NO20161709A1

NO20161709A1 - Method and construction of joining two bodies, as well as subject matter for use therewith

Info

Publication number: NO20161709A1
Application number: NO20161709A
Authority: NO
Inventors: Bent Pettersen
Original assignee: Snapwelder As
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-04-30
Also published as: NO343484B1

Abstract

Det omtales en fremgangsmåte ved sammenføyning av to legemer ved dannelse av en sveiseskjøt av et metall mellom legemene, og den er kjennetegnet ved de følgende trekk: de to legemenes endeflater tilformes med en endekantflate som definerer en spalte rundt omkretsen når legemene er sammenført ende mot ende, de to legemene sammenføres ende mot ende slik at spalten defineres, spalten isoleres ved anbringes en kappe som dekker legemenes omkrets og isolerer spalten fra omgivelsene, det frembringes en eksotermisk blanding av et metall og et metalloksid, og som ved en antennelse gjennomgår en eksoterm varmedannende reaksjon og det frembringes en smelte som inkluderer sveisemetallet, smelten bringes til å fylle hele s på It evo lunnet definert mellom de tilstøtende legemeendene og kappen, og gasser og slagg bringes til å stige/flyter oppad og avledes gjennom en avløps- kanal fra spalten, metallsmelten i spalten underkastes avkjøling slik at den stivner til dannelse av en fast sveiseskjøt. Det omtales også en konstruksjon for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge en første variant, samt et emne for utførelse av en andre variant av fremgangsmåten.It refers to a method for joining two bodies by forming a welded joint of a metal between the bodies, and it is characterized by the following features: the end surfaces of the two bodies are shaped with an end edge surface which defines a gap around the circumference when the bodies are joined end to end , the two bodies are brought together end to end so that the gap is defined, the gap is isolated by placing a jacket that covers the perimeter of the bodies and isolates the gap from the surroundings, an exothermic mixture of a metal and a metal oxide is produced, and which, upon ignition, undergoes an exothermic heat-generating reaction and a melt is produced which includes the weld metal, the melt is caused to fill the whole s of the It evo lunn defined between the adjacent body ends and the jacket, and gases and slag are caused to rise/flow upwards and are diverted through a discharge channel from the gap, the metal melt in the gap is subjected to cooling so that it solidifies to form a solid weld joint. There is also mention of a construction for carrying out the method according to a first variant, as well as a subject for carrying out a second variant of the method.

Description

Oppfinnelsens område Field of the invention

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til å fremstille en sveiseskjøt mellom to legemer som skal sammenkoples. Videre gjelder oppfinnelsen en Konstruksjon for dannelse av sveiseskjøt i en spalte mellom to legemer som skal sammenføyes ende mot ende, hvor spalten fylles med en smelte dannet ved en eksoterm reaksjon mellom et reaktivt metall og et oksid, hvor smelten avkjøles til fast form og danner en metallisk sammenføynings-sveis mellom legemene The present invention relates to a method for producing a welding joint between two bodies to be joined together. Furthermore, the invention relates to a construction for forming a weld joint in a gap between two bodies to be joined end to end, where the gap is filled with a melt formed by an exothermic reaction between a reactive metal and an oxide, where the melt cools to a solid form and forms a metallic joining weld between the bodies

Oppfinnelsen vedrører også en et middel eller konstruksjon for dannelse av sveiseskjøt i en spalte mellom to legemer som skal sammenføyes ende mot ende, hvor spalten fylles med en smelte dannet ved en eksoterm reaksjon mellom et reaktivt metall og et oksid, hvor smelten avkjøles til fast form og danner en metallisk sammenføynings-sveis mellom legemene, The invention also relates to a means or construction for forming a weld joint in a gap between two bodies to be joined end to end, where the gap is filled with a melt formed by an exothermic reaction between a reactive metal and an oxide, where the melt is cooled to solid form and forms a metallic joining weld between the bodies,

Dessuten vedrører oppfinnelsen et emne for dannelse av en sveiseskjøt nevnt ovenfor mellom to legemer som skal sammenkoples. Særlig gjelder oppfinnelsen dette å sammenkople hule legemer, og særlig foretrukket gjelder det å sammenkople rør ende mot ende, eller et rør hvis runde ende skal sammenføyes med motsvarende rørstuss tilhørende et annet element så som en ventil eller stopperplugg. Furthermore, the invention relates to a topic for forming a welding joint mentioned above between two bodies to be joined together. In particular, the invention applies to connecting hollow bodies, and particularly preferably it applies to connecting pipes end to end, or a pipe whose round end is to be joined with a corresponding pipe fitting belonging to another element such as a valve or stopper plug.

Generelt kan metoden benyttes til å sammenkople to konstruksjoner som skal sammenføyes butt i butt eller ende mot ende. Ved oppfinnelsen er det også definert to varianter av sammenføyningsmetoden. Metoden kan benyttes til å sammenføye rørdeler av metall eller plast og lignende, eller gjenstander av materialer som tradisjonelt sammenkoples ved opprettelse av en sveiseskjøt. In general, the method can be used to connect two constructions that are to be joined butt to butt or end to end. The invention also defines two variants of the joining method. The method can be used to join pipe parts made of metal or plastic and the like, or objects made of materials that are traditionally joined when creating a welding joint.

Oppfinnelsens bakgrunn. The background of the invention.

Dagens metode å sveise sammen rør gar ut på å varme opp metall via sveiselektrode, friksjon eller gassflamme, og legge dette sakte i en fuge der sveis skal ligge. Metallet vil da smelte og fylle opp fugen. Når metallet så avkjøles stivner det og danner en fast skjøt som holder rørene sammen. Ved denne metoden er rørmetallets myknings og smeltepunkt høyere enn ved sveisingen slik at rørgodset selv ikke deformeres eller smelter. Today's method of welding pipes together involves heating up metal via a welding electrode, friction or a gas flame, and placing this slowly in a joint where the weld is to be. The metal will then melt and fill up the joint. When the metal then cools, it hardens and forms a solid joint that holds the pipes together. With this method, the softening and melting point of the pipe metal is higher than with welding, so that the pipe material itself does not deform or melt.

