DE2159591C3

DE2159591C3 - Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Rohren

Info

Publication number: DE2159591C3
Application number: DE2159591A
Authority: DE
Inventors: Jean Inverness Calif. La Force
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-06-01
Filing date: 1971-12-01
Publication date: 1980-10-23
Also published as: FR2139803A1; AU3499471A; FR2139803B1; JPS5322057B1; CA949780A; GB1357820A; US3732391A; DE2159591A1; AU451370B2; DE2159591B2; ZA717248B; IT958146B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Rohren durch Rekristallisationsschweißen mit Klammern zum Erfassen der Endbereiche der Rohre und mit Antriebseinrichtungen zum Anpressen von Klemmstücken der Klammern an die Rohrwandung sowie zum Herbeiführen einer axialen Relativbewegung der Klammern.

Bisher wurden, wie dies in der US-PS 29 44 449 beschrieben ist, zum Verbinden der Enden von Rohren durch Kristallisationsschweißung zunächst zwei Rohrenden aneinandergelegt, und dann wurden im Abstand voneinander an jedem Rohrende von außen Klammern angebracht und zwar üblicherweise in einem gewissen Abstand von der Verbindungslinie. Anschließend wurde dann in der Ebene der Verbindungslinie ein Erennerring oder dergleichen angebracht, welcher die gesamte Verbindungslinie umschloß, um die Rohrenden zu erhitzen. Danach wurden die Klammern mit Hilfe hydraulischer Zylinder oder dergleichen gegeneinander gezogen, wodurch die erhitzte Verbindungsstelle unter Druck gesetzt wurde, so daß eine Rekristallisationsschweißung stattfand. Dieses Verfahren hat sich jedoch wirtschaftlich aus zwei Gründen nicht bewährt Einerseits beeinträchtigen nämlich die außen angebrachten Klammem das Anbringen usw. des Heizgeräts, und zweitens stört — was vielleicht noch wichtiger ist — die Tatsache, daß die Klammern in einem beträchtlichen Abstand von der Verbindungsstelle, beispielsweise in einem Abstand von 7,5 cm oder mehr, angebracht werden müssen, um das Anbringen der Heizvorrichtung zu ermöglichen. Das Anbringen der Klammern in einem solchen Abstand hat beispielsweise bei den üblichen, relativ dünnwandigen Rohren zur Folge, daß kein genaues, axiales Fluchten der Rohrenden erreicht wird und daß die Rohre dazu neigen, sich zu verformen, so daß sich an der Verbindungsstelle ein Absatz ergibt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Rohren vorzuschlagen, durch welche eine genaue Ausrichtung der Rohrenden zueinander sichergestellt wird und welche ein einfaches und genaues Ansetzen der Heizeinrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Klammern als in das Innere der Rohrenden einführbare Aufdornelemente ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung radial aufspreizbare Klemmstücke aufweisen.

Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden also die zu verbindenden Rohrenden zunächst axial ausgerichtet und relativ zueinander festgelegt.

Dann wird ein axialer Druck auf die sich aneinander abstutzenden Rohrenden ausgeübt. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Paar von Aufdornelementen, die in axialer Richtung miteinander fluchten, in den Bereich der zu verbindenden Rohrenden eingebracht wird, daß die Aufdornelemente dann in radialer Richtung aufgespreizt werden, bis sie sich fest gegen die Innenwand der Rohre anlegen, und daß dann eine axiale Relativbewegung der Aufdornelemente herbeigeführt wird, durch die die Rohrenden unter Druck dicht zusammengeführt werden.

Dadurch, daß erfindungsgemäß die Rohrenden von innen gehalten und axial ausgerichtet werden und in der zuvor beschriebenen Weise gegeneinander gepreßt werden, wird die ungehinderte Wärmeerzeugung auf der Außenseite der Rohre im Bereich ihrer sich gegeneinander abstützenden Enden und die Verbindung derselben durch eine Rekristallisationsschweißung vereinfacht. Darüberhinaus hat es sich als günstig erwiesen, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet wird, daß mit ihrer Hilfe der axiale Druck zwischen den Aufdornelementen während der Erwärmung der Verbindungsstelle erhöht werden kann, um im Bereich der Verbindungsstelle den richtigen Stauchdruck zu erhalten.

Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche in die aneinander grenzenden Rohre einsetzbar ist, ein Paar von axial fluchtenden und verschiebbaren Aufdornelemente auf-

weist und wenn das axiale Verschieben der Aufdornelemente und das radiale Aufspreizen ihrer Klemmstücke in einfacher Weise von der Außenseite der Rohre steuerbar ist

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1, 2 und Fig.4 Längsschnitte durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung während aufeinanderfolgender Arbeitsschritte;

Fig.3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 2 längs der Linie 3-3 und

Fig.5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß F i g. 4 längs der Linie 5-5.

In dem Längsschnitt gemäß Fig. 1 erkennt man zwei Rohre 11 und 12, deren aneinander angrenzende Enden 13 und 14 durch Rekristallisationsschweißung miteinander verbunden werden sollen. Um diese Schweißung gemäß der Erfindung durchzuführen, wird zunächst eine Ausricht- und Haltevorrichtung 16 mit einem Paar von Aufdornelementen 17 und 18, welche axial fluchtend angeordnet sind, koaxial in die Rohre eingebracht werden, wobei sich die Aufdornelemente im Bereich der beiden Enden 13 und 14 befinden. Anschließend werden die Aufdornelemente in radialer Richtung aufgespreizt, bis sie sich fest gegen die Innenwand der Rohre anlegen, wie dies durch die Pfeile 19 in F i g. 2 angedeutet ist. Da die axiale Ausrichtung der Aufdornelemente 17 und 18 dabei erhalten bleibt, richten diese, während sie sich gegen die Innenwand der Rohre anlegen, auch die Rohre in axialer Richtung aus und halten sie in diesem Zustand fest. Wie F i g. 4 zeigt werden die Aufdornelemente 17 und 18 anschließend in axialer Richtung aufeinander zubewegt, wie dies durch die Pfeile 21 angedeutet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch erreicht, daß das Aufdornelement 17 in axialer Richtung auf das Element 18 zubewegt wird. Diese Bewegung hat zur Folge, daß die Rohrenden 13 und 14 axial fluchtend gegeneinander gepreßt werden, und die auf die Aufdornelemente 17 und 18 zur Herbeiführung ihrer axialen Verschiebung ausgeübte Kraft wird aufrechterhalten, um die sich gegeneinander abstützenden Rohrenden unter einem vorgegebenen Anfangsstauchdruck zu halten.

Nunmehr wird die Außenseite der sich gegeneinander abstützenden Rohrenden beispielsweise mit Hilfe eines Brennerrings 22 oder einer entsprechenden Heizvorrichtung, welcäie die Verbindungsstelle vollständig umgibt, gleichförmig erhitzt. Der Brennerring 22 kann beispielsweise aus zwei halbkreisförmigen Bereichen 23 und 24 bestehen, die an einem Gelenk 26 miteinander verbunden sind und die an einer diametral entgegengesetzten Verbindungsstelle 27 miteinander verbindbar sind. Die Bereiche des Brennerringes können wegen des Gelenks 26 aufgeschwenkt werden, um das Anbringen des Brennerrings im Bereich der Verbindungsstelle zu erleichtern. Anschließend können dann die freien Enden der Bereiche 23 und 24 an der Verbindungsstelle miteinander verbunden werden, so daß sie einen geschlossenen Brennerring bilden. Der Brennerring 22 ist vorzugsweise mit eir." 'Vuahl von längs seines Umfangs im Abstand voneinander angeordneten, radial nach innen gerichteten Brennerdüsen 28 versehen, um die gleichförmige Erwärmung der sich gegeneinander abstützenden Rohrenden 13 und 14 sicherzustellen.

