NL9401565A

NL9401565A - Method and apparatus for welding two objects together under an applied pressure differential

Info

Publication number: NL9401565A
Application number: NL9401565A
Authority: NL
Inventors: Hermanus Johannus M Lentferink
Original assignee: Stork Ketels Bv
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-05-01

Abstract

The invention relates to a method for welding together two objects such as pipe ends, comprising: i) arranging the two objects against one another in a standing contact seam; ii) applying a pressure differential across the contact seam; and iii) welding the two articles together at the contact seam under such a pressure differential that the weld (welded seam) formed substantially does not sag under the influence of gravity. The invention also relates to an apparatus for implementing this method.

Description

Werkwijze en inrichting voor het aan elkaar lassen van twee voorwerpen onder een aangelegd drukverschilMethod and device for welding two objects together under an applied pressure difference

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het aan elkaar lassen van twee voorwerpen die onderling contact maken via een staande contactnaad, bijvoorbeeld een zogenaamde I-naad.The present invention relates to a method and a device for welding together two objects that make mutual contact via a standing contact seam, for example a so-called I-seam.

Bij het aan elkaar lassen van twee voorwerpen, vooral binnen een werkstuk met een gecompliceerde vorm, zoals een pijpenbundel, kan het onmogelijk zijn tijdens het lassen de contactnaad tussen de twee voorwerpen in een in hoofdzaak horizontaal vlak te hebben.When welding two objects together, especially within a workpiece of a complicated shape, such as a pipe bundle, it may be impossible to have the contact seam between the two objects in a substantially horizontal plane during welding.

Daardoor doet zich het probleem voor, met name tijdens het Tig-lassen, dat het gevormde relatief grote smeltbad onder invloed van de zwaartekracht uitzakt.This causes the problem, particularly during Tig welding, that the relatively large weld pool formed sinks under the influence of gravity.

Daardoor is de doortocht ter hoogte van de lasnaad groter respectievelijk kleiner, hetgeen aanleiding kan geven tot pijpbreuk, of tot het op lassen of via lassen toevoegen van materiaal hetgeen een extra bewerking noodzakelijk maakt.As a result, the passage at the level of the welding seam is larger or smaller, which may give rise to pipe breakage, or to the addition of material on welding or via welding, which necessitates additional processing.

De uitvinding heeft ten doel een werkwijze en een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij in hoofdzaak het voornoemde probleem zich niet voordoet.The object of the invention is to provide a method and an apparatus of the type mentioned in the preamble, in which substantially the above-mentioned problem does not arise.

Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt met een werkwijze voor het aan elkaar lassen van twee voorwerpen, zoals pijpeinden, doordat de werkwijze omvat: i) het met een staande contactnaad tegen elkaar aanbrengen van de twee voorwerpen; ii) het over de contactnaad heen aanleggen van een drukverschil ,· en iii) het aan elkaar lassen van de voorwerpen aan de contactnaad onder een zodanig drukverschil dat de zich vormende lasnaad onder invloed van de zwaartekracht in hoofdzaak niet uitzakt.This is achieved according to the invention with a method for welding two objects together, such as pipe ends, in that the method comprises: i) arranging the two objects against each other with a standing contact seam; ii) applying a pressure difference over the contact seam, and iii) welding the objects to the contact seam together under such a pressure difference that the welding seam that forms forms does not substantially sag under the influence of gravity.

Door het drukverschil over de zich vormende lasnaad, wordt vermeden dat het smeltbad onder zijn eigen gewicht uitzakt. Hierbij is het drukverschil van zodanige grootte, dat het uitzakken in hoofdzaak is vermeden.The pressure difference over the forming welding seam prevents the weld pool from settling under its own weight. The pressure difference is of such a magnitude that sagging is substantially avoided.

Het aangelegde drukverschil is zodanig, dat in de richting van de zwaartekracht de druk toeneemt. Volgens een eerste uitvoeringsvorm wordt ten opzichte van de atmosferische druk een overdruk aangelegd waarbij de laagste druk de atmosferische druk is. Volgens een andere uitvoeringsvorm wordt aan de bovenzijde van de zich vormende lasnaad, een onderdruk aangelegd terwijl aan de onderzijde de atmosferische druk heerst.The applied pressure difference is such that the pressure increases in the direction of gravity. According to a first embodiment, an overpressure is applied with respect to atmospheric pressure, the lowest pressure being atmospheric pressure. According to another embodiment, a negative pressure is applied to the top of the welding seam that forms, while atmospheric pressure prevails at the bottom.

