarm derart auszubilden, daß er die zu verschweißenden Rohre vollständig umgreifen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei dem Schweißverfahren die Längsachse des Brenners mittels einer Kippvorrichtung um einen Kipppunkt von einer ersten in eine zweite Lage gekippt. Erfindungsgemäß kann der Brenner in dieser gekippten Lage zur Bildung der Schweißnaht entlang der Umfangsfuge bewegt werden. Dabei wird die Längsachse des Brenners vorzugsweise innerhalb der senkrecht zur Längsachse des Rohres stehenden Ebene aus der üblichen radial zu den Rohren ausgerichteten Lage in eine zur Radialrichtung der Rohre in einem Winkel stehenden Lage gekippt. Es hat sich gezeigt, daß die Schweißnaht mit einem gekippten Brenner besser erzeugt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Längsachse des Brenners für das Erzeugen der Schweißnaht abseits des oberen Totpunkts gekippt wird. Beispielsweise kann eine Schweißnaht beim erfindungsgemäßen Schweißverfahren erzeugt werden, in dem der Brenner im oberen Totpunkt radial zum Rohr ausgerichtet ist und dann entlang eines Kreisbogensegments nach unten bewegt wird, wobei während dieser Abwärtsbewegung der Grad der Kippung der Längsachse aus der radialen Ausrichtung geändert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kipppunkt im Bereich der Brennerspitze vorgesehen. Es hat sich gezeigt, daß die Steuerung des erfindungsgemäßen Schweißverfahrens einfacher programmiert werden kann, wenn die Brennerspitze als Fixpunkt definiert wird. Für die Steuerung ist es von Vorteil, wenn die Bewegung der Brennerspitze entlang des gewählten Kreisbogensegments festgelegt ist und das Kippen des Brenners als zusätzlicher Effekt hinzutritt, der aber die Lage der Brennerspitze auf dem Kreisbogensegment nicht verändert.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schweißverfahrens, dreht ein Drehantrieb eines der in einer der Halterungen gehaltenen Rohre im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn um seine Längsachse. Diese Umkehr der Drehrichtung ermöglicht eine Erhöhung der Relativbewegungen zwischen Brennerspitze und den beiden zu verschweißenden Rohren. Ebenfalls ermöglicht es diese Richtungsumkehr, beim Aneinanderreihen einzelner Schweißnähte den Startpunkt der nächsten Schweißnaht rasch zu erreichen, weil die Richtungsumkehr es erlaubt, den kürzesten Weg vom Endpunkt der gerade beendeten Schweißnaht zum Startpunkt der nächst beginnenden Schweißnaht zu wählen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Kühlkörper, der das Rohr von innen kühlen kann, zumindest in ein Rohr eingeschoben. Ein solcher Kühlkörper erlaubt es, Kühlgas von innen an die Rohrenden heranzuführen und damit Zwischenlagentemperaturen zu erreichen, die nur eine geringe Schrumpfung im schweißnahtnahen Bereich bewirken, oder beispielsweise Gefügeänderungen in dem Material des Rohres im Bereich der Schweißnaht zu verhindern oder zumindest zu vermindern.
Insbesondere bevorzugt weist der Kühlkörper einen Auslaßabschnitt mit mindestens einem Auslaß für ein Kühlmittel und von dem Kühlkörper abstehende Dichtlippen auf, die den Auslaßabschnitt begrenzen. Insbesondere bevorzugt ist der Kühlkörper zylindrisch aufgebaut und weist als Dichtlippen zwei Ringscheiben auf, die den auf der Manteloberfläche des zylindrischen Kühlkörpers vorgesehen Auslaßabschnitt jeweils endseits begrenzen. Vorzugsweise sind die Dichtlippen zumindest in ihren äußeren Randabschnitten aus elastischem Material hergestellt. So kann der Kühlkörper leicht nach Beenden des Verschweißens aus dem Rohr herausgezogen werden. Häufig wird der Kühlkörper nämlich über den Endbereich des ersten Rohrs hinaus teilweise in den Endbereich des zweiten Rohrs hineingeschoben, so daß der Auslaßabschnitt unterhalb der Umfangsfuge angeordnet wird. Die elastische Ausbildung der Dichtlippe erlaubt es nun, den Kühlkörper auch dann aus den Rohren herauszuziehen, wenn die Wurzel der Schweißnaht in das Innere der verbundenen Rohre hineinragt. Wäre die Dichtlippe in diesem Bereich nicht elastisch ausgebildet, so könnte sie über den Wulst der Schweißnahtwurzel nicht hinwegbewegt werden. Die Dichtlippen können vorzugsweise austauschbar ausgeführt sein, um eine einfache Anpassung an verschiedene Innenquerschnitte der zu verschweißenden Rohre zu ermöglichen.