Während eines Heizzyklus werden die Rohrenden ausreichend erwärmt, um die Preßschweißung an der Verbindungsstelle bei einem vorgegebenen Anfangsstauchdruck einzuleiten. Nach Einleitung der Preßschweißung wird die in axialer Richtung zwischen den Aufdornelementen 17 und 18 wirkende Kraft erhöht wodurch der Stauchdruck an der Verbindungsstelle erhöht wird. Auf diese Weise wird der Umfang der Stauchung auf einen genau vorgegebenen Wert geregelt Wenn die gewünschte Stauchung erreicht ist wird die Wärmezufuhr beendet und die axiale Kraft, die zwischen den Aufdornelementen 17 und 18 wirkt wird aufgehoben, um die Zufuhr des Stauchdruckes zu beenden. Anschließend können die in radialer Richtung auf die Aufdornelemente 17 und 18 wirkenden Spreizkräfte aufgehoben werden, um das Entfernen der Vorrichtung 16 in axialer Richtung durch eines der Rohre zu ermöglichen.

Es versteht sich, daß während des Heizzyklus vorteilhafterweise ein inertes Gas, wie zum Beispiel Argon, auf die Innenseite der Verbindungsstelle der sich gegeneinander abstützenden Rohrenden gerichtet wird, wie dies dem Fachmann wohl bekannt ist. Das Gas dient dabei dem doppelten Zweck, erstens die Entstehung von Oxyden und Nitriden an der Oberfläche der erhitzten Zone zu verhindern und zweitens das erhitzte Metall abzukühlen, wenn die Zufuhr von Wärme beendet ist

Die Ausricht- und Haltevorrichtung 16 gemäß der Erfindung, welche nunmehr näher betrachtet werden soll, enthält ein Aufdornelement 17, welches vorzugsweise einen zylindrischen Grundkörper 29 besitzt, an dessen einer Stirnfläche eine koaxiale Welle 31 vorgesehen ist Der Grundkörper ist an seinem Umfang mit einer Reihe von im Abstand angeordneten, radialen Bohrungen 32 versehen, welche die Schäfte 33 von Klemmstücken 34 aufnehmen, die sich gegen die Innenwand eines der Rohre 11 bzw. 12 anlegen können, wenn die Schäfte nach außen gedrückt werden. Mit anderen Worten können also die Klemmstücke in einfacher Weise in Eingriff mit der Innenwand der Rohre gebracht werden.

Das Aufdornelement 18 ist dem Aufdornelement 17 im wesentlichen ähnlich und besitzt einen zylindrischen Grundkörper 36 mit einer zentralen, axialen Bohrung 37, in der die Welle 31 gleitverschieblich angeordnet ist. Der Grundkörper 36 ist somit koaxial auf der Welle 31 angeordnet und auf dieser drehbar und in axialer Richtung verschiebbar. In diesem Zusammenhang soll darauf hingewiesen werden, daß es wesentlich ist, daß die Welle dazu dient, die Grundkörper 29 und 36 der Aufdornelemente 17 und 18 koaxial zueinander auszurichten. Der Grundkörper 36 ist längs seines Umfangs mit einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten, radialen Bohrungen 38 versehen, welche die Schäfte 39 mehrerer Klemmstücke 41 gleitend aufnehmen. Wenn die Klemmstücke 34 d<?s Aufdornelements 17 im Bereich des Rohrendes 13 in Eingriff mit der Innenwand des Rohres 11 stehen, kann der Grundkörper 36 des Aufdornelements 18 axial verschoben werden, bis er innerhalb des Rohres 12 in den Bereich des Rohrendes 14 gelangt, und die Klemmstükke 41 des Aufdornelementes 18 können dort in Eingriff mit der Innenseite des Rohres gebracht werden. Anschließend kann dann der Grundkörper 29 in Richtung auf den Grundkörper 36 axial verschoben werden, wodurch die Rohrenden 13 und 14 axial fluchtend gegeneinandergezogen werden und sich gegeneinander abstützen, wobei zwischen den Rohrenden der zuvor erwähnte Stauchdruck aufgebaut wird.

