DE2420150A1

DE2420150A1 - Nahtschweissverfahren zur verbindung zweier platten

Info

Publication number: DE2420150A1
Application number: DE19742420150
Authority: DE
Inventors: Leonard Laverick; Victor Gregory Marshall; John Maurice Thompson
Original assignee: Redpath Dorman Long Ltd
Current assignee: Redpath Dorman Long Ltd
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-04-25
Publication date: 1974-11-21
Also published as: FR2227086A1; GB1474181A; FR2227086B1

Description

Redpath Dorrnan Long Limited, Bedford, Bedfordshire - England

Nahtschweißverfahren zur Verbindung zweier Platten

Bei der Verbindung von Stahlplatten durch Verschweißung ist es üblich, die Ränder der Platten so abzuschrägen, daß eine kleine stegartige Oberfläche an jedem Rand stehen bleibt, die zusammengefügt werden, wobei dann die so gebildeten Nuten mit einer Schweißnaht versehen werden.

Der Mittelabschnitt der Verbindung, an dem die beiden flachen Oberflächen am Dachpunkt der Verbindung zusammengebracht werden, wird jedoch eine geschwächte Stelle gebildet, weil zwischen diesen flachen Stegen keine metallische Verbindung erfolgt. Um diesen Mangel an Verschweißung zu vermeiden, ist es üblich, Metall aus der nicht verschweißten Seite herauszumeißeln, bis fehlerfreies Metall erreicht ist und dies wird allgemein durch Kehlwerkzeuge durchgeführt. Die ausgemeißelte Fläche muß dann durch Hand bearbeitet werden, um geringe Ungleichförmigkeiten auszugleichen, die zu einer Schwächung der Schweißnaht führen könnten und es wird dann die Schweißung vollendet, in dem die Nut mit Schweißmetall angefüllt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schweißverfahren zu schaffen, welches die Zeit zur Herstellung der Schweißnaht

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wesentlich verkürzt, in dem die Handnachbearbeitung überflüssig gemacht wird, wobei gleichzeitig die Menge des bei der Abtragung der aneinander stoßenden Stege mit abgetragenen Schweißmetalls vermindert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das Verfahren zur Zusammenfügung zweier Metallplatten dadurch gelöst, daß

a) wenigstens einer der beiden zu verbindenden Ränder derart abgeschrägt wird, daß an jenem Rand ein schmaler flacher Steg verbleibt,

b) die beiden schmalen Stegobsflachen stumpf aneinander gefügt werden, wodurch eine V-förmige Nut wenigstens an einer Seite der stumpf aneinander stoßenden Oberflächen gebildet wird,

c) die V-förmige Nut mit einer Schweißnaht versehen wird und

d) Metall von der anderen Seite der aneinander stoßenden Oberflächen entfernt wird, bis die aneinander stoßenden Stegoberflächen vollständig entfernt sind und der innere Teil des Schweißmetalls freiliegt.

Die Stufe (d) wird wenigstens teilweise durch Hinterschleifen mit einer mit hoher Drehzahl laufenden Schleifscheibe durchgeführt, die einen im wesentlichen konstanten Druck auf das zu entfernende Metall ausübt und eine im wesentlichen konstante Vorschubgeschwindigkeit besitzt, wobei die Achse in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Schweißnaht gehalten wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden beide Seiten des Randes abgeschrägt, so daß eine weitere V-Nut auf der anderen Seite der stumpf aneinanderstoßenden Oberflächen, erhalten wird und bei dieser Ausführungsform ist die mit hoher Drehzahl umlaufende Schleifscheibe so profiliert, daß ein verjüngter Rand

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erhalten wird, der einen Winkel umschließt, welcher beträchtlich kleiner ist äLs der Winkel der anderen V-Nut;gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden beide Seiten beider Ränder abgeschrägt, so daß V-Nuten auf beiden Seiten der stumpf aneinanderstoßenden Oberflächen geschaffen wurden und bei dieser Ausführungsform ist die mit hoher Turenzahl laufende Schleifscheibe so geformt, daß ein sich verjüngender Rand erhalten wird, wobei der eingeschlossene Winkel beträchtlich kleiner ist als der Winkel der V-Nut.

