DE2843986C2

DE2843986C2 - Verfahren zur Herstellung von spiralnahtgeschweißtem Stahlrohr

Info

Publication number: DE2843986C2
Application number: DE19782843986
Authority: DE
Inventors: Takashi Nagamine
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1978-10-09
Filing date: 1978-10-09
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DE2843986B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von wendel- bzw. spiralnahtgeschweißtem Stahlrohr mittels mehrerer hintereinander angeordneter Abbrandelektroden nach dem Schutzgas-Lichtbogenschweißen, gefolgt vom Unterpulverschweißen.

Ein spiralnahtgeschweißtes Stahlrohr wird in der Weise hergestellt, daß ein Stahlband als Ausgangsmaterial bei gleichzeitigem Abziehen desselben schraubenförmig zu einer zylindrischen Form aufgewickelt und dabei ein zylindrischer Rohrrohling in praktisch waagerechter Lage geformt wird, indem die Seitenkanten des zulaufenden Stahlbands in Stoßberührung miteinander gebracht werden, und der Rohling während der weiteren Abziehbewegung des Stahlbands kontinuierlich an Innen- und Außenseite längs einer Spiralnahtlinie geschweißt wird. Bei der Herstellung eines spiralnahtgeschweißten Stahlrohrs iüt es somit nicht nötig, die Breite des Stahlbands auf den Durchmesser des herzustellenden Rohrs abzustimmen, wie

w dies bei längsnahtgeschweißtem Stahlrohr der Fall ist. Vielmehr ist es dabei innerhalb gewisser Grenzen möglich, den Rohrdurchmesser beliebig zu ändern und unabhängig von der Breite des verwendeten Stahlbands gewünschtenfalls ein geschweißtes Stahlrohr größeren Durchmessers herzustellen.

Insbesondere sind bei der Herstellung eines spiralnahtgeschweißten Stahlrohrs (im folgenden auch als »Spiralrohr« bezeichnet) Vorkehrungen dahingehend getroffen, daß die Stelle, an welcher die Seitenkanten

bo des laufenden, in Schraubenform zu einem Zylinder gewickelten Stahlbands erstmals in Stoßberührung miteinander gelangen, d. h. am sog. »Stoßpunkt«, an welchem das laufende Stahlband anfänglich zu einem zylindrischen Rohrrohling umgeformt wird, am tief-

h5 stcn Punkt des in praktisch waagerechter Richtung geformten Rohlings liegt. Bei fortlaufender Zuführung des Stahlbands wird die Innenflüche des Rohlings längs einer Spiralnahtlinie in einer vorbestimmten

oder vorgegebenen Position nahe des Stoßpunkts geschweißt. Anschließend wird der Rohling von der Außenfläche her längs der Spiralnaht in einer vorgegebenen Position nahe seines höchsten Punkts geschweißt, nämlich an dem dem Stoßpunkt relativ zur Mittelachse des Rohlings gegenüberliegenden Punkt (im folgenden als Gegenpunkt bezeichnet). Bei dieser Spiralrohrherstellung wird ein zulaufendes Stahlband, nämlich ein Rohrrohling somit in vorgegebenen Positionen geschweißt Die Innen- und Außenschweißvorgänge verlaufen daher entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Stahlbands. Da die zu schweißende Nahtlinie spiralig bzw. schraubenförmig ist, sind beim Innen- und Außenschweißen selbstverständlich absteigende und aufsteigende bzw. Abwärts- und Aufwärts-Schweißvorgänge erforderlich, nämlich ein Schweißen in Aufwärisrichtung bzw. ein solches in Abwärtsrichtung.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, erfolgt das Innen- und Außenschweißen vom Stoßpunkt zum Gegenpunkt entegen der Bewegungsrichtung des Stahlbands in Abwärtsrichtung, während beide Schweißvorgänge vom Gegenpunkt zum Stoßpunkt entgegen der Bewegungsrichtung des Stahlbands in Aufwärtsrichtung erfolgen. Beim Schweißen längs einer geneigten Fläche fließt im allgemeinen die Metallschmelze aus dem zuletzt erstarrenden Mittelteil der Schweißnaht zu den unteren Bereichen dieser Fläche herab, so daß sich ein in der Mitte konkaver Schweißwulst bilde!. Diese Erscheinung ist bei stärkerer Neigung der Schweißfläche und höherer Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze um so ausgeprägter. Beim Aufwärtsschweißen wird der genannte konkave Mittelteil des Schweißwulsts allmählich ausgefüllt, wobei sich zeitweilig ein Schweißwulst mit übermäßig weit abstehender Oberseite bildet. Beim Abwärtsschweißen wird dagegen der konkave Mittelteil des Schweißwulsts nicht ausgefüllt, so daß seine konkave Form erhalten bleibt. In beiden Fällen kann also keine einwandfreie Schweißnaht erzielt werden. Bei der Herstellung von Spiralrohr stellt somit die Entstehung dieser fehlerhaften Schweißnähte aufgrund des Abwärts- und Aufwärtsschweißens eines der hauptsächlichen Probleme dar.