Het aangelegde drukverschil is afhankelijk van het vloeigedrag van het door het lassen gevormde smeltbad.The applied pressure difference depends on the flow behavior of the weld pool formed by the welding.

Hierbij is het vloeigedrag ook afhankelijk van een voorheen gevormde en inmiddels gestolde of stollend smeltbad dat voor een deel nieuw gevormd smeltbad kan ondersteunen, en derhalve behoeft een geringer drukverschil te worden aangelegd.The flow behavior also depends on a previously formed and in the meantime solidified or solidifying molten bath, which in part can support newly formed molten bath, and therefore a smaller pressure difference needs to be applied.

Ofschoon de voortschrijdend zich vormende lasnaad in neerwaartse richting kan worden gevormd, heeft het echter voorkeur de lasnaad in opwaartse richting te vormen, waardoor een las van betere technische kwaliteit wordt gevormd en eveneens het voordeel wordt bereikt dat eventueel gevormde gasbellen kunnen ontsnappen.However, although the progressively forming weld seam can be formed in a downward direction, it is preferable to form the weld seam in an upward direction, thereby forming a weld of better technical quality and also providing the advantage that any gas bubbles formed can escape.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding omvat het lassen met elektrisch lassen, met name Tig-lassen, meer in het bijzonder Auto-Tig-lassen, waarbij geen toevoer van toevoegmateriaal wordt toegepast. Daardoor vervalt tevens een parameter die veel tijd vraagt, vaak storingen kent en dientengevolge veel lasafkeur. Bij het Tig-lassen is het eveneens mogelijk te werken met een pulserende lasstroom, waardoor tevens het gevormde smeltbad op zijn plaats kan worden gehouden terwijl een volledige penetratie (over de dikte van het te lassen voorwerp) mogelijk is. Verder kan de lasstroom worden verminderd bij het voortschrijden van het lassen, aangezien dan de temperatuur van de twee aan elkaar te lassen voorwerpen toeneemt. Tevens kan met een relatief hoog vermogen gelast worden zonder dat het smeltbad inzakt. Een hoger vermogen geeft een breder smeltbad, waardoor grotere toleranties mogelijk zijn.A preferred embodiment of the method according to the invention comprises welding with electric welding, in particular Tig welding, more in particular Auto-Tig welding, in which no supply of filler material is used. As a result, a parameter that takes a long time, often has malfunctions, and consequently a lot of welding rejection, also lapses. With Tig welding it is also possible to work with a pulsating welding current, which also allows the weld pool formed to be held in place while allowing full penetration (over the thickness of the object to be welded). Furthermore, the welding current can be reduced as welding progresses, since the temperature of the two objects to be welded together then increases. It is also possible to weld with a relatively high power without the weld pool collapsing. Higher power gives a wider weld pool, allowing greater tolerances.

De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder geschikt voor Auto-Tig-lassen, waarbij een lasautomaat wordt toegepast. Gebleken is dat het afkeurpercentage laag is en een las van hoge technische kwaliteit en/of een hogere productiesnelheid kan worden gerealiseerd.The method according to the invention is particularly suitable for Auto-Tig welding, in which a welding machine is used. It has been found that the rejection percentage is low and a weld of high technical quality and / or a higher production speed can be realized.

Een ander aspect van de onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze overeenkomstig de uitvinding. Deze inrichting omvat: i) middelen voor het met een staande contactnaad tegen elkaar aan brengen van de twee voorwerpen; ii) middelen voor het aanleggen van een drukverschil over de contactnaad; en iii) middelen voor het met een lasnaad aan elkaar lassen van de voorwerpen.Another aspect of the present invention relates to an apparatus for carrying out the method according to the invention. This device comprises: i) means for bringing the two objects together with a standing contact seam; ii) means for applying a pressure differential across the contact seam; and iii) means for welding the articles together with a welding seam.

