WO2019057359A1 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERSCHWEIßEN EINES AUS MEHREREN METALLTEILEN GEBILDETEN HOHLKÖRPERS - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERSCHWEIßEN EINES AUS MEHREREN METALLTEILEN GEBILDETEN HOHLKÖRPERS Download PDF

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forming gas
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Uwe Braun
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Fr. Jacob Söhne Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for welding a hollow body formed from a plurality of metal parts.
  • the outer area of the seam can be effectively protected from atmospheric oxygen by the so-called inert gas welding process or by a protective gas tow shower.
  • the interior of the seam, or the root and the corresponding material environment can not be shielded by this protective gas supply, since the corresponding gas can not effectively enter through the welding gap or the material in the interior.
  • hollow bodies made of stainless steel are usually flooded during welding with forming gas such as argon or similar noble gases to displace the atmospheric oxygen from the interior, so that it can not contribute to the oxidation or to the reaction with the surface or root.
  • forming gas such as argon or similar noble gases to displace the atmospheric oxygen from the interior, so that it can not contribute to the oxidation or to the reaction with the surface or root.
  • the hollow body is closed with appropriate technical equipment such as lids or plugs and then applied with the appropriate forming or inert gas before the welding process can begin.
  • the gas continues to be supplied during the welding process, so that the inner atmosphere maintains a correspondingly low oxygen content.
  • a forming gas is introduced into the interior of the hollow body.
  • the forming gas is to be introduced in a rinsing phase via the at least one supply line with a volume flow of at least 400 l / min to reduce the oxygen content at the seams of the metal parts.
  • the forming gas is introduced with a "pressure surge" to flood the hollow body as quickly as possible and to reduce air and oxygen in the air to a limit, then to weld the metal parts at the seams.
  • a brief increase in the pressure in the rinsing phase leads to a faster mixing within the metal parts and to a rapid reduction of the oxygen content in the hollow body.
  • the pressure of the forming gas is reduced at the supply line after the rinsing phase, for example by more than 50%, in particular more than 80%, and only then takes place a welding of the metal parts.
  • the welding can also be done with a certain overpressure, for example, between 0.05bar and 0.8bar, in particular 0.1 bar to 0.4bar, to ensure that no air flows into the hollow body during welding.
  • the pressure at the supply line during introduction of the forming gas is chosen so that a pressure surge occurs when opening a valve on the supply line.
  • the pressure at the supply line can be at least 3 bar, preferably at least 5 bar, for example 6 to 15 bar, in particular 8 to 12 bar.
  • the forming gas can be introduced quickly into the interior space of the hollow body which is under ambient pressure.
  • the volume flow of the forming gas through the feed line is at least in an initial phase when introducing the forming gas at least 800 l / min, for example between 1 .200 to 2,500 l / min.
  • the gas mixture arranged in the hollow body is thereby displaced by at least one discharge and the seams.
  • At least one closure element may be provided on the hollow body, on which a valve with a discharge is provided.
  • a valve with a discharge is provided.
  • a sensor for detecting the residual oxygen content is preferably provided, which is arranged for example on a closure element.
  • the residual oxygen content during flooding of the hollow body with forming gas can be measured, and when a certain limit value is reached, the welding process can be started. This allows a process-safe handling of the welding and ensures a high quality.
  • a device for compressing the forming gas is provided, and the forming gas can be introduced via the feed line with a volume flow of at least 400 l / min into the interior of the hollow body.
  • the forming gas can be introduced via the feed line with a volume flow of at least 400 l / min into the interior of the hollow body.
  • a memory with the compressed forming gas may also be connected to several supply lines, depending on how many welding stations are provided.
  • the flow-through cross section of the feed line is preferably at least 20 cm 2 , preferably between 30 cm 2 to 500 cm 2 , for example 50 cm 2 to 300 cm 2 .