Omtale av kjent teknikk. Discussion of prior art.

En sveisemetode som går ut på at det benyttes et fyllmateriale som smelter og sammenføyer to arbeidsstykker benevnes også som en loddemetode. I denne teknologien skal arbeidsstykkene sammenføyes hjelp av nevnte fyllmateriale. Ved disse sammenføyningsmetodene er det bare fyllmaterialet, for eksempel loddetinn, som smelter og forbinder arbeidsstykkene ved adhesjon. Arbeidsstykkene har høyere smeltetemperatur og smelter ikke sammen. A welding method that involves the use of a filler material that melts and joins two workpieces is also referred to as a soldering method. In this technology, the workpieces must be joined using the aforementioned filler material. In these joining methods, only the filler material, such as solder, melts and joins the workpieces by adhesion. The workpieces have a higher melting temperature and do not fuse together.

I foreliggende oppfinnelse skal en utnytte en termittreaksjon for å frembringe en nødvendig høy smeltetemperatur, slik det vil framgå av det etterfølgende. Ved en termittreaksjon som er en eksotermisk reaksjon, oppnår man høye temperaturer ved å omsette et metalloksid med et mer reaktivt metall. Dette reaktive metallet kan så redusere oksidet slik at det reaktive metallet binder seg med oksygenet til et nytt metalloksid, mens det opprinnelige metallet i oksidet, skilles ut som rent metall. In the present invention, a thermite reaction is to be used to produce a necessary high melting temperature, as will be apparent from what follows. In a thermite reaction, which is an exothermic reaction, high temperatures are achieved by reacting a metal oxide with a more reactive metal. This reactive metal can then reduce the oxide so that the reactive metal binds with the oxygen to form a new metal oxide, while the original metal in the oxide is separated as pure metal.

Reaksjonen frigir altså en stor varmemengde. Denne varmemengden benyttes i den foreliggende oppfinnelse til å smelte fyllmaterial-metallet. I en slik eksotermisk reaksjonsblanding, kan for eksempel metallisk aluminium benyttes det reduserende metallet. Eksempler på metalloksider i slike blandinger er Jern(III)oksid, sinkoksid, kopper(II)oksid, kopper(I)oksid, manganoksid og kalsiumoksid. En slik blanding kalles en termittblanding, og når den består av aluminium og jernoksid i en findelt form i form av pulver, overføres oksgenatomene fra jernet til aluminium, og det utvikles stor varme. Ekstra metall plassert i eller nær blandingen, for eksempel jern, vil smelte og innta flytende form. I prosessen dannes flytende jern og aluminiumoksid (alumina). Mens jernet danner en smelte har alumina Al2O3høyere smeltetemperatur og vil derfor opptre som et fast oksid som vil flyte på overflaten av smelten som et slagg. Temperaturen i slike reaksjoner kan komme opp i 3000<o>C avhengig av blandingsforhold og omgivelsesforholdene, slik at begge produktene kan foreligge i flytende form. Ifølge et eksempel, omsettes aluminium med jernoksid ifølge denne reaksjonsligningen: The reaction therefore releases a large amount of heat. This amount of heat is used in the present invention to melt the filler metal. In such an exothermic reaction mixture, for example metallic aluminum can be used as the reducing metal. Examples of metal oxides in such mixtures are Iron (III) oxide, zinc oxide, copper (II) oxide, copper (I) oxide, manganese oxide and calcium oxide. Such a mixture is called a thermite mixture, and when it consists of aluminum and iron oxide in a finely divided form in the form of powder, the oxygen atoms are transferred from the iron to the aluminum, and great heat is developed. Additional metal placed in or near the mixture, such as iron, will melt and become liquid. In the process, liquid iron and aluminum oxide (alumina) are formed. While the iron forms a melt, alumina Al2O3 has a higher melting temperature and will therefore act as a solid oxide that will float on the surface of the melt as a slag. The temperature in such reactions can reach 3000<o>C depending on the mixing ratio and the ambient conditions, so that both products can be present in liquid form. According to an example, aluminum reacts with iron oxide according to this reaction equation:

2 Al Fe2O3= 2 Fe Al2O32 Al Fe 2 O 3 = 2 Fe Al 2 O 3

Det dannes altså rent jern og alumina Al2O3. Det er en fordel at blandingsforholdet mellom aluminium og jernoksid tilsvarer den teoretiske støkiometriske mengden av disse to stoffene, slik at begge stoffene omsettes tilnærmet 100%. Pure iron and alumina Al2O3 are thus formed. It is an advantage that the mixing ratio between aluminum and iron oxide corresponds to the theoretical stoichiometric amount of these two substances, so that both substances are converted approximately 100%.

Slike termittblandinger er vanlige å anvende for å sammensveise stålkonstruksjoner, så som for å helsveise jernbaneskinner. Such thermite mixtures are commonly used to weld together steel structures, such as to fully weld railway rails.

Jern er et tyngre metall en aluminiumoksid, og vil synke ned i en smelteblanding av disse stoffene, dvs. når reaksjonen ifølge omsetningen ovenfor er gått tilnærmet 100 % til høyre. Iron is a heavier metal than aluminum oxide, and will sink into a molten mixture of these substances, i.e. when the reaction according to the conversion above has gone approximately 100% to the right.