Die Schleifscheibe besteht vorzugsweise aus einer Kunstharz gebundenen Scheibe, die automatisch mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 3,16 m/min schleift, jedoch können auch Schleifgeschwindigkeiten bis herab zu 2,67 m/min benutzt werden.

Der vom Rand der Schleifscheibe umschlossene Winkel beträgt ungefähr 60° mit einem Fußradius von etwa ^,76 mm. Der Winkel kann jedoch zwischen 4o° und 70° schwanken. Eine solche Bemessung ist insbesondere geeignet für eine Verbindung, bei der die Nuten auf der einen Seite 90° umfassen und auf der anderen Seite 60°, wobei das Metall an der 90°-Seite entfernt wird.

Das Verfahren ist insbesondere geeignet zur Herstellung von Nuten, in zylindrischen Stahlwerkstücken, insbesondere in Stahlzylindern, die benutzt werden um rohrförmige Beine für ölplattformen zu schaffen.

Um die rings umlaufenden Schweißnähte zwischen benachbarten Zylindern zu schaffen, die die rohrförmigen Beine bilden, wird zunächst der Innensaum abgeschrägt und dann verschweißt, und dann wird das Metall außen durch Schleifen mittels einer hochturigen Schleifscheibe abgetragen.

Die hochteurige Schleifscheibe ist vorzugsweise an einem mit Gegengewicht versehenen Arm gelagert und so angeordnet, daß der

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Schleifrand der Scheibe nach oben weist. Der Arm wird vorzugsweise über einen pneumatischen Zylinder gesteuert, um es der Bedienungsperson zu ermöglichen, leicht den Druck der Schleifscheibe in den Nuten zu steuern.

Die Erfindung ka nn auch für Längsnähte benutzt werden. Vorzugsweise wird das Rohr drehbar mit horizontal liegender Achse getragen und der Innensaum wird in der Nähe des unteren Totpunktes geschweißt und dann wird das Rohr gedreht, und in der Nähe des oberen Totpunktes geschliffen.

Vorzugsweise wird die Schleifscheibe vom Ende eines Balkens getragen, der seinerseits von einer vertikalen Säule abgestützt ist.

Bei allen Ausfuhrungsformen der Erfindung kann eine weitere Schweißung an dem inneren Abschnitt vorgenommen werden.

Um zu vermeiden, daß große Materialmengen durch Schleifen entfernt werden müssen, kann die anfängliche Materialentfernung vorteilhafterweise durch bekannte Verfahren, z.B. durch Lichtbogen, Schneiden oder Flammenschneiden entfernt werden. Nach diesem Vorgang kann der SchleifVorgang gemäß der Erfindung durchgeführt werden, um geringe Fehlstellen zu begradigen. In der folgenden Beschreibung wird jedoch nur Bezug genommen auf eine Metallentfernung durch Schleifen.

Die Erfindung umfaßt auch das gemäß der Erfindung verschweißte Werkstück.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

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Figur 1 bis 6 die Erzeugung einer Längsnaht gemäß der Erfindung;

Figur 7 eine perspektivische Darstellung einer Schleifscheibe, getragen vom Schwenkarm eines Schlittens zum Schleifen von rings umlaufenden Schweißungen;

Figur 8 eine Ansicht eines anderen Trägers für eine Schleifscheibe mit einem pneumatischen Zylindersteuersystem;

Figur 9 eine schematische Ansicht einer ringsum verlaufenden Schweißung im Schnitt nach der Linie IX-IX gemäß Figur 8;

Figur IO eine Ansicht einer Säulenträgeranordnung für eine Schleifscheibe zur Durchführung von in Längsrichtung verlaufenden Schweißnähten entsprechend Figur 1 bis 6;

Figur 11 eine schematische Ansicht anderer Verbindungen gemäß der Erfindung.