  • the device for compressing the forming gas By means of the device for compressing the forming gas, this can be compressed to a pressure of, for example, between 3 to 18 bar, in particular 6 to 12 bar, in order then to be introduced into the hollow body at high flow rate. Furthermore, a sensor for detecting the pressure in the hollow body can be provided, which can be used for the control, for example, to begin welding only when the pressure in the hollow body falls below a certain value.
  • the forming device preferably comprises one or more closure elements, wherein a valve with a discharge opening is provided on at least one closure element, so that the gas mixture displaced from the inner space can be displaced through the valve and the discharge opening.
  • the discharge or outlet opening can likewise have a cross section of at least 20 cm 2 , preferably between 50 and 400 cm 2 .
  • a sensor for detecting the oxygen concentration is provided, which is arranged, for example, on a closure element. If it falls below a certain limit value, if necessary below the limit for a period of a few seconds, the welding process can be initiated to ensure that welding only takes place when the oxygen content is low, for example at 40 ppm.
  • FIG. 1 shows a view of a hollow body formed from a plurality of segments
  • FIG 2 is a view of the hollow body of Figure 1 in a forming device.
  • a hollow body 1 consists of a plurality of metal parts 2, in particular tubular metal parts, such as metal segments, which have a wall thickness of 1 to 3 mm.
  • the metal parts 2 may be formed separately or be formed by individual portions of a single metal part.
  • These individual or mutually connected metal parts 2 are to be welded, for example, to form a pipe bend or a container, with seams 3 being provided in each case between the metal parts 2, which are formed circumferentially.
  • Each seam 3 can be prefixed by tack welds, so that the hollow body 1 can be positioned in a prefixing state in a forming device.
  • the hollow body 1 comprises a flange 4 on a lower metal part 2, on which a first closure element 6 with a supply line 7 is provided. On the opposite side, a second closure element 8 is positioned on a flange 5 of the end-side metal part 2.
  • the closure elements 6 and 8 may be formed, for example, as plates, for example made of metal, wherein at least on the closure element 8, a valve is provided to allow the introduction of a forming gas through the supply line 7, a discharge of the gas from the interior of the hollow body 1.
  • the valve 9 may be formed, for example, as a pivotable flap, which is rotatably mounted about an axis 1 0 on the closure element 8 and is pressed by the pivoting force into a closed position. Other valves can be used, wherein the outlet cross section of the valve 9 is preferably at least 20 cm 2 , for example between 50 cm 2 to 300 cm 2 , to allow rapid discharge of the gas mixture from the interior of the hollow body 1.
  • a sensor 1 1 is further provided by means of which an oxygen content is measurable.
  • the sensor 1 1 is connected to a controller, so that an oxygen content in the hollow body 1 can be measured on the closure element 8 in order to initiate a welding process when a predetermined limit value, for example between 30 and 50 ppm, is reached.
  • a pressure sensor by means of which the pressure in the hollow body 1 can be detected, can be provided on the sensor 11.
  • a pressure change in the hollow body 1 can be detected, for example if the forming gas is introduced at high pressure in a rinsing phase and then throttling takes place before the welding, so that the welding only takes place. will treat if the internal pressure in the hollow body 1 is only slightly above the ambient pressure, for example between 0.1 bar and 0.4 bar.
  • a forming gas for example a noble gas, such as argon
  • a forming gas is introduced into the hollow body 1 via the feed line 7.
  • the introduction of the forming gas is carried out with a high volume flow of at least 400 l / min, for example between 800 l / min to 2,500 l / min, so that the present in the hollow body 1 gas, in particular air, displaced via the seams 3 and the valve 9 becomes.
  • the purging with the forming gas for example, for a period of time between 80 s and 400 s, in particular 1 20 s to 300 s, take place, so that after a short time, a welding operation can be performed.
  • the forming gas is supplied to the supply line 7 at a pressure of, for example, between 3 bar and 15 bar, in particular 6 bar to 12 bar, in order to realize high volume flows in a rinsing phase which in a short time reduce the oxygen content in the interior of the Reduce hollow body 1 to a minimum.