Insbesondere bevorzugt werden die vorbeschriebenen Schweißverfahren zum Verschweißen von Edelstahlrohren, Rohren auf Nickelbasis, Rohren auf Nickelbasis mit hohem Kohlenstoffanteil und/oder Schleudergußrohren verwendet.
Nachfolgend wir anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung, auf der das erfindungsgemäße Schweißverfahren durchgeführt werden kann; Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht auf einen in zwei zu verbindende Rohre eingeführten Kühlkörper.
Fig. 1 zeigt ein erstes Rohr 1 und ein zweites Rohr 2, die entlang einer Umfangsfuge 3 mittels einer Schweißnaht verbunden werden sollen. Hierzu ist ein Schweißbrenner 4 vorgesehen. Die Rohre 1 , 2 liegen auf Linetten 5, 6 auf. Eine Antriebsvorrichtung 7 ist vorgesehen, um das Rohr 1 drehend anzutreiben. Die Antriebsvorrichtung 7 ist derart ausgebildet, daß sie das Rohr 1 sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn drehen kann, wie durch den Doppelpfeil A in der Fig. 2 dargestellt.
Fig. 2 zeigt Details der Schweißbrennervorrichtung. Der Schweißbrenner 4 kann mittels einer nicht näher dargestellten Kippvorrichtung um einen Kippunkt 8 in beide Richtungen des Doppelpfeils B gekippt werden. Kippositionen des Schweißbrenners 4 sind in der Fig. 2 mit leichterer Strichstärke angedeutet. Ferner weist die Schweißbrennervorrichtung eine nicht näher dargestellte Schwenkvorrichtung auf, mittels der der Schweißbrenner 4 entlang eines Kreisbogensegments 9 bewegt werden kann. Das Kreisbogensegment ist <180°.
Fig. 3 zeigt einen Kühlkörper 10, der so in das Rohr 2 und das Rohr 1 eingeschoben ist, daß er symmetrisch zur Umfangsfuge 3 angeordnet ist. Der Kühlkörper 10 weist flexible Dichtscheiben 11 , 12 auf. Ein zylindrisch ausgestalteter Grundkörper 13 weist Auslässe 14 für ein Kühlmittel auf, die dem Grundkörper 13 über eine Zuleitung 15 zugeführt werden.