Den eksoterme reaksjonen kan utføres i en beholder eller digel som brukes til smelting av stoffer ved høye temperaturer. Digelen er ildfast smeltebeholder som er uporøs, upåvirkelig av kjemiske stoffer og tåler høye temperaturvariasjoner. Som digelmateriale kan anvendes porselen, platina, kvartssand og chamotte, grafitt med leire som bindemiddel. The exothermic reaction can be carried out in a container or crucible used for melting substances at high temperatures. The crucible is a refractory melting container that is non-porous, unaffected by chemical substances and can withstand high temperature variations. Porcelain, platinum, quartz sand and chamotte, graphite with clay as a binder can be used as crucible material.

En blanding av aluminium og de fleste metalloksider som gir en slik sterk varmeutvikling kalles en termittblanding. I utgangspunktet brukes en blanding av aluminiumspulver og jernoksid, men andre pulverblandinger kan brukes. Når disse stoffene reagerer/ brenner, utvikles høy varme som kan smelte metaller. Termitt (thermite) brukes også til a sveise sammen jernbaneskinner. A mixture of aluminum and most metal oxides that produces such strong heat generation is called a thermite mixture. Basically, a mixture of aluminum powder and iron oxide is used, but other powder mixtures can be used. When these substances react/burn, high heat is developed which can melt metals. Thermite is also used to weld together railway rails.

Formål med foreliggende oppfinnelse. Purpose of the present invention.

I den foreliggende oppfinnelse tar man sikte på å benytte en slik sveise/loddemetode, hvor den nødvendige varme for å smelte fyllmaterialet fra en eksotermisk reaksjon slik den er omtalt ovenfor, skal beskrives i det etterfølgende. In the present invention, the aim is to use such a welding/soldering method, where the necessary heat to melt the filler material from an exothermic reaction as described above will be described in what follows.

Det er et formål at metoden kan utføres på to ulike oppfinneriske måter. It is an object that the method can be carried out in two different inventive ways.

Dessuten er det et formål med oppfinnelsen å frembringe en ny konstruksjon til å uføre den ovennevnte fremgangsmåte. Moreover, it is an object of the invention to produce a new construction to disable the above-mentioned method.

Særlig tar man sikte på å frembringe en slik konstruksjon som bidrar til å hindre reaksjonsområdet ved skjøten i å komme i kontakt med et reaktivt materiale i den kontaktende luft. In particular, the aim is to produce such a construction which helps to prevent the reaction area at the joint from coming into contact with a reactive material in the contacting air.

Man tar videre sikte på å frembringe et emne som omfatter en eksotermt omsettende blanding for å danne en sveiseskjøt. It is further aimed to produce a blank comprising an exothermic reacting mixture to form a weld joint.

Dessuten tar man sikte på en konstruksjon som omfatter en omsluttende kappe som kan gjennomstrømmes med en kjølevæske/ gass for å transportere bort varme. In addition, the aim is a construction that includes an enclosing jacket that can be flowed through with a cooling liquid/gas to transport heat away.

Oppsummering av oppfinnelsen Summary of the invention

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at de følgende trekk: The method according to the present invention is characterized by the following features:

• de to legemenes endeflater tilformes med en endekantflate som definerer en spalte rundt omkretsen når legemene er sammenført ende mot ende, • the end surfaces of the two bodies are shaped with an end edge surface that defines a gap around the circumference when the bodies are joined end to end,

• de to legemene sammenføres ende mot ende slik at spalten defineres, • spalten isoleres ved anbringes en kappe som dekker legemenes omkrets og isolerer spalten fra omgivelsene, • the two bodies are brought together end to end so that the gap is defined, • the gap is insulated by placing a jacket that covers the perimeter of the bodies and isolates the gap from the surroundings,

• det frembringes en eksotermisk blanding av et metall og et metalloksid, og som ved en antennelse gjennomgår en eksoterm varmedannende reaksjon og det frembringes en smelte som inkluderer sveisemetallet, • an exothermic mixture of a metal and a metal oxide is produced, which upon ignition undergoes an exothermic heat-generating reaction and a melt is produced which includes the weld metal,

• smelten bringes til å fylle hele spaltevolumet definert mellom de tilstøtende legemeendene og kappen, og • the melt is brought to fill the entire gap volume defined between the adjacent body ends and the mantle, and

• gasser og slagg bringes til å stige/flyter oppad og avledes gjennom en avløpskanal fra spalten, • gases and slag are made to rise/flow upwards and are diverted through a drainage channel from the slot,

• metallsmelten i spalten underkastes avkjøling slik at den stivner til dannelse av en fast sveiseskjøt. • the metal melt in the gap is subjected to cooling so that it solidifies to form a solid weld joint.

De foretrukne utførelser framgår av krav 2 – 13. The preferred designs appear from claims 2 - 13.

Særlig foretrukket frembringes (krav 4) den eksoterme reaksjonen fra en omsetningen er en aluminotermisk blanding der metalloksidet er jernoksid og det reaktive metallet er aluminium, hvor omsetningen skjer ifølge en omsetning Al Fe-oksid = 2 Fe Al2O3(alumina) Particularly preferably produced (claim 4) the exothermic reaction from a reaction is an aluminothermic mixture where the metal oxide is iron oxide and the reactive metal is aluminium, where the reaction takes place according to a reaction Al Fe-oxide = 2 Fe Al2O3(alumina)

Videre foretrekkes det (krav 5) at blandingen er tilsatt en mengde findelt jern, i form av jernspon, jernpulver eller i en annen form, for å danne tilstrekkelig jern-metall til sveiseskjøten. Ifølge en foretrukket utførelse utføres avkjølingen av skjøtemetallet i spalten ved sirkulasjon av et kjølefluid, gjennom en kjølekappe som er anbragt tettende omsluttende den første spalte-dekk-kappeseksjon og danner en ekstra kjølevolum mellom røroverflaten og den første spalte-dekk-kappeseksjon. Kjølevæsken er gass eller en væske som vann som angitt i krav 7. Furthermore, it is preferred (claim 5) that a quantity of finely divided iron is added to the mixture, in the form of iron shavings, iron powder or in another form, in order to form sufficient iron metal for the welding joint. According to a preferred embodiment, the cooling of the joining metal in the gap is carried out by circulation of a cooling fluid, through a cooling jacket which is placed tightly surrounding the first gap-deck-jacket section and forms an additional cooling volume between the pipe surface and the first gap-deck-jacket section. The coolant is gas or a liquid such as water as specified in claim 7.