  • the inflow of the forming gas takes place with turbulent flow, so that a thorough mixing of the individual gas components takes place in the interior. Due to this mixing, the residual oxygen content can be significantly reduced in a short time by the introduction of a large amount of forming gas.
  • the pressure and the volume flow at the supply line 7 are then lowered in order to begin the welding of the metal parts. The lowering of the pressure can already begin during the rinsing phase, so that even during the rinsing phase the pressure can be optimally lowered after an initial high pressure.
  • the pipe bend was closed at both ends by closure elements 6 and 8, wherein on the opposite side to the feed line 7 a valve 9 was provided in order to produce a correspondingly controlled back pressure on the closure element 8 can ,
  • argon as the forming gas with a volume flow of up to 1 000 l / min
  • the oxygen content in the hollow body 1 was reduced, to achieve an oxygen content of about 40 ppm in the experiment with a flushing volume of 1, 000 l / min 180 s were needed, and thus significantly less, than in the introduction of laminar flow argon according to the prior art, which required around 1, 000 to 1, 200 s to reach this limit.
  • a corresponding suction device can be provided to dispose of an emerging gas mixture or to be able to recycle.
  • the oxygen limit value is reached, the volume flow of the forming gas is greatly reduced, so that only a small volume flow is introduced into the hollow body during welding, which is controlled so that the oxygen content is kept stationary at a set overpressure despite leaks at the seams 3 can be.
  • the pressure for introducing the forming gas is lowered, so that a blowing through of not yet solidified weld seams is prevented becomes.
  • the volumetric flow introduced into the hollow body 1 can be reduced during the welding in order to avoid or at least minimize a rise in pressure in the hollow body 1.

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Abstract

Ein Verfahren zum Verschweißen eines aus mehreren Metallteilen (2) gebildeten Hohlkörpers (1), umfasst die folgenden Schritten: Positionieren mehrerer Metallteile (2) an einer Formiervorrichtung mit mindestens einer Zuleitung (7) für Formiergas und mindestens einem Verschlusselement (6, 8) mit einer Ableitung für Gas aus einem Innenraum des Hohlkörpers (1); Einleiten von Formiergas durch die mindestens eine Zuleitung (7) mit einem Volumenstrom von mindestens 400 l/min zur Verringerung des Sauerstoffgehaltes an Nahtstellen (3) an den Metallteilen (2), und Verschweißen der Metallteile (2) an den Nahtstellen (3). Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Verschweißen eines aus Metallteilen gebildeten Hohlkörpers (1).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen eines aus mehreren
Metallteilen gebildeten Hohlkörpers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen eines aus mehreren Metallteilen gebildeten Hohlkörpers.
Beim Schweißen von Edelstahlen ist zur Sicherung der Korrosions- und Werk- Stoffeigenschaften der Zutritt von Luft-Sauerstoff an die Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone zu vermeiden. Je nach Sauerstoffgehalt des Umgebungsmediums wird durch eine Oxidation des Werkstoffes die Korrosionsbeständigkeit herabgesetzt. Im Anschluss an den Schweißprozess müssen somit die Naht und die -Umgebung durch einen Abtrag der Oxidationsschicht gesäubert werden.
Werden Hohlkörper aus Edelstahl in einer Materialstärke von zum Beispiel 1 -3 mm geschweißt, kann der Außenbereich der Naht durch das sogenannte Schutzgas-Schweißverfahren oder durch eine Schutzgas-Schlepp-Dusche vor dem Luftsauerstoff wirksam geschützt werden. Der Innenbereich der Naht, bzw. die Wurzel und die entsprechende Materialumgebung können jedoch nicht durch diese Schutzgaszufuhr abgeschirmt werden, da das entsprechende Gas nicht wirksam durch die Schweißspalt oder das Material in den Innenraum eintreten kann.