Zum Verbinden des ersten Rohrs 1 mit dem zweiten Rohr 2 werden das erste und das zweite Rohr 1 , 2 in der für die Bildung der Umfangsfuge 3 notwendigen Lage zueinander angeordnet, in dem sie auf die Linetten 5, 6 gelegt werden. Ferner werden die Rohre derart vermittelt, daß ein guter Kompromiß zwischen einem Versatz auf der Außenseite und ein Versatz auf der Innenseite erreicht wird. Es wird versucht, den Versatz auf beiden Seiten zu minimieren. Anschließend wird das Rohr 2 mit dem Rohr 1 mittels Heften punktuell verbunden, so daß eine dann von der Antriebsvorrichtung 7 erzeugte Drehbewegung vom Rohr 1 auf das Rohr 2 übertragen wird. Ferner wird der Kühlkörper 10 derart in die Rohre 1 , 2 eingeführt, daß er symmetrisch unter der Umfangsfuge 3 angeordnet ist. Anschließend wird der Rohrverbund aus Rohr 1 und Rohr 2 mittels der Antriebsvorrichtung 7 gedreht. Durch den Schweißbrenner 4 wird während der Drehung die Wurzellage der zu erzeugenden Schweißnaht erzeugt. Zum Erzeugen der dann folgenden Füllage wird der Schweißbrenner 4 mittels der Kippvorrichtung und der Schwenkvorrichtung in eine andere Position überführt. Die Rotation des Rohrverbunds wird umgekehrt und mit diesen Einstellungen die Füllage geschweißt. Für diese oder eine spätere Füllage wird über den Kühlkörper Kühlmittel ausgebracht. Dabei ist die Ausbringung des Kühlmittels auf das Intervall einer Rohrdrehung um 90° beschränkt. Danach wird die Kühlmittelzufuhr für die weiteren 90°-Rotationswinkel des Rohrs unterbrochen und anschließend wiederum für 90° zugeschaltet. Schließlich wird die Decklage geschweißt. Hierfür kann der Schweißbrenner 4 wiederum in eine neue Kipposition und eine neue Schwenkposition gebracht werden. Nach Beendigung des Schweißvorgangs wird der Kühlkörper aus dem Rohrverbund herausgezogen. Die elastische Ausbildung der Dichtlippe erlaubt es, den Kühlkörper auch dann aus den Rohren herauszuziehen, die Wurzel der Schweißnaht in das Innere der verbundenen Rohre hineinragt.

Claims

Patentansprüche:
1. Schweißverfahren zum endseitigen Verbinden eines ersten Rohres (1) mit einem zweiten Rohr (2) entlang einer Umfangsfuge (3) mittels einer Schweißnaht, bei dem
das erste und das zweite Rohr (1 , 2) in der für die Bildung der Umfangsfuge (3) notwendigen Lage zueinander angeordnet werden, ein Kühlkörper (10) zum Ausbringen von Kühlmittel in das erste und/oder das zweite Rohr (1 , 2) derart eingeschoben wird, daß das von ihm abgegebene Kühlmittel zumindest eines der Rohre im Bereich des zu verschweißenden Endes kühlen kann, die Rohre (1 , 2) und ein Schweißbrenner (4) zum Erzeugen der Schweißnaht entlang der Umfangsfuge relativ zueinander bewegt werden und durch den Schweißbrenner verschweißt werden und das Kühlmittel in bestimmten Intervallen ausgebracht wird.
2. Schweißverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabe des Kühlmittels in dem bestimmten Zeitintervall durch eine Steuerung bewirkt wird.
3. Schweißverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die Länge des Zeitintervalls variieren kann.
4. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (1) in einer ersten Halterung und das zweite Rohr (2) in einer zweiten Halterung unter Bildung einer Umfangsfuge (3) zwischen dem ersten und dem zweiten Rohr gehalten wird und die Rohre (1 , 2) während des Schweißens mit der Umfangsfuge an einem Schweißbrenner (4) vorbeigedreht und/oder der Schweißbrenner mittels einer Schwenkvorrichtung zumindest teilweise entlang der Umfangsfuge geschwenkt wird und zumindest ein Rohr im Bereich seines zu verschweißenden Endes mittels von einem in das Rohr eingeschobenen Kühlkörper ausgebrachten Kühlmittel gekühlt wird, in dem das Kühlmittel in bestimmten Intervallen ausgebracht wird.
5. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch den Einsatz des Wolfram-Inertgasschweißverfahrens (WIG-Schweißverfahren).