Die Spiralrohrherstellung erfolgte bisher gewöhnlich durch Unterpulverschweißen, um dadurch die Zuverlässigkeit der hergestellten Schweißnaht und die Wirksamkeit des Schweißvorgangs zu verbessern. Das Unterpulverschweißen wird wegen seiner im Vergleich zu anderen Schweißverfahren sehr hohen, auf einer großen Schweißwärmeeingabe beruhenden Schweißleistung verbreitet für die Spiralrohrherstellung angewandt.

Uei der üblichen Herstellung eines Spiralrohrs nach dem Unterpulverschweißen erfolgen jedoch sowohl das Innen- als auch das Außenschweißen normalerweise in Abwärtsrichtung. Mit anderen Worten: das Innenschweißen erfolgt an einer gegenüber dem Stoßpunkt in Bewegungsrichtung des Stahlbands etwas zurückversetzten Stelle, während das Außenschweißen an einer Stelle durchgeführt wird, die gegenüber dem Gegenpunkt in Bewegungsrichtung des Stahlbands etwas vorverlegt ist. Beim Außenschweißen bewegt sich daher die gebildete Schmelzenlache in noch schmelzflüssigeni Zustand über den Gegenpunkt hinweg und abwärts. Die Schmelze im Mittelteil der Schweißnaht, die zunächst turn tieferen Teil geflossen ist, fließt dabei zui ursprünglichen Stelle der Schmelze

zurück, so daß Schweißwülste normaler Form erhalten werden. Beim Innenschweißen ist es dagegen äußerst schwierig, die Entstehung von in der Mitte konkaven, fehlerhaften Schweißwülsten zu verhindern, weil die beim Abwärtsschweißen gebildete Schmelzenlache durch die große Wärmeeingabe und die langsame Abkühlung unter dem Einfluß einer sie bedeckenden Flußmittelschicht stark beeinflußt wird. Insbesondere dann, wenn zur Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit mehrere hintereinandergeschaltete Elektroden verwendet werden, steigt nicht nur die Schweißwärmeeingabe an, vielmehr wird auch die Schmelzenlache länger. Beispielsweise besitzt beim Unterpulverschweißen eine Schmelzenlache im Fall von zwei Elektroden eine Länge von etwa 150 mm und bei drei Elektroden eine Länge von etwa 250 mm. Bei Verwendung mehrerer hintereinander angeordneter Elektroden bilden sich die in der Mitte konkaven, fehlerhaften Schweißwülste mithin um so leichter.

Zur Verhinderung der Bildung dieser fehlerhaften Schweißwülste aufgrund des Abwärtsschweißens, insbesondere beim Innenschweißvorgang, wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung von Spiralrohr nach dem Unterpulverschweißen vorgeschlagen, das in Fig. IA in schematischer Draufsicht und in Fig. IB in schematischer Seitenansicht dargestellt ist. Dabei sind eine in einer vorbestimmten Position zugeführte Abbrand-Elektrode 1 für das Innenschweißen und eine in einer vorbestimmten Position zugeführte Abbrand-Elektrode 1' für das Außenschweißen vorgesehen. Ein Stahlband 2 läuft in Pfeilrichtung zu einem Stoßpunkt a, an welchem die Seiten kanten des spiralig zu einem Zylinder gewickelten Stahlbands 2 unter Bildung eines zylindrischen Rohrrohlings 3 erstmals in Stoßberührung miteinander gelangen. Ein Gegenpunkt b ist eine Stelle, welche dem Stoßpunkt α über die Mittelachse 0 des Rohlings 3 (diametral) gegenüberliegt. Der Rohling 3 ist im wesentlichen waagerecht angeordnet, so daß sich der Stoßpunkt α nahezu an seiner tiefsten Stelle, d. h. nahe der 6-Uhr-Position, und der Gegenpunkt b nahe der höchsten Stelle, d. h. in der Nähe der 12-Uhr-Position, befinden.