Aus diesem Grund werden Hohlkörper aus Edelstahl beim Schweißen in der Regel mit Formiergas wie zum Beispiel Argon oder ähnlichen Edelgasen geflutet, um den Luftsauerstoff aus dem Innenraum zu verdrängen, damit dieser nicht zur Oxidation bzw. zur Reaktion mit der Oberfläche oder Wurzel beitragen kann. Je geringer der Restsauerstoffgehalt im Hohlkörper eingestellt ist, umso besser kann sich die Qualität der Schweißnaht ausbilden. Der Hohlkörper wird dazu mit entsprechenden technischen Einrichtungen wie Deckeln oder Stopfen verschlossen und dann mit dem passenden Formier- oder Schutzgas beaufschlagt, bevor der Schweißprozess beginnen kann. Das Gas wird während des Schweißprozesses weiter zugeführt, damit die Innenatmosphäre einen entsprechend geringen Sauerstoffgehalt beibehält.
Das Formier- oder Schutzgas wird bei den bekannten Anlagen über den gesamten Prozess in der Regel sehr behutsam zugeführt, damit es nicht zu Ver- wirbelungen kommt, die dem Schweißprozess abträglich sein könnten. Aus diesem Grund werden im Schrifttum (Linde„Formieren beim Schweißen"; DVS- Merkblatt 0937/2001 ) zur Zeit Volumenströme bei Standardanwendungen von maximal etwa 40 l/min eingestellt. Hintergrund ist die Annahme, dass durch vermeintliche Verwirbelungen an der Werkstückrückwandung wieder Restsauerstoff mit der zu schweißenden Oberfläche in Verbindung treten kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen eines aus mehreren Metallteilen gebildeten Hohl- körpers zu schaffen, das oder die ein effizientes Verschweißen mit geringen Taktzeiten und einer guten Schweißqualität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Positionieren der Metallteile an einer Formiervorrichtung mit mindestens einem Verschlusselement, mindestens einer Zuleitung und mindestens einer Ableitung ein Formiergas in den Innenraum des Hohlkörpers eingeleitet. Statt einem langsamen Einleiten des Formiergases mit laminarer Strömung soll das Formiergas in einer Spülphase über die mindestens eine Zuleitung mit einem Volumenstrom von mindestens 400 l/min zur Verringerung des Sauerstoffgehaltes an den Nahtstellen der Metallteile eingeleitet werden. Dadurch wird das Formiergas mit einem "Druckstoß" eingeleitet, um den Hohlkörper möglichst schnell zu fluten und Luft und den Luftsauerstoff bis zu einem Grenzwert zu reduzieren, um dann die Metallteile an den Nahtstellen zu verschweißen. Durch die Einleitung des Formiergases mit einem hohen Volumenstrom lassen sich deutlich geringere Taktzeiten erreichen, ohne dass die Qualität der Schweißnaht verschlechtert wird. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass auch bei Einleitung des For- miergases mit hohen Gasdurchflussmengen und einer turbulenten Durchmischung der Gaskomponenten des Formiergases und der Luft der Sauerstoffgehalt bzw. der Sauerstoffpartialdruck effektiv in kuzer Zeit reduziert werden kann. Durch das Einleiten des Formiergases durch einen "Druckstoß" kann das Gasgemisch der Luft in Richtung des Auslasses verdrängt und ausgestoßen werden, ohne dass es zu RückStrömungen kommt. Zudem kann das Gasgemisch auch an den noch nicht dichten Nahtstellen der Metallteile austreten. Eine kurzzeitige Erhöhung des Druckes in der Spülphase führt zu einer schnelleren Durchmischung innerhalb der Metallteile und zu einer schnellen Reduzierung des Luftsauerstoffgehaltes im Hohlkörper. Vorzugsweise wird der Druck des Formiergases an der Zuleitung nach der Spülphase reduziert, beispielsweise um mehr als 50%, insbesondere mehr als 80%, und erst danach erfolgt ein Schweißen der Metallteile. Das Schweißen kann dabei ebenfalls mit einem gewissen Überdruck erfolgen, beispielsweise zwischen 0,05bar und 0,8bar, insbesondere 0,1 bar bis 0,4bar, um zu gewährleisten, dass beim Schweißen keine Luft in den Hohlkörper einströmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Druck an der Zuleitung beim Einleiten des Formiergases so gewählt, dass ein Druckstoß beim Öffnen eines Ventils an der Zuleitung auftritt. Der Druck an der Zuleitung kann mindestens 3 bar, vorzugsweise mindestens 5 bar, beispielsweise 6 bis 1 5 bar, insbesondere 8 bis 12 bar, betragen. Durch einen entsprechend hohen Druck kann das Formiergas schnell in den unter Umgebungsdruck stehenden Innenraum des Hohlkörpers eingeleitet werden.