6. Schweißverfahren zum endseitigen Verbinden eines ersten Rohres (1) mit einem zweiten Rohr (2) entlang einer Umfangsfuge (3) mittels einer Schweißnaht, bei dem
das erste und das zweite Rohr (1 , 2) in der für die Bildung der Umfangsfuge (3) notwendigen Lage zueinander angeordnet werden, die Rohre (1 , 2) und ein Schweißbrenner (4) zum Erzeugen der Schweißnaht entlang der Umfangsfuge (3) relativ zueinander bewegt werden und mit einer Schweißnaht mit mehreren Lagen durch den Schweißbrenner verschweißt werden und der Schweißbrenner (4) zum Erzeugen einer ersten Lage in einer ersten Schweißstellung und zum Erzeugen einer zweiten Lage in einer zweiten Schweißstellung gehalten wird, wobei sich die erste Schweißstellung von der zweiten Schweißstellung in Bezug auf die Lage der Brennerspitze bezüglich einer Nulllage, in der die Brennerspitze vertikal oberhalb des obersten Scheitelpunkts der Rohre angeordnet ist, und/oder in Bezug auf die Lage der Längsachse des Schweißbrenners im Bezug auf die Horizontale unterscheidet.
7. Schweißverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1 , 2) und der Schweißbrenner (4) zum Erzeugen der ersten Lage der Schweißnaht relativ zueinander in eine erste Richtung bewegt werden und zum Erzeugen der zweiten Lage der Schweißnaht in die der ersten entgegengesetzte Richtung bewegt werden.
8. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, gekennzeichnet durch den Einsatz des Wolfram-Inertgasschweißverfahrens (WIG-Schweißverfahren).
9. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlkörper (10) , der das Rohr von innen kühlen kann, zumindest in ein Rohr eingeschoben wird.
10. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch einen oder mehrere der Verfahrensschritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
11. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (1) in einer ersten Halterung gehalten wird und das zweite Rohr (2) in einer zweiten Halterung gehalten wird, wobei die erste und die zweite Halterung das erste und das zweite Rohr in der für die Bildung der Umfangsfuge (3) notwendigen Lage zueinander halten, der Schweißbrenner (4) zum Erzeugen der Schweißnaht mittels einer Schwenkvorrichtung, die den Brenner mit seiner Brennerspitze entlang eines Kreisbogensegments eines im wesentlichen senkrecht Längsachse der Rohre stehenden Kreises bewegen kann, nur entlang eines Kreisbogensegments, das kleiner als 180° Grad ist, bewegt wird.
12. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das erstes Rohr (1) in einer ersten Halterung gehalten wird und das zweite Rohr (2) in einer zweiten Halterung gehalten wird, wobei die erste und die zweite Halterung das erste und das zweite Rohr in der für die Bildung der Umfangsfuge (3) notwendigen Lage zueinander halten und die Längsachse des Schweißbrenners (4) zum Erzeugen der Schweißnaht um einen Kipppunkt (8) mittels einer Kippvorrichtung von einer ersten in eine zweite Lage gekippt wird.
13. Schweißverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipppunkt (8) im Bereich der Brennerspitze liegt.
14. Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der in einer der Halterungen gehaltenen Rohre durch einen Drehantrieb im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn um seine Längsachse drehen kann.
15. Schweißverfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 5 und 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper (10) einen Auslaßabschnitt mit mindestens einem Auslaß für ein Kühlmittel und von dem Kühlkörper (10) abstehende Dichtlippen, die den Auslaßabschnitt begrenzen, aufweist.
16. Verwendung eines Schweißverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Verschweißen von Edelstahlrohren, Rohren auf Nickelbasis, Rohren auf Nickelbasis mit hohem Kohlenstoffanteil und/oder Schleudergußrohren.
17. Kühlkörper zum Kühlen eines Rohres von innen, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (13) und mindestens eine von dem Kühlkörper endseits abstehende, elastische Dichtlippe.
18. Kühlkörper nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des zylindrischen Grundkörpers (13) angeordnet ist.
19. Kühlkörper nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtlippe als Ringscheibe (1 1 , 12) ausgebildet ist.
20. Kühlkörper nach einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeichnet durch eine Kühlmittelzufuhr in das Innere des Grundkörpers (13) und mindestens einen Kühlmittelauslaß (14), der vom Inneren des Grundkörpers nach außen führt.
21. Verwendung eines Kühlkörpers (10) nach einem der Ansprüche 17 bis 20 bei einem Schweißverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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