Fremgangsmåten kan frembringes i to versjoner, som gitt i krav 8-9. Ifølge den første versjon, anbringes metall/oksid-blanding anbringes i en digel anordnet over eller rundt skjøten mellom legemene, den eksoterme omsetning startes i digelen hvorved det smelten ledes gjennom en lukket kanal fra digelen som munner ut i en inngang til skjøtespalten som dermed fylles med smelte og gasser stiger. The method can be produced in two versions, as given in claims 8-9. According to the first version, the metal/oxide mixture is placed in a crucible arranged above or around the joint between the bodies, the exothermic reaction is started in the crucible whereby the melt is led through a closed channel from the crucible which opens into an entrance to the joint gap which is thus filled with melt and gases rising.

Ifølge den andre versjon anordnes den eksotermisk reagerende blanding i et forbrennbart bøybart langstrakt rør, røret anbringes inne i skjøtespalten mellom lege mene og isoleres ved anbringelse av kappen som dekker legemenes omkrets og isolerer spalten med røret, fra omgivelsene, og den eksotermiske blandingen i røret antennes slik den findelte blandingen omsettes som angitt ovenfor, hvorved røret forbrennes, og det dannes nevnte smelte hvorfra gasser og fast slagg flyter opp og avledes gjennom avløpskanalen og metallsmelten danner sveiseskjøten. According to the second version, the exothermicly reacting mixture is arranged in a combustible bendable elongated tube, the tube is placed inside the joint gap between the bodies and isolated by placing the jacket that covers the circumference of the bodies and isolates the gap with the tube from the surroundings, and the exothermic mixture in the tube is ignited so the finely divided mixture is reacted as indicated above, whereby the pipe is burned, and the said melt is formed from which gases and solid slag float up and are diverted through the drain channel and the metal melt forms the weld joint.

Ifølge en særlig foretrukket utførelse gjennomføres de følgende trinn : According to a particularly preferred embodiment, the following steps are carried out:

1) den omgivende kappen fjernes fra sammenstillingen, 1) the surrounding sheath is removed from the assembly,

2) kappen forblir forbundet med sveiseskjøten og frembringes som en del festet i legemet. 2) the sheath remains connected to the weld joint and is produced as a part fixed in the body.

Ifølge en foretrukket utførelse festes det første legemet som en flens hvor flens samtidig definerer den omgivende kappe som dermed sveises fast til nevnte andre legeme via skjøten. According to a preferred embodiment, the first body is attached as a flange, where the flange simultaneously defines the surrounding jacket which is thus welded to said second body via the joint.

For å utføre kjølingen kan det anordnes det en kjølekappe som omslutter den første spalte-dekk-kappeseksjon og som rommer eller sirkulere et kjølemiddel i mellomromvolumet mot røroverflaten og den første spalte-dekk-kappeseksjon. In order to carry out the cooling, a cooling jacket can be arranged which encloses the first slot-deck-jacket section and which accommodates or circulates a coolant in the space volume towards the pipe surface and the first slot-deck-jacket section.

Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved en digel med en kanal som forløper fra digelen og som kan munne ut i inngangen til skjøtespalten spalten som skal fylles med sveisesmelte, en avløpskanal som leder fra tilstøtende til skjøtespalten for avledning av gasser og oksidslagg, og en vernekappe som dekker og isolerer spalten fra omgivelsene. The construction according to the invention is characterized by a crucible with a channel which extends from the crucible and which can open into the entrance to the joint gap, the gap to be filled with welding melt, a drainage channel that leads from adjacent to the joint gap for the diversion of gases and oxide slag, and a protective cover which covers and isolates the gap from the surroundings.

Fortrinnsvis forløper de to kanalene forløper gjennom vernekappen. Preferably, the two channels extend through the protective cover.

Emne ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved et bøybart langstrakt rør hvori den eksotermisk reagerende blanding er anordnes, hvilket rør er av et materiale om forbrennes ved temperaturen når den eksotermiske reaksjonblandingen omsettes. Materialet i røret omfatter fortrinnsvis papir, filt eller fibre som kan avbrennes. Subject matter according to the invention is characterized by a bendable elongated tube in which the exothermic reaction mixture is arranged, which tube is made of a material that burns at the temperature when the exothermic reaction mixture reacts. The material in the tube preferably comprises paper, felt or fibers that can be burned.

Særlig foretrukket foreligger emnet med ferdig innlagt reaksjonsblanding foreligger oppkveilet i rull, på en spole, og ved bruk avkuttes en passende rørlengde for plassering i en spalte mellom to legemer for å danne sveiseskjøten. It is particularly preferred that the workpiece with a ready-made reaction mixture is wound up in a roll, on a coil, and in use a suitable length of pipe is cut for placement in a gap between two bodies to form the welding joint.

Ifølge oppfinnelsen anvendes fremgangsmåten og konstruksjonen for dannelse av sveiseskjøt i en spalte mellom to metallrør som sammenføyes ende mot ende, eller for å sveise fast en hals eller sveiseflens til en rørende. According to the invention, the method and construction are used to form a welding joint in a gap between two metal pipes which are joined end to end, or to weld a neck or welding flange to a pipe end.