Wanneer voor het drukverschil een bron voor overdruk wordt toegepast, kan daartoe een gasfles of compressor voor een inert gas, zoals argon, worden aangewend. In geval van een drukverschil waarbij gebruik wordt gemaakt van een bron voor onderdruk, kan een vacuümpomp worden toegepast. Doordat tijdens het lassen het drukverschil bij voorkeur wordt ingesteld afhankelijk van de positie van de lastoorts (lasnaad), de lasnaadafmeting en de temperatuur van het voorwerp of van de voorwerpen, heeft het verder voorkeur dat de inrichting verder omvat middelen voor het variëren van drukverschil. Bijvoorbeeld kan gebruik worden gemaakt van een sensor die is gekoppeld met de lastoorts die een, de contactnaad volgende, beweging uitvoert.When an overpressure source is used for the pressure difference, a gas bottle or compressor for an inert gas, such as argon, can be used for this purpose. In the event of a differential pressure using a source of negative pressure, a vacuum pump can be used. Since during the welding the pressure difference is preferably adjusted depending on the position of the welding torch (welding seam), the welding seam size and the temperature of the object or of the objects, it is further preferred that the device further comprises means for varying the pressure difference. For example, use can be made of a sensor coupled to the welding torch which performs a movement following the contact seam.

Genoemde en andere kenmerken van de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding zullen hierna verder verduidelijkt worden aan de hand van twee uitvoeringsvoorbeelden die slecht bij wijze van voorbeeld worden gegeven, onder verwijzing naar de bijgevoegde tekening.Mentioned and other features of the method and device according to the invention will be further elucidated hereinafter on the basis of two exemplary embodiments which are only given by way of example, with reference to the accompanying drawing.

In de tekening is: figuur 1 een schematisch deels weggebroken aanzicht van een lasinrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een aanzicht over de lijn II-II uit figuur 1; en figuur 3 een deels weggebroken aanzicht van een andere lasinrichting volgens de uitvinding.In the drawing: figure 1 shows a schematic partly broken away view of a welding device according to the invention; figure 2 shows a view over the line II-II from figure 1; and figure 3 shows a partly broken away view of another welding device according to the invention.

Figuur 1 toont een lasinrichting 1 volgens de uitvinding voor het door middel van Auto-Tig-lassen met elkaar verbinden van twee buizen 2, 3 die met de kopse einden onder insluiting van een contactnaad 4 tegen elkaar worden gehouden met behulp van klemmen 5 en 6.Figure 1 shows a welding device 1 according to the invention for connecting two pipes 2, 3, which are held together with the end ends while enclosing a contact seam 4 by means of Auto-Tig welding, using clamps 5 and 6 .

De lasmiddelen 7 omvatten een lastoorts 8 die via een spanninginrichting 9 is verbonden met de buizen 2, 3 zodanig dat een pulserende lasstroom wordt opgewekt, terwijl de lasboog 10 wordt omstroomd door schermgas 11. De lasstroom is zodanig, dat een volledige penetratie van de pijpwand optreedt en een smeltbad 12 wordt gevormd.The welding means 7 comprise a welding torch 8 which is connected via a tension device 9 to the tubes 2, 3 such that a pulsating welding current is generated, while the welding arc 10 is surrounded by shielding gas 11. The welding current is such that a complete penetration of the pipe wall occurs and a molten bath 12 is formed.

De lasinrichting 1 omvat bovendien middelen 13 voor het aanleggen van een drukverschil over het smeltbad 12, zodanig dat in de pijpen 2, 3 een overdruk heerst en aan de buitenzijde de atmosferisch druk. Daartoe is op de buizen 2, 3 een drukleiding 14, 15 aangesloten die op zijn beurt is verbonden via een klep 16 met een drukbron, zoals een gasfles met samengeperst inert gas, zoals argon. Verder is opgenomen een drukmeter 17.The welding device 1 furthermore comprises means 13 for applying a pressure difference over the weld pool 12, such that there is an overpressure in the pipes 2, 3 and the atmospheric pressure on the outside. For this purpose, a pressure pipe 14, 15 is connected to the pipes 2, 3, which in turn is connected via a valve 16 to a pressure source, such as a gas bottle with compressed inert gas, such as argon. A pressure gauge 17 is also included.