Bei der Herstellung von Büchsen oder Rohren, die miteinander verbunden werden müssen, um die Beine für ölerzeugungsplattformen herzustellen, wird das Grundmaterial von einer Stahlplatte mit einer Dicke von ungefähr 15*9 ram bis 70 mm gebildet. Die in Figur 1 dargestellte Platte 10 ist an ihren Enden - wie dargestellt - abgeschrägt, wobei eine schmale, flache Oberfläche 11 von etwa J5,2 mm an jedem Ende verbleibt. Die Platte wird dann um eine kreisförmige Form gebogen und es werden die flachen Oberflächen zusammengebracht, wie dies in Figur 2 dargestellt ist. Der von der inneren Nut 12 eingeschlossene Winkel beträgt etwa 6O°, während der von der Außennut 13 eingeschlossene Winkel etwa 90° beträgt. Die innere Nut 12 wird dann mit aufeinanderfolgenden Lagen 14 aus Scheißmetall verschweißt. Die aneinanderstoßenden flachen Oberflächen 11 stehen in nicht verschweißter Berührung

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und wegen des Fehlens einer metallischen Verbindung an dieser Stelle würde eine Schwächung eintreten. Gemäß der Erfindung wird diese Metallfläche nunmehr entfernt, indem eine mit hoher Drehzahl umlaufende automatische Schleifscheibe 15 - wie aus Figur 4 ersichtlich - angesetzt wird.

Die Schleifscheibe 15 besitzt einen Rand 15a, der auf einen 60° umschließenden Winkel geschliffen ist und die Spitze 15b ist mit einem Radius von 4,8 mm ausgebildet. Die Schleifscheibe besteht aus Kunststoff-gebundenem Material und schneidet mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 317 m/min. Sie wird benutzt, um soviel Metall abzutragen, daß das innere Schweißmetall zu Tage tritt. Die Querschnittsfläche des entfernten Metalls ist in Figur 5 mit 16 bezeichnet.

Dann wird die Schweißung - wie aus Figur 6 ersichtlich - vollendet, indem aufeinanderfolgend Schichten aus Schweißmetall 13a aufgetragen werden, die den Raum 16 und den Rest der Nut 13 ausfüllen.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Figur 7 eine Ausschleifmaschi* ne beschrieben, die die Durchführung ringsumlaufender Schweißnähte ermöglicht. Die Schleifscheibe 15 wird von einem Schwenkarm 16a getragen, der durch das Gewicht eines Elektromotors 17 ausbalanciert ist. Der Arm 16a wird von einem Linearlager getragen, das zwischen Blöcken 18 liegt, die an aufrecht stehenden Rahmen 19 eines Wagens 20 befestigt sind. Der Arm 16a ist mit zwei Handgriffen 21 ausgestattet, die es der Bedienungsperson ermöglichen, die Schleifscheibe gegen die verschweißte Nut im Werkstück zu drücken. Das Linearlager ermöglicht eine seitliche Schwimmbewegung des Armes l6a zwischen den Rahmen 19.

Das Ausschleifen wird durch eine Abwandlung der Ausführung gemäß Figur 8 durchgeführt, wobei der Schwenkarm l6a wieder von Lagern l8a getragen wird, die mittels einer Zapfenlagerung in den Rahmen

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19 des Wagens 20 befestigt sind.

Die Bewegung des Armes l6a wird durch eine pneumatische Kolben-Zylinderanordnung 22 gesteuert. Der Zylinder ist bei 23 am Rahmen 24 angelenkt und der Kolben ist am Arm l6a bei 25 angelenkt. Die Kolben-Zylinderanordnung wird durch einen Hebel 26 gesteuert, der an einer Handhabe 21 befestigt ist. Der Hebel 26 steuert ein Ventil 27, welches über flexible Schläuche 28 und 29 an den Zylinder 22 angeschlossen ist. Der Zylinder 22 wird mit komprimierter Luft über eine Leitung 30 gespeist. Ebenso ist ein hydraulischer Teleskopdämpfer 31 schwenkbar am Arm l6a und am Rahmen des Wagens 20 angelenkt.

Die Bedienungsperson kann dann die Lage der Schleifscheibe 15 relativ zum Werkstück durch Betätigung des Ventils 27 einstellen, wobei der Dämpfer heftige Stöße der Schleifscheibe 15 gegen das Werkstück verhindert. Bei Verwendung dieser Anordnung ist die Bedienungsperson nicht mehr auf die eigene physikalische Kraft angewiesen, um die Schleifscheibe in ihrer Lage zu halten, da die aus Pneumatikkolben und Zylinder bestehende Einrichtung eine konstante, durch die Bedienungsperson steuerbare Kaft ausübt und die Achse der Schleifscheibe mechanisch in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Schweißnaht gehalten wird.

