DE1565535A1

DE1565535A1 - Schweisswerkzeug zum Schutzgas-Lichtbogenschweissen von Rundnaehten im Innern von Rohren

Info

Publication number: DE1565535A1
Application number: DE19661565535
Authority: DE
Inventors: Stevens Alan Ernest; Hill William George; Aldous David John
Original assignee: Foster Wheeler Ltd
Current assignee: Amec Foster Wheeler Holdings Ltd
Priority date: 1965-06-18
Filing date: 1966-06-15
Publication date: 1970-02-05
Also published as: CH455971A; NO121987B; BE682746A; GB1097614A; SE322105B; NL145787B; US3461269A; NL6608344A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißwerkzeug, das zum Schutzgas-Lichtbogenschweißen von Rundnähten im Innern von Rohren bestimmt ist und insbesondere beim Verschweißen von Rohren mit Rohrplatten oder Kopfplatten beim Bau von Wärmeaustauschern (insbesondere solchen für Atomkraftanlagen) Verwendung finden kann.

Es sind bereits Schweißwerkzeuge bekannt, die für das Verschweißen von Rohren mit Rohrplatten oder Kopfplatten durch Innenrundnähte bestimmt sind und die besonders auch für Rohre von sehr kleinem Durchmesser geeignet sind. Diese bekannten Werkzeuge besitzen eine nicht-abschmelzende Elektrode, die an einem rohrartigen Ansatz des Schweißwerkzeugs so befestigt ist, daß ihre Spitze eine Kreisbewegung ausführt, wenn der Ansatz in die Durchgangsbohrung der Kopfplatte bzw. Rohrplatte

90988671253

BAD

eingeführt und in der Bohrung gedreht wird. Der Ansatz dient dabei nicht nur zur Halterung der Elektrode, sondern auch zur Zufuhr des Schweißstromes sowie einem die Schweißstelle gegen Oxydation schützenden Inertgas (z.B. Argon) zur Elektrode. Weiterhin können in dem Ansatz Zufuhrleitungen für eine Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, vorgesehen sein, mit der die Elektrode und ihre Halterung während des Betriebs gekühlt wird.

Das in dem eigenen britischen Patent 934 485 (entsprechend dem deutschen Patent 1 132 266) beschriebene Schweißwerkzeug ist ein sehr gutes Beispiel für den vorangehend umrissenen Werkzeugtyp. Dieses Schweißwerkzeug ist seit langem in Benutzung und hat in zahllosen Einsätzen stets zu ausgezeichneten Schweißnähten geführt. Es hat jedoch den Nachteil, daß der rohrförmige Ansatz, der während des Betriebs in die Durchgangsbohrung der Kopfplatte bzw. Rohrplatte eingeführt wird und in der Nähe seines vorderen Endes die Schweißelektrode trägt, von einem dünnwandigen Schutzrohr aus keramischem Material umhüllt ist und deshalb außerordentlich sorgfälltig behandelt werden muß, weil sich sonst eine Beschädigung des empfindlichen keramischen Materials ergibt.

Das besagte keramische Schutzrohr oder Hüllrohr muß in der Regel extrem dünnwandig sein, denn einerseits sind die Außenabmessungen des Ansatzes durch die Größe der Durchgang sbohrung in der Kopfplatte bzw. Rohrplatte vorgegeben (sie können bei kleinen Rohren durchaus im Bereich von nur etwa 10mm