Beim bisherigen Verfahren nach Fig. IA und 1 B erfolgt das Innenschweißen des Rohrrohlings 3 mittels der Elektrode 1 in einer Position a', die vom Stoßpunkt α in Bewegungsrichtung des Stahlbands 2 »stromauf« angeordnet bzw. vorversetzt ist, so daß hierdurch ein Aufwärtsschweißen ermöglicht wird. Das Außenschweißen erfolgt üblicherweise mittels der Elektrode 1'an einer Stelle b', die gegenüber dem Gegenpunkt b in Bewegungsrichtung des laufenden Stahlbands 2 ebenfalls vorversetzt ist, so daß in Abwärtsrichtung geschweißt werden kann

Mit diesem Verfahren kann bis zu einem gewissen Grad die Bildung der mittig konkaven Schweißwülste infolge des abwärtsgeführten Innenschweißens verhindert werden. Andererseits ist dabei aber der Versatz zwischen dem Stoßpunkt α und der Innenschweißstelle a' im folgenden zu beschreibenden Einschränkungen im Hinblick auf'die Rohrherstellung und die Schweißgeräte unterworfen. Es ist daher schwierig, die richtige oder nötige Versatzstrecke für diesen Zweck festzulegen.

1. Rohrherstellungsbedingte Einschränkung:
Bei einem zu großen Abstand zwischen dem Stoßpunkt α und der Innenschweißstelle a' erfolgt der Schweiß Vorgang vor Erreichen einer innigen Berührung zwischen den Seitenkanten des

Stahlbands 2, so daß sich eine stark fehlerhafte Schweißnaht ergibt.
2. Schweißgerätebedingte Einschränkung:

Beim Unterpulverschweißen, bei dem vor der Elektrode eine Flußmittelzufuhreinrichtung angeordnet werden muß, kann der genannte Versatz zwischen den Punkten α und a' nicht immer so groß gewählt werden, daß er der erforderlichen Strecke entspricht. Im Fall eines Rohrs mit einem Durchmesser von 1500 mm kann die größte einzuhaltende Strecke zwischen den Punkten ο und a' nur etwa 30 mm betragen; mit einem Abstand dieser Größenordnung ist es aber unmöglich, die gesamte Länge der Schmelzenlache zu erfassen, die bei einer einzigen Elektrode etwa 70 mm, bei zwei Elektroden etwa 150 mm und bei drei Elektroden etwa 250 mm beträgt. Infolgedessen können hierdurch die erwähnten, mittig konkaven Schweißwülste nicht vollständig vermieden werden.

Es ist auch bekannt, die Schweißwärmeeingabe beim Unterpulverschweißen auf einen niedrigeren Wert zu begrenzen, um dabei eine einwandfreie Schweißnaht durch Verhinderung des Entstehens der mittig konkaven oder vertieften Schweißwülste beim Innenschweißen zu erreichen. Eine niedrigere Wärmeeingabe hat jedoch nicht nur eine sehr niedrige Schweißleistung zur Folge, sondern erschwert auch die Behebung von Schweißfehlern dann, wenn die Stoßberührung zwischen den Seitenkanlen des Stahlbands instabil wird.