Ved oppfinnelsen får man smeltet metall til å renne ned i en spalte og fylle ut sveisefugen eller spalten mellom rørene, og slik at disse sveises sammen mye hurtigere en via via tradisjonell sveis. I tillegg kreves ingen maskiner; kun en antenner og evt. kutteredskap for a fjerne slagg og urenheter på røroverflate over skjøten. With the invention, molten metal is made to flow down a gap and fill the welding joint or the gap between the pipes, and so that these are welded together much faster than via traditional welding. In addition, no machines are required; only an aerial and possibly cutting tools to remove slag and impurities on the pipe surface above the joint.

Beskrivelse av figurer Description of figures

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen skal i det etterfølgende omtales mer detaljert hvor de to legemene er respektive rør som settes sammen butt i butt og danner en spalte mellom seg. Det skal henvises til de medfølgende figurene, hvori: Preferred embodiments of the invention will be described in more detail below, where the two bodies are respective tubes which are joined butt to butt and form a gap between them. Reference should be made to the accompanying figures, in which:

Figur 1 viser et tverrsnitt gjennom to rør som sammenføyes ved sveising som ifølge oppfinnelsen. Dets viser også et apparat til å fylle smelte i en sveiseskjøt som defineres mellom de to rørene, en indre kappe som bidrar til å definere sveiseskjøten, samt en utenpåliggende kappe som definerer et kjølevolum. I denne forbindelse viser Figur 6 et perspektiv av løsningen ifølge figur 1 med de to rørene og apparatet (kappen) som er anbragt rundt skjøteområdet. Figure 1 shows a cross-section through two pipes which are joined by welding as according to the invention. It also shows an apparatus for filling melt into a weld joint defined between the two pipes, an inner jacket which helps to define the weld joint, and an outer jacket which defines a cooling volume. In this connection, Figure 6 shows a perspective of the solution according to Figure 1 with the two pipes and the device (sheath) placed around the joint area.

Figur 2 viser utgangspunktet, to rør som settes sammen, hvor rørene er skråskåret på respektive ender, og definerer en spalte 20 for ilegging av en sveiseskjøt rundt omkretsen. Figure 2 shows the starting point, two pipes which are put together, where the pipes are beveled at the respective ends, and defines a gap 20 for inserting a welding joint around the circumference.

Figur 3 viser en forstørrelse fra figur 1, dvs. den ruten 200 som er vist med stiplet linje, for å illustrere hvordan smelte kan tilføres spalten og avgasser og slagg kan fjernes fra sveiseskjøt-området. Figure 3 shows an enlargement from Figure 1, i.e. the route 200 which is shown with a dotted line, to illustrate how melt can be supplied to the gap and outgassing and slag can be removed from the weld joint area.

Figur 4 viser et forstørret tverrsnitt som figur 2, men hvor det er antydet et rør (en slange) inneholdende reaksjonsblanding, og som er lagt nede i sveisespalten rundt omkretsen. Figure 4 shows an enlarged cross-section like Figure 2, but where a pipe (a hose) containing reaction mixture is indicated, and which is laid down in the weld gap around the circumference.

Figur 5 viser et perspektiv av en reaksjonsslange ifølge oppfinnelsen. Figure 5 shows a perspective of a reaction tube according to the invention.

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen. Description of preferred embodiments of the invention.

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives med sammenføyning av to rør som eksempel. Oppfinnelsen kan benyttes på metalldeler generelt som skal sammen føyes og hvor slike sammenføyningssnitt kan utføres i de endene som sammenføyes. In what follows, the invention will be described using the joining of two pipes as an example. The invention can be used on metal parts in general which are to be joined together and where such joining cuts can be made at the ends which are joined together.

Det vises til figur 1, 2 og 6 som viser to rør 10,12 som er satt sammen for å sveises sammen med en sveiseskjøt 22 som ilegges i en spalte 20 som defineres av de to rørene 10,12 som er anordnet ende mot ende. De to tilstøtende endene, eller en av disse, skråskjæres eller slipes til passende form for å danne sporet. Reference is made to figures 1, 2 and 6 which show two pipes 10, 12 which are assembled to be welded together with a welding joint 22 which is inserted into a gap 20 which is defined by the two pipes 10, 12 which are arranged end to end. The two adjacent ends, or one of them, are beveled or ground to a suitable shape to form the groove.

Utenpå rørsammenstillingen 10,12 er det anordnet en ringformig metallhylse 30 som dekker over skjøteområdet, og som ligger tett inntil røroverflatene 11,13 rundt omkretsen av de to rørene 10,12. On the outside of the pipe assembly 10,12, an annular metal sleeve 30 is arranged which covers the joint area, and which lies close to the pipe surfaces 11,13 around the circumference of the two pipes 10,12.

Innsiden av hylsen 30 slutter enten tett inntil skjøten rundt omkretsen. Innsiden av hylsen 30 omfatter et radielt forsenkning 32 rundt den innvendige omkretsen slik at forsenkningen sammen med spalten 20 definerer et ringformig dråpeform-volum som skal fylles med sveisesmelte. Ringen er stramt tilpasset til røroverflaten 11,13 noe som kan frembringes på i og for seg kjent måte med ulike strammemidler. Eksempelvis er kan hylsen være todelt og svinge om et hengsel, hvor de frie endene vippes mot hverandre og sammenføyes og strammes ved skrueforbindelser eller lignende slik at innsiden av hylsen slutter tett inntil røroverflatene. The inside of the sleeve 30 ends either close to the joint around the circumference. The inside of the sleeve 30 comprises a radial recess 32 around the inner circumference so that the recess together with the slot 20 defines an annular teardrop-shaped volume to be filled with welding melt. The ring is tightly adapted to the pipe surface 11,13, which can be produced in a manner known per se with various tightening means. For example, the sleeve can be two-part and swing around a hinge, where the free ends are tilted towards each other and joined and tightened by screw connections or the like so that the inside of the sleeve ends close to the pipe surfaces.