Der Volumenstrom des Formiergases durch die Zuleitung beträgt zumindest in einer Anfangsphase beim Einleiten des Formiergases mindestens 800 l/min, beispielsweise zwischen 1 .200 bis 2.500 l/min. Das in dem Hohlkörper ange- ordnete Gasgemisch wird dabei durch mindestens eine Ableitung und die Nahtstellen verdrängt.
Für eine gezielte Fluidströmung kann an dem Hohlkörper mindestens ein Verschlusselement vorgesehen sein, an dem ein Ventil mit einer Ableitung vorge- sehen ist. Dadurch lassen sich definierte Strömungsverhältnisse in dem Hohlkörper einstellen, insbesondere wenn der Hohlkörper aus einem aus Segmenten gebildeten Rohrbogen gebildet ist.
Ferner ist vorzugsweise ein Sensor zur Erfassung des Restsauerstoffgehaltes vorgesehen, der beispielsweise an einem Verschlusselement angeordnet ist. Dadurch kann der Restsauerstoffgehalt beim Fluten des Hohlkörpers mit Formiergas gemessen werden, und bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes kann der Schweißvorgang begonnen werden. Dies ermöglicht eine prozesssichere Handhabung des Verschweißens und gewährleistet eine hohe Qualität.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Einrichtung zum Komprimieren des Formiergases vorgesehen, und das Formiergas kann über die Zuleitung mit einem Volumenstrom von mindestens 400 l/min in den Innenraum des Hohlkörpers eingeleitet werden. Optional können an einen Speicher mit dem komprimierten Formiergas auch mehrere Zuleitungen angeschlossen sein, je nachdem, wie viele Schweißstationen vorgesehen sind.
Um das Formiergas mit einem hohen Volumenstrom zuzuleiten, beträgt der durchströmbare Querschnitt der Zuleitung vorzugsweise mindestens 20 cm2, vorzugsweise zwischen 30 cm2 bis 500 cm2, beispielsweise 50 cm2 bis 300 cm2.
Mittels der Einrichtung zum Komprimieren des Formiergases kann dieses auf einen Druck von beispielsweise zwischen 3 bis 1 8 bar, insbesondere 6 bis 1 2 bar, komprimiert werden, um dann mit hohem Volumenstrom in den Hohlkörper eingeleitet zu werden. Ferner kann ein Sensor zur Erfassung des Druckes in dem Hohlkörper vorgesehen sein, der für die Steuerung einsetzbar ist, um beispielsweise ein Schweißen erst zu beginnen, wenn der Druck in dem Hohlkör- per einen gewissen Wert unterschreitet.