Obwohl die radiale Ausspreizung der Klemmstücke 34 und 41 der Aufdornelemente 17 bzw. 18 und die

axiale Verschiebung der Grundkörper 29 und 36 auf verschiedene Weise bewirkt werden kann, beispielsweise mit Hilfe mechanischer oder pneumatischer Einrichtungen, werden zu diesem Zweck vorzugsweise hydraulische Betätigungseinrichtungen verwendet. So führt bei dem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Kanälen 42 von den Böden der Bohrungen 32 zu einer Sammelleitung 43, die ihrerseits über eine Zuleitung 44 mit einer hydraulischen, als Druckmittelquelle dienenden Steuereinheit 46 verbunden ist. Eine Anzahl von Kanälen 47 verbindet die Böden der Bohrungen 38 und steht außerdem mit einer Zuleitung 48 in Verbindung, die ebenfalls mit der Steuereinheit 46 verbunden ist. Ein hohles Gehäuse 49, weiches in seinem Inneren eine Zylinderbohrung 51 enthält, ist koaxial auf der dem Grundkörper 29 abgewandten Oberfläche des Grundkörpers 36 angebracht, und die Welle 31 ragt gleitverschieblich und koaxial durch eine öffnung in dem Gehäuse 49 in die Zylinderbohrung 51 hinein. Das freie Ende der Welle trägt einen angeformten Kolben 52, weicher gleitverschieblich an der Wand der Zylinderbohrung 51 anliegt und diese in zwei Kammern 53 und 54 unterteilt, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens liegen. Die Kammern 53 und 54 sind über Leitungen 56 und 57 mit der Steuereinheit 46 verbunden. Die Leitungen 44, 48, 56 und 57 können beispielsweise durch ein nicht dargestelltes Führungsrohr geführt sein, welches an dem Gehäuse 49 befestigt sein könnte und über das Ende des Rohres 12 hinausragen könnte, wo die Leitungen dann mit der hydraulischen Steuereinheit 46 verbunden sein könnten. Auf diese Weise können die Funktionen der Ausricht- und Haltevorrichtung 16 in einfacher Weise von außen, d. h. außerhalb der Rohre gesteuert werden. Außerdem erleichtert das Führungsrohr das Einsetzen der gesamten Vorrichtung im Bereich der benachbarten Rohrenden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nun so, daß zunächst die Vorrichtung im Bereich der benachbarten Rohrenden 13 und 14 eingesetzt wird, daß dann von der hydraulischen Steuereinheit 46 über die Leitung 44 Druckmittel zu den Böden der radialen Bohrungen 32 geliefert wird, so daß die Schäfte 33 radial nach außen getrieben werden und die Klemmstücke 34 in festen Eingriff mit der Innenwand des Rohres 11 gelangen. Der hydraulische Druck wird dann aufrechterhalten, um die Klemmstücke in Eingriff mit der Innenwand des Rohres zu halten. Anschließend wird der Druckmittelstrom zu und von den Kammern 53 und 54 über die Leitungen 56 und 57 so gesteuert, daß eine relative, axiale Verschiebung zwischen dem Kolben 52 und der Wand der Zylinderbohrung 51 erfolgt, und zwar in der