- 3 -909886/1253

BAD ORDINAL

liegen), und andererseits muß in dem Ansatz ausreichend Platz für die Leitungen zur Zufuhr des Schweißstromes und ggf. auch des Kühlwassers verbleiben. Naturgemäß ist ein derartiges extrem dünnwandiges Keramikrohr außerordentlich ■bruchanfällig. Darüberhinaus hat es aber auch noch den Nachteil, daß es sich nicht-maßhaltig genug herstellen läßt, sondern sich bei der Herstellung häufig verbiegt oder verwirft, und zwar selbst bei Anwendung größtmöglichster Sorgfallt (und entsprechend großem Herstellungsauf wand) . Dieser Nachteil wiederum hat zur Folge, daß das Keramikrohr nur mit begrenzter länge hergestellt werden kann und daß damit auch die Länge des die Elektrode tragenden Ansatzes des Werkzeuges entsprechend begrenzt wird. Im Ergebnis k gante daher das bekannte Schweißwerkzeug im wesentlichen nur beim Verschweißen von Rohren mit verhältnismäßig dünnwandigen Kopfplatten oder Rohrplatten eingesetzt werden, nicht aber bei dickwandigeren Platten.

Mit der Erfindung sollen die vorangehend dargelegten Probleme des bekannten Schweißwerkzeugs beseitigt werden. Dieses Ziel erreicht die Erfindung dadurch, daß das Hüllrohr des (die Elektrode tragenden) Werkzeug-Ansatzes über einen Teil seiner Länge aus Metall oder einem ähnlichen Material und nur im Bereich seines äußeren Endes aus keramischem Material besteht, wobei der.metallische Teil des Hüllrohres durch eine dünne Isolierhülse aus Kunststoff od. dgl. gegen den Schweißstrom abisoliert ist.

- 4 -909886/1253

BAD ORJGiKW,

Der Vorschlag der Erfindung ermöglicht es, das Schweißwerkzeug mit einem sehr viel längerem Ansatz zu versehen, ohne daß dabei die mit der Verwendung von langen, dünnwandigen Keramikrohren verbundenen Schwierigkeiten auftreten. Das Keramikrohr braucht nämlich, da es nur noch das äußere Ende (also das Elektroden-Ende) des Hüllrohres bildet, unabhängig von der Gesamtlänge des Ansatzes in jedem Fall nur sehr kurz zu sein. D_arüberhinaus führt der Vorschlag der Erfindung aber auch noch zu einer sehr günstigen Möglichkeit, das kurze Keramikrohr leicht austauschbar an dem Ansatz zu befestigen, so daß es im Pail einer etwa eingetretenen Beschädigung schnell und bequem an Ort und Stelle gegen ein neues Rohr ausgetauscht werden kann, ohne daß es erforderlich ist, das gesamte Schweißwerkzeug in eine speziel eingerichtete Werkstatt zu bringen und dort zum Zwecke des Austausches des Keramikrohres in größerem Umfang auseinanderzunehmen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 das erfindungsgemäß ausgebildete Schweißwerkzeug im Längsschnitt und

Pig. 2 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt in der Ebene 2-2 der Pig. 1.

— 5 — 909886/1253 - .

Das zeichnerisch dargestellte und mit dem Sammelbezugszeichen 10 bezeichnete Schweißwerkzeug besitzt einen Gehäuseblock 12, von dem aus sich ein rohrförmiger Ansatz 14 nach vorn erstreckt. Der Ansatz 14 ist drehbar innerhalb des Gehäuseblockes 12 gelagert und trägt in der Nähe seines vorderen Endes eine Schweißelektrode 16. Zum Gehäuse 10 hin ist der Ansatz 14 von einer längeren Führungshülse 18 umgeben, die so bemessen ist, daß sie mit genauer Passung in die Bohrung einer Kopfplatte oder Rohrplatte eingesetzt werden kann. Dadurch kann dem Werkzeug als ganzem eine genau koaxiale Lage innerhalb der Bohrung gegeben werden, mit der Folge, daß die Elektrode während des Ziehens einer Innenrundnaht stets einen gleichbleibenden Abstand von der Rohrinnenwand besitzt.