Die Formiervorrichtung umfasst vorzugsweise ein oder mehrere Verschlusselemente, wobei an mindestens einem Verschlusselement ein Ventil mit einer Ablassöffnung vorgesehen ist, so dass das aus dem I nnenraum verdrängte Gasgemisch durch das Ventil und die Ableitöffnung verdrängt werden kann. Die Ableit- oder Auslassöffnung kann dabei ebenfalls einen Querschnitt von mindestens 20 cm2, vorzugsweise zwischen 50 bis 400 cm2, aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Sensor zur Erfassung der Sauerstoff- konzentration vorgesehen, der beispielsweise an einem Verschlusselement angeordnet ist. Bei Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes, gegebenenfalls bei Unterschreiten des Grenzwertes für einen Zeitraum von einigen Sekunden, kann der Schweißvorgang eingeleitet werden, um sicherzustellen, dass ein Verschweißen erst stattfindet, wenn der Sauerstoffgehalt gering ist, beispielsweise bei 40 ppm.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Ansicht eines aus mehreren Segmenten gebildeten Hohlkörpers, und
Figur 2 eine Ansicht des Hohlkörpers der Figur 1 in einer Formiervorrichtung. Ein Hohlkörper 1 besteht aus mehreren Metallteilen 2, insbesondere rohrförmi- gen Metallteilen, wie Metallsegmenten, die eine Wandstärke von 1 bis 3 mm besitzen. Die Metallteile 2 können separat ausgebildet sein oder durch einzelne Abschnitte eines einzigen Metallteils gebildet sein. Diese einzelnen oder mitei- nander verbundenen Metallteile 2 sollen beispielsweise zu einem Rohrbogen oder einem Behälter geschweißt werden, wobei zwischen den Metallteilen 2 jeweils Nahtstellen 3 vorgesehen sind, die umlaufend ausgebildet sind. Jede Nahtstelle 3 kann über Heftschweißungen vorfixiert sein, so dass der Hohlkörper 1 in einem vorfixieren Zustand in einer Formiervorrichtung positioniert wer- den kann.
Der Hohlkörper 1 umfasst dabei an einem unteren Metallteil 2 einen Flansch 4, an dem ein erstes Verschlusselement 6 mit einer Zuleitung 7 vorgesehen wird. Auf der gegenüberliegenden Seite wird ein zweites Verschlusselement 8 an einem Flansch 5 des endseitigen Metallteils 2 positioniert. Die Verschlusselemente 6 und 8 können beispielsweise als Platten ausgebildet sein, beispielsweise aus Metall, wobei zumindest an dem Verschlusselement 8 ein Ventil vorgesehen ist, um bei Einleiten eines Formiergases durch die Zuleitung 7 ein Ableiten des Gases aus dem Innenraum des Hohlkörpers 1 zu ermöglichen. Das Ventil 9 kann beispielsweise als verschwenkbare Klappe ausgebildet sein, die um eine Achse 1 0 an dem Verschlusselement 8 drehbar gelagert ist und durch die Schwenkraft in eine Verschlussposition gedrückt wird. Auch andere Ventile können eingesetzt werden, wobei der Auslassquerschnitt des Ventils 9 vorzugweise mindestens 20 cm2 beträgt, beispielsweise zwischen 50 cm2 bis 300 cm2, um ein schnelles Ableiten des Gasgemisches aus dem Innenraum des Hohlkörpers 1 zu ermöglichen.
An dem Verschlusselement 8 ist ferner ein Sensor 1 1 vorgesehen, mittels dem ein Sauerstoffgehalt messbar ist. Der Sensor 1 1 ist dabei mit einer Steuerung verbunden, so dass ein Sauerstoffgehalt in dem Hohlkörper 1 an dem Verschlusselement 8 gemessen werden kann, um bei Erreichen eines vorbestimmten Grenzwertes, beispielsweise zwischen 30 und 50 ppm, einen Schweißvorgang einzuleiten. An dem Sensor 1 1 kann alternativ oder zusätzlich ein Drucksensor vorgesehen sein, mittels dem der Druck in dem Hohlkörper 1 erfassbar ist. Dadurch kann eine Druckänderung in dem Hohlkörper 1 erfasst werden, beispielsweise wenn in einer Spülphase das Formiergas mit hohem Druck eingeleitet wird und dann vor dem Schweißen eine Drosselung stattfindet, damit das Schweißen erst be- gönnen wird, wenn der Innendruck in dem Hohlkörper 1 nur geringfügig über dem Umgebungsdruck liegt, beispielsweise zwischen 0,1 bar und 0,4 bar.