ίο richtigen Richtung, um das Aufdornelement 18 in dem Rohr 12 an die richtige Stelle zu bewegen. Nunmehr wird das Druckmittel über die Leitung 48 zu den Böden der radialen Bohrungen 38 geliefert, um die Schäfte 39 radial nach außen zu treiben und damit die Klemmstükke 41 in festen Eingriff mit der Innenwand des Rohres 12 zu bringen, und der hydraulische Druck wird aufrechterhalten, um die Klemmstücke in dieser Stellung zu halten. Anschließend wird das Druckmedium der Kammer 53 über die Leitung 56 zugeführt, und aus der Kammer 54 fließt das Druckmittel über die Leitung 57 zu der Steuereinheit 46. Hieraus ergibt sich eine axiale Verschiebung des Kolbens 52, und zwar — in der Zeichnung — nach rechts, wodurch das Rohrende 13 gegen das Rohrende 14 geführt wird und sich an diesem unter Druck abstützt. Das Druckmittel in der Kammer 53 wird auf einem vorgegebenen Druck gehalten, so daß die Rohrenden ebenfalls mit einem vorgegebenen Druck gegeneinander anliegen. Der Druck zwischen den sich gegeneinander abstützenden Rohrenden kann nach Wunsch erhöht werden, indem man den hydraulischen Druck in der Kammer 53, welcher auf den Kolben 52 wirkt, erhöht. Im Anschluß an die Beendigung des vorstehend beschriebenen Schweißverfahrens kann der Druck in der Kammer 53 aufgehoben werden, um den zwischen den Rohrenden wirkenden Druck aufzuheben. Anschließend kann der hydraulische Druck in den Bohrungen 32 und 38 aufgehoben werden, um die Klemmstücke 34 und 41 von der Innenwand der Rohre 11 und 12 zu lösen, so daß nunmehr die Vorrichtung 16 mit Hilfe des Führungsrohrs oder einer anderen geeigneten Einrichtung aus dem Rohr 12 herausgezogen werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Rohren durch Rekristallisationsschweißen mit Klammern zum Erfassen der Endbereiche der Rohre und mit Antriebseinrichtungen zum Anpressen von Klemmstücken der Klammern um die Rohrwandung sowie zum Herbeiführen einer axialen Relativbewegung der Klammern, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammern als in das Innere der Rohrenden einführbare Aufdornelemente (17, 18) ausgebildet sind, welche in Umfangsrichtung radial cufspreizbare Klemmstücke (34,41) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Aufdornelementen (17, 18) vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Aufdornelemente (17,18) einen zylindrischen Grundkörper (29,36) besitzen, daß an der einen Stirnfläche des Grandkörpers (29) des einen Aufdornelementes (17) eine zu diesem Grundkörper koaxiale Welle (31) vorgesehen ist, daß der Grundkörper (36) des zweiten Aufdornelementes (18) eine zu diesem Grundkörper koaxiale Bohrung (37) aufweist, welche die Welle (31) im Gleitsitz umschließt, daß am Umfang der Grundkörper (29, 36) radiale Bohrungen (32, 38) vorgesehen sind, daß die Klemmstücke (34, 41) Schäfte (33, 39) aufweisen, die in den radialen Bohrungen (32, 38) gleitend verschiebbar geführt sind, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Schäfte (33, 39) in den radialen Bohrungen (32, 38) radial nach außen zu pressen, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um den ersten Grundkörper (29) relativ zu dem zweiten Grundkörper (36) zu verschieben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um selektiv ein Druckmittel zum Boden der radialen Bohrungen (32, 38) der Grundkörper (29, 36) zu liefern, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche eine geschlossene Zylinderbohrung (51) begrenzen, die auf der dem ersten Grundkörper (29) abgewandten Seite des zweiten Grundkörpers (36) vorgesehen ist, daß die Welle (31) koaxial und gleitverschieblich in die Zylinderbohrung (51) hineinragt, daß am freien Ende der Welle (31) ein Kolben (52) angeformt ist, welcher gleitverschieblich in der Zylinderbohrung (51) angeordnet ist und diese in eine erste Kammer (53) und eine zweite Kammer (54) teilt, und daß Einrichtungen (46) vorgesehen sind, um das Fließen des Druckmittels zu und von diesen Kammern (53, 54) zu steuern.