Der Ansatz 14 besteht aus einer Anzahl von konzentrisch zueinander angeordneten Rohren. Unmittelbar der Führungshülse 18 benachbart liegt dabei ein Hüllrohr 20, das relativ zur Führungshülse drehbar ist und beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt sein kann. Das Hüllrohr 20 erstreckt sich nicht über die gesamte Länge des Ansatzes 14» sondern ist an seinem vorderen Ende durch ein Keramikrohr 22 verlängert, wobei es an seinem vorderen Ende nach einem Innenkegel abgeschrägt ist, in den sich das entsprechende, nach einem Außenkegel abgeschrägte hintere Ende des Keramikrohres 22 einpaßt. Die Verbindungsstelle zwischen dem Keramikrohr 22 und dem Hüllrohr 20 liegt zweckmäßig noch innerhalb der Führungshülse 18.

- 6 909886/1283 ,

BAD ORiGiNAL

Der Gehäuseblock 12 besitzt eine im wesentlichen zylindrische Außenwand, die aus einem Vorderteil 24a und einem damLt verschraubten Rückenteil 24b besteht. Mit dem Vorderteil 24a ist die Führungshülse 18 über ein Schraubengewinde fest verbunden.

Innerhalb des Gehäuseblockes 12 ist ein Kern 26 aus elektrisch leitendem Material drehbar angeordnet. Auf das vordere Ende dieses Kerns ist eine Gewindemuffe 56 aus elektrisch isolierendem Material fest aufgeschraubt. Die Gewindemuffe ihrerseits ist fest mit einem Schneckenrad 28 verbunden und dient außerdem zur Halterung des Hüllrohres 20, das mit seinem hinteren Ende in die Muffe 56 eingeschoben und dort mittels eines Haltezapfens 58 befestigt ist. Zwischen dem hinteren Ende des Hüllrohres 20 und dem vorderen Ende des elektrisch leitenden Kerns befindet sich dabei noch eine isolierende Zwischenscheibe 60, die das Hüllrohr 20 vollständig gegen den Kern 26 isoliert. Mit dem Schneckenrad 28 wirkt eine Antriebsschnecke 29 so zusammen, daß während des Schweißvorganges der Kern 26 zusammen mit der Muffe 56 und dem Hüllrohr relativ zur Gehäusewand 24 und der Führungshülse 18 Drehbewegungen ausführen kann.

Die Elektrode 16 ist am vorderen Ende des Keramikrohres 22 in einem Befestigungsblock 30 aus elektrisch gut leitendem material, z.B. Kupfer, eingeklemmt, und zwar mittels eines Stiftbolzens 48. Der Block 30 ist mit dem äußeren Ende eines

- 7 -909886/1253

Tragrohres 32 aus z.B. Kupfer verbunden, das koaxial in dem Hüllrohr 20 angeordnet ist. Innerhalb des Tragrohres 32 befindet sich noch ein Tauchrohr 34 aus z.B. ebenfalls Kupfer, das zusammen mit dem Tragrohr 32 einen Leitungsweg definiert, durch den hindurch Kühlwasser von einer Einlaßöffnung 38 aus zum Befestigungsblock 30 und dann zurück zu einem Auslaß 40 strömen kann. Der Block 30 besitzt dabei eine nur begrenzte Länge, so daß die Elektrode 16 durch das Kühlwasser auf einer ausreichend niedrigea Temperat",;? gehalten werden kann.

Zwischen der Außenwand des Tragrohres 32 und der Innenwand des Hüllrohres 20 bzw. des Keramikrohres 22 ist ein schmaler Ringraum 41 freigelassen, der zur Zufuhr von Argon oder einem anderen inerten Schutzgas zur Elektrode 16 dient. Dieses Schutzgas wird von einem Gaseinlaß 44 (der an einer Zufuhrleitung 44a angeschlossen ist) aus über mehrere radiale Kanäle 42 im Kern 26 dem Ringraum 41 zugeführt und tritt aus einer in denr Keramikrohr 22 vorgesehenen seitlichen Öffnung 62, in die hinein sich auch, die Spitze der Elektrode 16 erstreckt, aus dem Ringraum wieder aus.