Nach der Positionierung des Hohlkörpers 1 an der Formiervorrichtung wird über die Zuleitung 7 ein Formiergas, beispielsweise ein Edelgas, wie Argon, in den Hohlkörper 1 eingeleitet. Das Einleiten des Formiergases erfolgt mit einem hohen Volumenstrom von mindestens 400 l/min, beispielsweise zwischen 800 l/min bis 2.500 l/min, so dass das in dem Hohlkörper 1 vorhandene Gas, insbesondere Luft, über die Nahtstellen 3 und das Ventil 9 verdrängt wird. Das Spü- len mit dem Formiergas kann beispielsweise für eine Zeitdauer zwischen 80 s und 400 s, insbesondere 1 20 s bis 300 s, erfolgen, so dass schon nach kurzer Zeit ein Schweißvorgang durchgeführt werden kann. Das Formiergas wird an der Zuleitung 7 mit einem Druck von beispielsweise zwischen 3 bar bis 1 5 bar, insbesondere 6 bar bis 1 2 bar, zugeführt, um in einer Spülphase hohe Volu- menströme zu realisieren, die in kurzer Zeit den Sauerstoffgehalt im Innenraum des Hohlkörpers 1 auf ein Minimum reduzieren. Das Einströmen des Formiergases erfolgt dabei mit turbulenter Strömung, so dass eine Durchmischung der einzelnen Gaskomponenten im Innenraum erfolgt. Aufgrund dieser Durchmischung kann durch die Einleitung einer großen Menge an Formiergas der Restsauerstoffgehalt in kurzer Zeit erheblich reduziert werden. Nach der Spülphase wird dann der Druck und der Volumenstrom an der Zuleitung 7 abgesenkt, um mit dem Schweißen der Metallteile zu beginnen. Die Absenkung des Druckes kann dabei schon während der Spülphase beginnen, so dass auch während der Spülphase der Druck nach einem anfänglichen hohen Druck opti- onal schon abgesenkt werden kann.
Bei einem Versuch zum Verschweißen eines Rohrbogens mit mehreren Metallteilen 2, die als Rohrsegmente ausgebildet waren, wurden Segmente mit einem Durchmesser D von 450 mm verwendet, die einen Rohrbogen mit 90° Krüm- mung erzeugen. Das Bauteilinnenvolumen eines solchen Hohlkörpers 1 betrug rund 53 I. Der Rohrbogen wurde an beiden Enden durch Verschlusselemente 6 und 8 verschlossen, wobei auf der zur Zuleitung 7 gegenüberliegenden Seite ein Ventil 9 vorgesehen war, um einen entsprechend kontrollierten Gegendruck an dem Verschlusselement 8 erzeugen zu können. Durch Einleiten von Argon als Formiergas mit einem Volumenstrom von bis zu 1 .000 l/min wurde der Sauerstoffgehalt in dem Hohlkörper 1 reduziert, wobei zur Erreichung eines Sauerstoffanteils von rund 40 ppm bei dem Versuch mit einem Spülvolumen von 1 .000 l/min rund 180 s benötigt wurden, und damit deutlich weniger, als bei dem Einleiten von Argon mit laminarer Strömung nach dem Stand der Technik, bei dem zum Erreichen dieses Grenzwertes rund 1 .000 bis 1 .200 s benötigt wurden.
An dem Verschlusselement 8 mit der Ableitung kann eine entsprechende Ab- Saugvorrichtung vorgesehen sein, um ein austretendes Gasgemisch zu entsorgen oder wiederverwerten zu können. Bei Erreichen des Sauerstoff- Grenzwertes wird der Volumenstrom des Formiergases stark gedrosselt, so dass während des Schweißens nur noch ein geringer Volumenstrom in den Hohlkörper eingeleitet wird, der so geregelt ist, dass der Sauerstoffgehalt bei einem eingestellten Überdruck trotz Leckagen an den Nahtstellen 3 stationär gehalten werden kann.
Steigt der Innendruck in dem Hohlkörper 1 durch das Verschweißen der Nähte an den Nahtstellen 3 an, da diese zu einem weiteren Verschluss der Spalte an dem Hohlkörper 1 führen, wird der Druck zur Einleitung des Formiergases abgesenkt, damit ein Durchblasen von noch nicht erstarrten Schweißnähten verhindert wird. Der in den Hohlkörper 1 eingeleitete Volumenstrom kann währende des Schweißens reduziert werden, um einen Druckanstieg in dem Hohlkörper 1 zu vermeiden oder zumindest gering zu halten.