Gjennom ringens 30 gods forløper to kanaler 40 hhv 42. Two channels 40 and 42 run through the ring's 30 goods.

Den ene kanalen 40 er en stort sett radielt rettet (vertikal) kanal som munner tilstøtende forsenkningen 32 eller direkte til hulrommet 22 som hylseundersiden vil definere sammen med rørendene 10,12. Gjennom denne kanalen tilføres smelte ved fri utrenning fra en reaksjonsbeholder (digel) 50 gjennom utløpsrøret 52 fra digelen. Som vist på figuren er digelens utløpsrør 52 stukket ned kanalen 40 gjennom ringhylsen 30 for fri renning av smelte fra digene og ned i hulrommet. The one channel 40 is a largely radially directed (vertical) channel which opens adjacent to the recess 32 or directly to the cavity 22 which the sleeve underside will define together with the tube ends 10,12. Through this channel, melt is supplied by free draining from a reaction container (crucible) 50 through the outlet pipe 52 from the crucible. As shown in the figure, the crucible's outlet pipe 52 is stuck down the channel 40 through the ring sleeve 30 for free flow of melt from the crucibles and down into the cavity.

Den andre kanalen 42 forløper på skrå gjennom godset i hylsen 30 og fortsetter som et rør 44 ut av konstruksjonen (vist på skrå på figuren). Kanalen 40 og røret 42 skal benyttes som en ventilasjonskanal for avgasser og slagg etter eksoterme omsetningen, og som skal avtrekkes fra hulrommet 22. The second channel 42 extends obliquely through the goods in the sleeve 30 and continues as a pipe 44 out of the structure (shown obliquely in the figure). The channel 40 and the pipe 42 are to be used as a ventilation channel for exhaust gases and slag after the exothermic reaction, which are to be extracted from the cavity 22.

De to kanalenes 40,42 endepartier respektive som munner ut i hulrommet 22 anbringes tilstøtende til hverandre. The end parts 40, 42 of the two channels, respectively, which open into the cavity 22, are placed adjacent to each other.

Kappe for kontroll av temperatur i reaksjonsområde. Cover for controlling the temperature in the reaction area.

En kappe 60, fortrinnsvis av stål, er anbragt omsluttende rundt de to rørendene inkludert ringhylsen 30 og i en avstand fra disse slik at det etableres et rom 66 mellom rørene/hylsen og kappens innside. Kappens endepartier slutter tett inntil rørenes overflater ved hjelp av egnede tetninger antydet ved 63 hhv 65 på figur 1. A sheath 60, preferably made of steel, is arranged enclosing the two tube ends including the ring sleeve 30 and at a distance from these so that a space 66 is established between the tubes/sleeve and the inside of the sleeve. The end parts of the jacket close close to the surfaces of the pipes by means of suitable seals indicated at 63 and 65 in Figure 1.

Innløp utenfra og inn i kappen er vist ved en rørstuss 61, mens et utløp er vist ved 62. Som vist på figurene 1 og 3 omfatter kappens veggdeler en åpning for innsetting av digelen 50 og avtrekksrøret 44 gjennom veggsiden og ned mot spalten 22. An inlet from the outside into the casing is shown by a pipe connection 61, while an outlet is shown by 62. As shown in Figures 1 and 3, the casing's wall parts include an opening for inserting the crucible 50 and the extraction pipe 44 through the wall side and down towards the slot 22.

Et tempereringsfluid i form av gass eller en væske kan på i og for seg kjent måte tilføres til kappevolumet 66 gjennom rørstuss 61 for å gjennomstrømme volumet 66, og avtrekkes gjennom rørstuss 62, eller motsatt vei. A tempering fluid in the form of a gas or a liquid can be supplied to the casing volume 66 through pipe connection 61 in order to flow through the volume 66, and withdrawn through pipe connection 62, or in the opposite way, in a manner known per se.

Hensikten med å ha to kanaler adskilte tilstøtende til hulrommet 22, er at avtrekksbehovet for gasser/slagg oppstår umiddelbart mens den eksoterme reaksjonen pågår og smelte renner ned i hulrommet. Siden utløsning av gasser fra smelten medfører en gitt trykkøkning, er det viktig at slik gass fritt kan slippe ut gjennom røkrøret 44, istedenfor å trenge seg oppover gjennom kanalen 40 som gassbobler gjennom smelten som renner ut av digelen 50. The purpose of having two channels separated adjacent to the cavity 22 is that the extraction need for gases/slag occurs immediately while the exothermic reaction is in progress and melt flows down into the cavity. Since the release of gases from the melt entails a given pressure increase, it is important that such gas can escape freely through the flue 44, instead of forcing its way upwards through the channel 40 as gas bubbles through the melt flowing out of the crucible 50.

Fremgangsmåten til fremstilling av sveiseskjøt. The procedure for making a weld joint.

Etter at rørene 10,12 er sammenføyd og ringhylsen 30 og eventuelt tempereringskappen 60 er montert som skissert ovenfor, monteres digelen 50 med sitt nedløp 54 ned i kanalen 40 til ringrommet 22. Thermit-blandingen i digelen antennes og smelteproduktet renner fritt ned gjennom nedløpet 54, kanalen 40 og inn i toppen av ringrommet. Smelten fortsetter å renne gjennom hele sporet 22 rundt røromkretsen i skjøteområdet. Samtidig utskilles oksidproduktet seg som et fast slagg som flyter oppad til toppartiet av rommet 22. Dette skyldes at jern i flytende form har større tetthet en oksidene og vil synke nedad mens oksidfasen som slaggfase flyter opp. After the pipes 10,12 have been joined and the ring sleeve 30 and possibly the tempering cap 60 have been fitted as outlined above, the crucible 50 with its downspout 54 is fitted down into the channel 40 to the annulus 22. The thermite mixture in the crucible is ignited and the molten product flows freely down through the downspout 54 , channel 40 and into the top of the annulus. The melt continues to flow throughout the groove 22 around the pipe circumference in the joint area. At the same time, the oxide product is separated as a solid slag that floats upwards to the top of the chamber 22. This is because iron in liquid form has a greater density than the oxides and will sink downwards while the oxide phase as a slag phase floats up.