Die rohrförmigen zu verbindenden Abschnitte werden mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, so daß die Vorschubgeschwindigkeit der teilweise gebildeten Schweißnaht gegenüber der Schleifscheibe genau konstant bleibt.

Bei Anwendung der Erfindung auf die Verschweißung von Längsnähten kann die Maschine gemäß Figur 10 benutzt werden. Figur 10 zeigt ein Ende eines Balkens 33, der auf nicht dargestellte übliche Weise von einer Säule getragen wird. Am Ende des Balkens 33 befindet sich ein Ausleger 34 an dem ein gekrümmter Arm 35 schwenkbar angelenkt ist.

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Der Arm 35 trägt einen Eeläctromotor 36, der die Schleifscheibe 37 antriebt, zusammen mit einem Gehäuse 38 auf einem Arm 39, der am gekrümmten Arm 35 schwenkbar angelenkt ist. Der Elektromotor treibt die Schleifscheibe über einen Kettenantrieb.

Die Tiefe der Schleifscheibe 33 wird durch eine Einstelleinrichtung 40 gesteuert, die an einem schwenkbar angelenkten L-förmigen Arm 41 angeordnet ist, welcher an einem Ende ein Tiefensteuerrad 42 trägt. Außerdem werden andere herkömmliche Einstellungen benutzt um die Neigung und Lage der Schleifscheibe zu steuern und um die Schleifkante der Scheibe wieder in ihre gewünschte Profilgestalt zu bringen. Die Schleifscheibe 37 besteht wiederum aus einer Kunstharz-gebundenen Scheibe von normalerweise etwa 40,6 cm Durehmesser. Die Schleifkante ist mit einem 6o° einschließenden Winkel versehen und die Spitze besitzt einen Krümmungsradius von 3j 76 tarn*

Bei der Benutzung zur Herstellung von Längschweißnähten in Rohren hatte sich als zweckmäßig erwiesen, die innere Schweißnaht zuerst herzustellen, wobei längs der Bodenkante der Innenseite des Zylinders gearbeitet wird, wobei dann der rohrförmige Körper um l80° um seine Achse gedreht wird, so daß das Hinterschleifen und die Außenschweißung von der obersten Manjbellinie des Rohres aus erfolgen kann.

Bei der einfachsten Ausführungsform der Erfindung braucht nur eine Abschrägung vorgenommen zu werden, die in Figur 11 mit dem Bezugszeichen 51 angedeutet ist. Das Hinterschleifen kann dann von der anderen nicht abgeschrägten Seite der Platten her erfolgen um die flachen stumpf gegeneinander liegenden Oberflächen zu entfernen, so daß das Schweißmetall auf der Rückseite der Platten mit dem Metall zusammenschmelzen kann,das in der ursprünglichen V-Nut abgelagert wurde.

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Der Rand der anderen Platte kann - wie strichliert bei 5k dargestellt - abgeschrägt sein,und in diesem Fall kann die ursprüngliche Nut breiter ausgebildet werden.

Stattdessen oder zusätzlich kann einer der Ränder oder beide auf der anderen Seite der Platte abgeschrägt werden, wie bei 55 und 56 strichpunktiert dargestellt. Jedoch ist eine Ausführungsform, bei welcher ein Rand auf der einen Platte bei abgeschrägt ist, und der gegenüberliegende Rand der anderen Platte bei 56 abgeschrägt ist, nicht als zweckmäßige Kombination zu werten.

Die Benutzung einer automatisch gesteuerten Schleifscheibe geeigneten Profils ermöglicht es der Bedienungsperson, während des SchleifVorganges nur Jenes Material abzutragen, welches sonst eine geschwächte Zone ergibt. Hierdurch wird das Herstellungsverfahren beschleunigt und die Gefahr von geschwächten Stellen verhindert.