Bezugszeichenliste
Hohlkörper
Metallteil
Nahtstelle
Flansch
Flansch
Verschlusselement
Zuleitung
Verschlusselement
Ventil
Achse
Sensor

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Verschweißen eines aus mehreren Metallteilen (2) gebildeten Hohlkörpers (1 ), mit den folgenden Schritten:
- Positionieren der Metallteile (2) an einer Formiervorrichtung mit mindestens einer Zuleitung (7) für Formiergas und mindestens einem Verschlusselement (6, 8) mit einer Ableitung für Gas aus einem Innenraum des Hohlkörpers (1 );
- Einleiten von Formiergas in einer Spülphase durch die mindestens eine Zuleitung (7) mit einem Volumenstrom von mindestens 400 l/min zur Verringerung des Sauerstoffgehaltes an Nahtstellen (3) an den Metallteilen (2), und
- Verschweißen der Metallteile (2) an den Nahtstellen (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Formiergases an der Zuleitung (7) nach der Spülphase reduziert wird und erst danach ein Schweißen der Metallteile (2) erfolgt..
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck an der Zuleitung (7) beim Einleiten des Formiergases mindestens 3 bar, vorzugsweise mindestens 5 bar, bevorzugt zwischen 6 bis 15 bar, insbesondere 8 bis 12 bar, beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Formiergases durch die Zuleitung (7) während einer Spülphase mindestens 800 l/min, vorzugsweise mehr als 1 .200 l/min, beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des Formiergases durch die Zuleitung (7) zwischen 1 .600 bis 2.500 l/min beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1 ) über eines oder mehrere Verschlusselemente (6, 8) an der Formiervorrichtung verschlossen wird und an mindestens einem Verschlusselement ein Ventil (9) zur Ableitung des Gases aus dem Innenraum vorgesehen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (1 ) als ein aus mehreren Segmenten gebildeter Rohrbogen ausgebildet ist und die Segmente an Nahtstellen umlaufend verschweißt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Sensor (1 1 ) ein Sauerstoffgehalt in dem Hohlkörper (1 ) gemessen wird und erst bei Unterschreiten eines bestimmten Saugerstoffgehaltes der Schweißvorgang eingeleitet wird.
9. Vorrichtung zum Verschweißen eines aus Metallteilen (2) gebildeten Hohlkörpers (1 ), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:
- eine Positioniereinrichtung zum Positionieren eines aus Metallteilen (2) gebildeten Hohlkörpers (1 );
- eine Einrichtung zur Zuleitung (7) eines Formiergases;
- mindestens ein Verschlusselement mit einer Ableitöffnung zur Ableitung eines Gases aus einem Innenraum des Hohlkörpers (1 ),
dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Komprimieren des Formiergases vorgesehen ist und das Formiergas über die Zuleitung (7) mit einem Volumenstrom von mindestens 400 l/min einleitbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (7) einen durchströmbaren Querschnitt von mindestens 20 cm2, vorzugsweise zwischen 30 cm2 und 500 cm2, insbesondere 50 cm2 bis 300 cm2, aufweist.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Komprimieren des Formiergases einen Druck zwischen 3 bis 15 bar, insbesondere 6 bis 12 bar, erzeugt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Erfassung des Druckes in dem Hohlkörper (1 ) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Verschluss (8) ein Ventil (9) mit einer Ableitöffnung vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitöffnung an dem Verschlusselement (8) einen Querschnitt von mindestens 20 cm2, vorzugsweise zwischen 50 und 500 cm2, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (1 1 ) zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in dem Hohlkörper (1 ) vorgesehen ist, der an eine Steuerung angeschlossen ist, um bei Unterschreiten eines bestimmten Sauerstoffgehaltes einen Schweißvorgang einzuleiten.
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