Für das Innenschweißen ist noch ein anderes Unterpulverschweißverfahren bekannt, bei dem mehrere Elektroden verwendet werden, zwischen den Elektroden (jeweils) ein großer Abstand vorgesehen wird und mit jeder Elektrode eine Schmelzenlache gebildet wird, wobei eine fehlerfreie Schweißnaht durch Verhinderung der Entstehung der mittigen Vertiefung erhalten wird. Bei diesem Verfahren müssen jedoch das verwendete Flußmittel und die durch die vorlaufende Elektrode erzeugte Schlacke entfernt werden, bevor das Schweißen mit einer nachfolgenden Elektrode aufgenommen werden kann; dies erweist sich aber in der Praxis als sehr schwierig.

Bei dem in Fig. 2 A gezeigten Verfahren wird ein Spiralrohr in der Weise hergestellt, daß die beiden Kantenflächen c, c der abgeschrägten Seitenkanten eines Stahlbands 2 in gegenseitige Stoßberührung gebracht werden, ein praktisch waagerechter Rohrrohling mit einer Spiralnaht geformt wird und der Rohling von Innen- und Außenseite her kontinuierlich längs der Spiralnaht geschweißt wird. Da jedoch das Stahlband 2 häufig an der Seitenkante gekrümmt oder anderweitig verformt ist, kann sich gemäß Fig. 2B in dem zwischen den gegenüberliegenden Kantenflächen c, c des Stahlbands 2 gebildeten Spalt beim Unterpulverschweißen Flußmittel ansammeln. Wenn der Innenschweißvorgang unter diesen Bedingungen fortgesetzt wird, wird eine fehlerhafte, das Flußmittel einschließende Schweißnaht erhalten. Insbesondere dann, wenn das Innenschweißen auf die in Verbindung mit Fig. 1A und 1 B beschriebene Weise in einer gegenüber dem Stoßpunkt α vorversetzten Position a' vorgenommen wird, kann die Stoßberührung zwischen den Seitenkanten des Stahlbands 2 instabil werden, so daß Schweißfehler, wie Flußmitteleinschluß, noch häufiger auftreten.

Wie erwähnt, eignet sich das Unterpulverschweißen

zweckmäßig für die Herstellung von Spiralrohren in großer Fertigungsmenge und mit hoher Fertigungsgeschwindigkeit, während das Auftreten von Schweißfehlern aufgrund des Abwärts- und Aufwärtsschweißens unmöglich vollständig ausgeschaltet werden kann. Im Hinblick hierauf ist in der US-PS 4 071 732, welche der JA-PS 9571/78 entspricht, ein Verfahren für das Hochgeschwindigkeits- und Starkstrom-Schutzgaslichtbogenschweißen von Stahl unter Verwendung eines Gemisches aus Inertgas und Aktivgas als Schutzgas beschrieben, das sich dadurch kennzeichnet, daß mindestens eine Massivdraht-Abbrandelektrode aus niedriglegiertem Stahl mit einem Durchmessr von 3,0-6,4 mm verwendet wird, diese Elektrode mit einem Schweißstrom von 600-1500 A gespeist wird, zur Abschirmung des entstehenden Lichtbogens ein Schutzgas in einer Menge von 50 bis 200 l/min pro Elektrode zugeführt wird und die Lichtbogenspannung im Bereich von etwa 23-36 V eingestellt wird.

Dieses bisherige Verfahren soll sich gut für das Schweißen von Längsnähten oder von Schraubenbzw. Spiralnähten eines offenen Rohrs eignen, d. h. für einen Rohrrohling zur Herstellung einer Rohrleitung für sehr tiefe Temperaturen. Während beim Unterpulverschweißen eine Verschlechterung der Schlagfestigkeit in Bereichen nahe der Schweißnaht unvermeidbar ist, sofern nicht auf die hohe Schweißleistung verzichtet wird, ist es beim Schutzgasschwei-Ben nach diesem bisherigen Verfahren möglich, eine hohe Schweißgeschwindigkeit ohne Verschlechterung der Tieftemperaturzähigkeit nahe der Schweißnaht einzuhalten. Dieses bisherige Verfahren kann daher für die Herstellung von Spiralrohr als zweckmäßiger angesehen werden als das Unterpulverschweißen. Die genannten Patentschriften offenbaren jedoch lediglich ein Verfahren für das Hochgeschwindigkeits-Schutzgasschweißen, mit dem eine Verringerung der Tieftemperaturzähigkeit in den nahe der Schweißnaht gelegenen Bereichen des Werkstücks verhindert werden kann. Durch Anwendung dieses bisherigen Schweißverfahrens als solches auf die Herstellung von Spiralrohr kann somit das Auftreten von in diesem Fall bisher unvermeidbaren Schweißnahtfehlern der genannten Art aufgrund des Abwärts- und Aufwärtsschweißens, insbesondere des ersteren beim Innenschweißen, nicht völlig vermieden werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von spiralnahtgeschweißten Stahlrohren mit hoher Schweißleistung und hoher Arbeitsgeschwindigkeit.