Patentansprüche 409847/0830

Claims

- Io - Patentansprüche

1.) Verfahren zur Verbindung zweier Metallplatten längs ihrer stumpf gegeneinandergelegten Ränder, gekennzeichnet
durch die Kombination folgender Stufen:

a) wenigstens einer der zu verbindenden Ränder wird abgeschrägt, so daß eine schmale flache Oberfläche an jedem Rand verbleibt,

b) die schmale flache stegförmige Oberfläche wird mit einer entsprechenden flachen stegförmigen Oberfläche des benachbarten Randes der anderen Platte stumpf zusammengestoßen, so daß eine V-Nut wenigstens auf einr Seite der stumpf gegeneinander liegenden stegförmigen Oberflächen entsteht,

c) die V-Nut wird mit einer Schweißnaht ausgefüllt,

d) von der anderen Seite der aneinander stoßenden Oberflächen wird Metall entfernt, bis die aneinander stoßenden Oberflächen vollständig entfernt sind, so daß der innere Abschnitt voll dem Schweißmetall ausgesetzt ist, wobei die Stufe d) wenigstens teilweise durch Hinterschleifen mit einer hochtourigen Schleifscheibe erfolgt, die einen im wesentlichen konstanten Druck auf das zu entfernende Metall ausübt und wobei eine im wesentlichen konstante Vorschubgeschwindigkeit eingehalten wird und die Achse der Schleifscheibe senkrecht zur Richtung der Schweißnaht gehalten wird.

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2. Verfahren naoh Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zu verbindenden Ränder abgeschrägt werden.

3» Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch ge kennzei chnet, daß beide Seiten wenigstens eines Randes abgeschrägt werden, so daß eine V-förmige Nut auf der anderen Seite der stumpf gegeneinanderliegenden Stegoberflächen erzeugt wird und daß die hochteurige Schleifscheibe so profilliert ist, daß ein sich verjüngter Rand erzeugt wird, der einen Winkel einschließt, welcher beträchtlich kleiner ist als der Winkel der anderen V-Nut.

4* Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzei chnet, daß beide Seiten beider Ränder abgeschrägt werden und V-Huten auf beiden Seiten der aneinanderstoßenden Oberfläche gebildet werden und daß die hochturige Schleifscheibe so profilliert|ist_a daß ein sich verjüngender Rand gebildet wird, der einen Winkel einschließt, welcher beträchtlich kleiner ist als der Winkel der anderen V-Nut»

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinterschleifen mit einer durch Kunstharz gebundenen Schleifscheibe erfolgt, die automatisch mit einer Schleifgeschwindigkeit von etwa 3,17 m/min arbeitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzei chnet,

daß der vom Rand der Schleifscheibe eingeschlossene Winkel etwa 6O°beträgt und der Spitzenradius etwa 4,76 mm,

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7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschweißung röhrförmiger Beine für eine olförderplattform zunächst der Innensaum abgeschrägt und dann verschweißt wird und daß dann von außen her mit der hochtourigen Schleifscheibe das Metall entfernt wird.

8. Verfahren nach Anspruch I₃
dadurch gekennzei c h η e t, daß die hochtourige Schleifscheibe an einem schwenkbar gelagerten, mit einem Gegengewicht ausgestatteten Arm sitzt, und so angeordnet ist, daß die Schneidkante der Schleifscheibe nach oben weist.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzei chnet, daß der Arm durch einen Pneumatik-Zylinder bewegt wird um es der Bedienungsperson zu ermöglichen, den Druck der Schleifscheibe in der Nut genau zu steuern.

10. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mit horizontaler Achse drehbar gelagert wird und daß die Innennaht hergestellt wird, während diese Naht in der Nähe des unteren Totpunktes liegt und daß dann das Rohr gedreht wird und das Hinterschleifen in der Nähe der obersten Mantellinie vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe an einem Ende eines Balkens aufgehängt ist, der von einer vertikalen Säule getragen wird.

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12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11,

dadurch gekennzei chnet, daß die Entfernung des Metalls an der Schweißnaht teilweise durch Ausmeißeln oder Ausbrennen und teilweise durch Hinterschleifen bewirkt wird.

IJ. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12,

dadurch gekennzei chnet, daß eine weitere Schweißung auf dem inneren freiliegenden Abschnitt durchgeführt wird.

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