Denne slaggfasen vil da flyte opp til toppen og avledes inn i avløpsrøret 44 sammen med gasser som også kan være blitt utløst ved den eksoterme omsetningen. This slag phase will then float to the top and be diverted into the waste pipe 44 together with gases which may also have been released during the exothermic reaction.

I denne delen av prosessen er det viktig å kontrollere at temperaturen ikke synker for fort, slik at oppflytingen av slaggfase og gasser får fullføres og disse stoffene fjernes før viskositeten i smelten blir for høy, og smelten størkner. Man skal unngå at sveiseskjøten inneholder lommer av forurensninger av oksider/slagg og/eller gasser. In this part of the process, it is important to check that the temperature does not drop too quickly, so that the flotation of the slag phase and gases can be completed and these substances are removed before the viscosity of the melt becomes too high, and the melt solidifies. It must be avoided that the weld joint contains pockets of contamination from oxides/slag and/or gases.

Temperaturkontrollen kan gjennomføres ved å tilføre varmt fluid, for eksempel varmgasser i sirkulasjon gjennom kappe rommet 66, og så kontrollere temperaturfallet i smelteskjøten via temperaturen i kappe-gassen. Som kjølemiddel for sirkulasjon i kappevolumet 66 kan det også anvendes vann eller annen væske/gass hvis temperatur ved tilførselen er tilpasset til temperaturen i skøteområdet. The temperature control can be carried out by supplying hot fluid, for example hot gases in circulation through the casing space 66, and then controlling the temperature drop in the fusion joint via the temperature in the casing gas. As a coolant for circulation in the jacket volume 66, water or another liquid/gas can also be used, the temperature of which is adapted to the temperature of the joint area at the time of supply.

Når sveiseskjøten er nedkjølt, fjernes kjølekappen 60 og ringhylsen 30 hvoretter skjøten kan etterbehandles ved sliping pussing eller annen passende behandling for å danne en jevn og glatt skjøt. Et alternativ kan imidlertid at ringhylsen 30 utgjør en del av rørskjøten og blir stående fastsveiset. When the welding joint has cooled down, the cooling jacket 60 and the ring sleeve 30 are removed, after which the joint can be finished by grinding, sanding or other suitable treatment to form an even and smooth joint. An alternative, however, is that the ring sleeve 30 forms part of the pipe joint and remains welded.

Før rørene og kapper sammenføyes, eventuelt før smelteprosess startes, som nevnt innledningsvis, kan rørendene fordelaktig forvarmes til opp mot den temperatur smelten som renner ut av digelen 50, og deretter bringes temperaturen til å synke på kontrollert måte. Before the pipes and casings are joined, possibly before the melting process is started, as mentioned at the outset, the pipe ends can advantageously be preheated to the temperature of the melt flowing out of the crucible 50, and then the temperature is brought to drop in a controlled manner.

En alternativ utførelse. An alternative embodiment.

På figurene 4 og 5 er det vist et alternativ til at den eksoterme omsetningen i metall/-metalloksid-blandingen skjer eksternt av skjøteområdet i en digel 50. Dette går ut på at reaksjonsblandingen 110 på forhånd er fylt inn i et bøyelig langstrakt rør 100 (figur 5) som anbringes i spalten 20 som dannes rundt omkretsen når rørene er sammenført ende mot ende, jfr. figur 4. Deretter plasseres ringhylsen 30 rundt skjøten tilsvarende som i den første versjonen slik at røret 100 ligger på plass i spalten. Rørets diameter og mengden ifylt reaksjonsblanding, tilpasses til størrelsen til den spalten som rørene danner mellom seg. Figures 4 and 5 show an alternative to the exothermic reaction in the metal/metal oxide mixture occurring externally of the joint area in a crucible 50. This involves the reaction mixture 110 being filled in advance into a flexible elongated tube 100 ( figure 5) which is placed in the gap 20 which is formed around the circumference when the pipes are joined end to end, cf. Figure 4. The ring sleeve 30 is then placed around the joint in the same way as in the first version so that the pipe 100 lies in place in the slot. The diameter of the tube and the amount of filled reaction mixture are adapted to the size of the gap that the tubes form between them.

Reaksjonsblandingen antennes på kjent måte, eksempelvis at en antenner føres ned gjennom avtrekkskanalen 44 og kontakter røret 100 som ligger i spalten 20. Under reaksjonen forbrenner rørmaterialet 100 samtidig og det smeltede metallet fra omsetningen vil gradvis fylle opp spalten 20 mens gasser og slagg flyter opp og inn i avtrekksrøret 44 tilsvarende som angitt i det første alternativet. The reaction mixture is ignited in a known manner, for example that an igniter is led down through the exhaust duct 44 and contacts the pipe 100 which is located in the gap 20. During the reaction, the pipe material 100 burns simultaneously and the molten metal from the reaction will gradually fill up the gap 20 while gases and slag rise up and into the exhaust pipe 44 correspondingly as indicated in the first alternative.

Det er viktig å velge et materiale i røret 100 slik at forbrenningsproduktene ikke bringer skadelige stoffer inn metallsmelten som skal danne sveiseskjøten. For eksempel at slike stoffer løses opp i smelten eller danner inklusjoner som kan skade sveiseskjøtens egenskaper. It is important to choose a material in the pipe 100 so that the combustion products do not introduce harmful substances into the metal melt that is to form the weld joint. For example, that such substances dissolve in the melt or form inclusions that can damage the properties of the weld joint.