Das vordere Ende des Keramikraumes 22 ist durch eine Kappe 52 verschlossen, die mittels des zum Festklemmen der Elektrode 16 dienenden Stiftbolzens 48 gehalten ist. Der Stiftbolzen wird dabei zunächst zum Festklemmen der Elektrode 16 in den Befestigungsblock 30 eingesetzt. Dann wird die Kappe 52 auf das Keramikrohr 22 aufgesteckt unö. sit einer Mutter 54 sowie einer

- 8 -90 9 8 8 6/1253 ^{ßÄD 0RiG!NAL}

Unterlegscheibe 53 an dem Stiftbolzen befestigt.

Der Schweißstrom wird der Elektrode 16 über ein Kabel zugeführt, das in der Gaszufuhrleitung 44a verläuft und im Gaseinlaß 44 endet. An dem Kabel 43 ist ein Kontaktstück 45 befestigt, das mittels einer Feder 45a fest gegen den Kern 26 gedrückt ist. Von dem Kontaktstück 45 aus verläuft der Stromweg über den Kern 26 und das Tragrohr 32 zum Befestigungsblock 30 und dann weiter zur Elektrode 16. Um dabei das Tragrohr 32

äußere
ausreichend gegen das/Hüllrohr 20 und die Führungshülse 18 zu isolieren, ist das Tragrohr 32 von einer dünnen Hülse 50 aus isolierendem Material, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, umgeben, und zwar über denjenigen Bereich seiner Länge, in dem die Gefahr einer Berührung zwischen dem Tragrohr 32 und dem äußeren Hüllrohr 20 besteht. Natürlich ist die Isolierhülse 50 so ausreichend dünn bemessen, daß der freie Durchtritt des Schutzgases durch den Ringraum 41 nicht behindert wird.

Die Befestigung des Keramikrohres 22 an dem Hüllrohr 20 erfolgt durch die Kappe 54, die ihrerseits mittels der Mutter an dem Stiftbolzen 48 und damit an dem Befestigungsblock 30 befestigt ist. Zum Auswechseln des Keramikrohres 22 aus der kegelförmigen Ausnehmung des Hüllrohres 20 ist es daher lediglich erforderlich, die Mutter 54 abzuschrauben und die Kappe abzunehmen. Danach kann das Keramikrohr 22 aus der kegelförmigen Ausnehmung des Hüllrohres 20 herausgezogen und im fall der Beschädigung durch ein neues Rohr ersetzt werden. Irgend-

- 9 909886/1253 ^Bad o^_Q/ ·

welche weiteren Demontagearbeiten, am Schweißwerkzeug sind nicht erforderlich, so daß das Auswechseln des Keramikrohres sehr schnell an Ort und Stelle durchgeführt werden kann. Das Tragrohr 32 muß natürlich fest an dem Kern 26 befestigt sein. Zweckmäßig ist dazu das hintere Ende des Tragrohres mit einem Befestigungsgewinde 64 in den Kern 26 eingeschraubt und zusätzlich auch noch verlötet. Dadurch ist sichergestellt, daß das Tragrohr 32 sich auf keinen Fall von dem Kern 26 lösen kann, wenn die Mutter 54 zum Zwecke der Befestigung der Kappe 52 und damit des Keramikrohres 22 angezogen wird.

Das Keramikrohr 22 braucht nur eine relativ kurze Länge zu haben, so daß es sich ohne großen Aufwand gut herstellen läßt. Falls sich dagegen das Keramikrohr über die gesamte Länge des rohrförmigen Ansatzes H hinweg erstrecken würde, ließe es sich nur mit erheblichen Schwierigkeiten herstellen, wobei es selbst bei Beachtung der größtmöglichsten Herstellungs-Sorgfallt nicht immer die erforderliche genaue form bekommen würde. Darüberhinaus führt die geringe Länge des Keramikrohres aber auch noch zu dem Vorteil, daß die Länge des Ansatzes 14 völlig unabhängig von dem Keramikrohr wird. Daher kann der Ansatz H ohne weiteres eine beträchtliche Länge bekommen, so daß das Werkzeug bestens bei verhältnismäßig dicken Kopfplatten oder Rohrplatten eingesetzt werden kann.