De lastoorts 8 is verder voorzien van een positiesensor 18, die is verbonden via een van de stroombron 9 voorziene leiding 19 met een bedieningsorgaan van de klep 16 waardoor de druk kan worden geregeld afhankelijk van de positie van de lastoorts 8.The welding torch 8 is further provided with a position sensor 18, which is connected via a line 19 provided by the power source 9 to an actuator of the valve 16, whereby the pressure can be controlled depending on the position of the welding torch 8.

Zoals getoond in figuur 2 wordt de volgende lasbewerking uitgevoerd. De toorts 8 loopt vanaf de positie in figuur 2 volgens de boog 20 naar de positie die is aangegeven met de lijn 21. Vervolgens wordt de toorts 8 gedoofd en gebracht tot de in figuur 2 getoonde positie, waarna na het ontsteken van de boog en vorming van het smeltbad 12 de lasbeweging wordt uitgevoerd in de richting van de boog 22 tot een positie nabij de lijn 23.As shown in Figure 2, the following welding operation is performed. The torch 8 runs from the position in Figure 2 along the arc 20 to the position indicated by the line 21. The torch 8 is then extinguished and brought to the position shown in Figure 2, after which the arc is ignited and formed From the weld pool 12 the welding movement is performed in the direction of the arc 22 to a position near the line 23.

Figuur 3 toont een lasinrichting 24 volgens de uitvinding, voor het aan elkaar lassen van de buiseinden 25 en 26 ter hoogte van de contactnaad 27. De lasmiddelen 7 die dezelfde elementen omvattten als de lasmiddelen 7 uit figuur 1, zijn voor een deel omsloten door een gedeelde mantel 28 en omvat mantelhelften 29 en 30, bijeengehouden door klemmen 31 en 32. De mantel is voorzien van een uitlaat 33 die is aangesloten op een niet getoonde bron voor onderdruk, zoals een vacuumpomp. Eventueel kan de leiding 33 eveneens zijn aangesloten op een bron voor overdruk, waardoor een optimaal drukverschil kan worden aangelegd over de contactnaad 27 wanneer de lastoorts 8 zijn roterende lasbewerking uitoefent, waarbij de mantel 28 via een glijlager 34 roteert rond de buiseinden 25, 26. Via vensters 35 kan de laswerkwijze gevolgd worden.Figure 3 shows a welding device 24 according to the invention, for welding the pipe ends 25 and 26 together at the level of the contact seam 27. The welding means 7, which included the same elements as the welding means 7 of Figure 1, are partly enclosed by a divided jacket 28 and includes jacket halves 29 and 30 held together by clamps 31 and 32. The jacket includes an outlet 33 connected to a source of underpressure (not shown), such as a vacuum pump. Optionally, the conduit 33 may also be connected to a source of overpressure, whereby an optimum pressure differential can be applied across the contact seam 27 when the welding torch 8 performs its rotary welding operation, the sleeve 28 rotating around the pipe ends 25, 26 via a slide bearing 34. The welding process can be followed via windows 35.

Claims

Method for welding two objects together, such as pipe ends, comprising: i) arranging the two objects against each other with a standing contact seam; ii) applying a pressure difference over the contact seam; and iii) welding the objects together at the contact seam under such a pressure difference that the welding seam that forms forms does not substantially sag under the influence of gravity.

Method according to claim 1, characterized in that the lowest pressure applied for the pressure difference is atmospheric pressure.

Method according to claim 1, characterized in that the highest pressure applied for the pressure difference is atmospheric pressure.

A method according to claims 1-3, wherein the pressure difference is varied depending on the flow behavior of the forming welding seam.

The method of claim 4, wherein the differential pressure is varied depending on the position of the progressively forming weld seam.

A method according to claims 1-5, wherein the weld seam is formed in an upward direction.

A method according to claims 1-6, wherein the welding comprises electric welding, such as Tig welding.

Device for carrying out the method according to claims 1-7, comprising: i) means for bringing the two objects together against one another with a standing contact seam; ii) means for applying a pressure differential across the contact seam; and iii) means for welding the articles together with a welding seam.

The apparatus of claim 8, wherein the means for applying the differential pressure comprises an overpressure source.

The device of claim 8, wherein the means for applying a differential pressure comprises a source of negative pressure.

11. Device as claimed in claims 8-10, comprising means for varying the pressure difference.

12. Device as claimed in claims 8-11, wherein the welding means comprise electric welding means, such as Tig welding means.