Røret kan være tynnvegget av papir, filt eller plast og er tiltenkt å forbrenne ved den eksoterme reaksjonen. Ifølge en foretrukket utførelse lagres røret oppkveilet i rull, på en spole, og ved bruk avkuttes en passende rørlengde for plassering i en spalte mellom to legemer for å danne sveiseskjøten. The tube can be thin-walled from paper, felt or plastic and is intended to burn in the exothermic reaction. According to a preferred embodiment, the pipe is stored wound up in a roll, on a spool, and in use a suitable length of pipe is cut for placement in a gap between two bodies to form the weld joint.

Claims

P A T E N T CLAIMS.

1. Procedure for joining two bodies by forming a welded joint of a metal between the bodies, characterized by the following features: • the end surfaces of the two bodies are shaped with an end edge surface that defines a gap around the circumference when the bodies are joined end to end,

• the two bodies are brought together end to end so that the gap is defined, • the gap is insulated by placing a jacket that covers the perimeter of the bodies and isolates the gap from the surroundings,

• an exothermic mixture of a metal and a metal oxide is produced, which upon ignition undergoes an exothermic heat-generating reaction and a melt is produced which includes the weld metal,

• the melt is brought to fill the entire gap volume defined between the adjacent body ends and the mantle, and

• gases and slag are made to rise/flow upwards and are diverted through a drainage channel from the slot,

• the metal melt in the gap is subjected to cooling so that it solidifies to form a solid weld joint.

2. Method in accordance with claim 1, characterized in that the cooling of the metal melt is controlled so that gases that are released from the melt, as well as solid reaction products of slag (oxides) that are separated from the melt can flow up through the gap and into the drainage channel and are removed from the welding gap the area.

3. Method in accordance with claims 1-2, characterized in that said gases and solid reaction products (slag) which solidify during the controlled cooling are drawn off externally from the assembly through a ventilation channel which is arranged through the casing.

4. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the exothermic reaction is produced from a reaction is an aluminothermic mixture where the metal oxide is iron oxide and the reactive metal is aluminium, where the reaction takes place according to a reaction Al Fe oxide = 2 Fe Al2O3(alumina)

5. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized in that a quantity of finely divided iron, in the form of iron shavings or iron powder, is added to the mixture to form sufficient iron metal for the welding joint.

6. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the cooling of the joining metal in the slot is carried out by circulation of a cooling fluid, through a cooling jacket is arranged sealingly surrounding the first slot-cover jacket section and forms an additional cooling volume between the tube surface and the first slot - tire casing section.

7. Method in accordance with claim 6, characterized in that the coolant is gas or a liquid such as water.

8. Method in accordance with the preceding claims, characterized in that the metal/oxide mixture is placed in a crucible arranged above or around the joint between the bodies, the exothermic reaction is started in the crucible whereby the melt is led through a closed channel from the crucible which opens into an entrance to the joint gap which is thus filled with melt and gases rise.

9. Method in accordance with claims 1 - 7, characterized in that the exothermicly reacting mixture is arranged in a combustible bendable elongated pipe, the pipe is placed inside the joint gap between the bodies and is insulated by placing the jacket which covers the perimeter of the bodies and isolates the gap with the pipe, from the surroundings,

the exothermic mixture in the tube is ignited so that the finely divided mixture reacts as indicated above, whereby the tube is combusted, and

said melt is formed from which gases and solid slag rise up and are diverted through the drain channel and the metal melt forms the weld joint.

10. Method in accordance with one of the preceding claims, characterized by carrying out one of the following alternatives after the weld joint has been produced:

1) the surrounding sheath is removed from the assembly,

2) the sheath remains connected to the weld joint and is produced as a part fixed in the body.

11. Method in accordance with claim 10, characterized in that a first of the two bodies is a flange which is joined to the second body, which flange simultaneously defines said surrounding jacket which is thus welded to said second body via the joint.

12. Method in accordance with claims 10-11, characterized in that a further cooling jacket is arranged surrounding the first slot-deck-jacket section and which is arranged to accommodate or circulate a coolant in the space volume towards the pipe surface and the first slot-deck-jacket section .

13. Method in accordance with claim 12, characterized in that the coolant in the jacket is a non-flammable fluid, such as inert gas, nitrogen, air or water.

14. Construction for forming a weld joint as specified in the preceding claims, in a gap between two bodies to be joined end to end, where the gap is filled with a melt formed by an exothermic reaction between a reactive metal and an oxide, where the melt is cooled to solid form and forms a metallic joining weld between the bodies, characterized by

a crucible with a channel extending from the crucible and which can open into the entrance to the joint gap the gap to be filled with welding melt,

a drainage channel leading from adjacent to the joint gap for the discharge of gases and oxide slag, and

a protective cover that covers and isolates the gap from the surroundings.

15. Construction in accordance with claim 14, characterized in that the two channels extend through the protective cover.

16. Subject for carrying out the production of a welded joint by the method according to claims 1 - 7, characterized in that

the subject is a bendable elongated tube in which the exothermic reacting mixture is arranged, which tube is of a material which burns at the temperature when the exothermic reaction mixture reacts.

17. Subject in accordance with claim 16, characterized in that the material in the tube comprises paper, felt or fibers that can be burned.

18. Subject in accordance with claims 16-17, characterized in that the tube with the reaction mixture already inserted is wound up in a roll, on a coil, and in use a suitable length of tube is cut for placement in a gap between two bodies to form the welding joint.

19. Application of method and construction for forming a welding joint in a gap between two pipes which are joined end to end, or to weld a neck or welding flange to a pipe end.