- 10 -

909886/12S3 bad original

Das Hüllrohr 20 ist bei der vorangehend erläuterten Ausführungsform ein Metallrohr. Es muß jedoch nicht notwendigerweise aus Metall bestehen, sondern kann auch aus irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt sein, das nicht die Nachteile von Keramik besitzt.

- Ansprüche -

ZBE/gü

909886/1253

Claims

Ansprüche :

1. Schweißwerkzeug zum Schutzgas-Ii chtbogenschweißen von Rundnähten im Innern von Rohren, mit einer nicht-abschmelzen-r den Elektrode, die an einem sich in Richtung der Achse des anzuschweißenden Rohres erstreckenden Werkzeug-Ansatz befestigt ist und mit ihrer Spitze sin* ^yeisbewegung ausführen kann, wobei der Ansatz von einem Hüllrohr umgeben ist und die Leitungen zur Zufuhr von Schweißstrom, Schutzgas und ggf <■ Kühlwasser zur Elektrode enthälStt, dadurch gekennzeichnet« daß das Hüllrohr über einen Teil seiner Länge aus Metall oder einem ähnlichen Material und nur im Bereich seines äußeren Endes aus keramischem Material besteht, wobei der metallische Seil des des Hüllrohres durch eine dünne Isolierhtilee aus Kunststoff od. dgl. gegen den Schweißstrom abisoliert ist.

2. Schweißwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Teil des Hüllrohres durch eine an dessen äußerem Ende angreifende, lösbare Befestigungseinrichtung gegen den metallischen Teil des Hüllrohres gedrückt ist.

3. Schweißwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten Enden des keramischen Teils des Hüllrohres kegelartig abgeschrägt ineinandergepaßt sind.

- A2-80.9 8 86/126 3 ,

BAD OFiJ

4. Schweißwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Isolierhülse ein innerhalb des Hüllrohres angeordnetes Elektroden-Tragrohr umgibt und dieses gegen den metallischen Teil des Hüllrohres abdeckt.

5. Schweißwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr in an sich bekannter Weise mit einem koaxialen TaUhrohr versehen ist und zusammen mit diesem ein Leitungssystem zur Zufuhr von Kühlwasser zur Elektrode bildet.

6. Schweißwerkzeug nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr oder das Tauchrohr in an sich bekannter Weise aus metallischem Werkstoff besteht und die Stromzufuhr zur Elektrode bilden.

7. Schweißwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in einem kurzen Befestigungsblock lösbar befestigt ist, der aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit besteht und an dem äußeren Ende des Tragrohres angeordnet ist, und wobei das Kühlmittel unmittelbar an dem Befestigungsblock vorbeiströmt. "..

- A3 -

909886/1263 ,.,„.. «o

8. Schweißwerkzeug nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hüllrohr und dem Elektroden-Tragrohr ein Ringraum gebildet ist, durch den hindurch das Schutzgas zur Elektrode strömt.

9. Schweißwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Isolierhülse im Bereich des metallischen Teils des Hüllrohres die dem Elektroden-Tragrohr zugeordnete Wandung des Schutzgas-Ringraumes bildet.

10. Schweißwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Teil des Hüllrohres durch eine Stirnkappe gehalten ist, die ihrerseits lösbar an dem Elektroden-Tragrohr befestigt ist, wobei die Stirnkappe den keramischen Teil des Hüllrohres in Axialrichtung fest gegen den metallischen Teil des Hüllrohres gedruckt hält.

KRE/gÜ

BAD ORJGlNAL 909886/1253