Mit diesem Verfahren soll das Auftreten von Schweißfehlern, wie Flußmitteleinschluß und stufenförmige Schweißnaht infolge instabiler oder ungenügender Stoßberührung zwischen den Seitenkanten des Stahlbands, ausgeschaltet werden können.

Außerdem soll mit diesem Verfahren die Größe einer für eine Nahtlinie eingestochenen Nut oder Rille weitgehend verringert werden.

Insbesondere bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Hersteilung von Spiralnahtrohr unter Verwendung mehrerer hintereinander angeordneter Abbrandelektroden mit hoher Schweißleistung und hoher Arbeitsgeschwindigkeit, mit dem die Bildung von mittig konkaven (»eingefallenen«) Schweißwülsten aufgrund des Abwärts- und Aufwärtsschweißens bei der Spiralrohrherstellung, insbesondere beim Abwärtsschweißen an der Rohrin-

nenseite, vermieden werden soll.

Bei diesem Verfahren soll zudem die Stelle des ersten und des nachfolgenden Schweißvorgangs einschränkungsfrei wählbar sein, so daß der Schweißvorgang in idealer Weise durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von spiralnahtgeschweißtem Stahlrohr, wobei ein zulaufendes Ausgangsmaterial-Stahlband spiralig bzw. schraubenförmig in Zylinderform gewickelt wird, ein zylindrischer Spiralrohr-Rohling in im wesentlichen waagerechter Lage geformt wird, indem die Seitenkanten des zulaufenden Stahlbands in Stoßberührung miteinander gebracht werden, mehrere Abbrandelektroden in Tandem- bzw. Hintereinanderan-(jiunung in vorbestimmte Positionen nahe des tiefsten Punkts auf der Innenfläche und nahe des höchsten Punkts auf der Außenfläche des geformten Rohlings gebracht werden, wobei die Abbrandelektroden jeweils eine vorlaufende und mindestens eine nachlaufende Elektrode umfassen, und der Rohling mittels der jeweiligen hintereinandergeschalteten Elektroden bei weiter zulaufendem Stahlband kontinuierlich an Innenseite und Außenseite längs einer spiraligen Nahtlinie geschweißt wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an Innen- und Außenseite des Rohlings 2^r> der Vorschweißvorgang mittels der vorlaufenden Elektroden jeweils als Schutzgasschweißung und der nachfolgende Nachschweißvorgang mittels der nachlaufenden Elektroden jeweils als Unterpulverschweißung durchgeführt wird, daß Innen- und Außen- H) schweißung jeweils unter den folgenden Bedingungen durchgeführt werden:

(a) Abbrandelektroden: Draht bzw. Stab mit einem durchmesser von 3-8 mm;

(b) Schweißstrom: 600-2000 A; r,

(c) Schweißstromspannung: 20—50 V;

(d) Zusammensetzung des Schutzgases für den Vorschweißvorgang: gasförmiges Gemisch, bestehend im wesentlichen aus einem Inertgas und mindestens 20-50 Vol.-% Kohlendioxidgas 4i> und/oder mindestens 3-10Vol.-% Sauerstoffgas;

(e) Zufuhrmenge des Schutzgases: 70-400 l/min;
und daß das Nachschweißen in einer Position durchgeführt wird, die von der Position des Vorschweiß vor- 4^r> gangs um eine Strecke entsprechend der Vorschubstrecke des Rohlings bei einer Wickelumdrehung desselben oder entsprechend einem ganzzahligen Vielfachen dieser Vorschubstrecke entfernt ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbei- -,o spiele der Erfindung im Vergleich zürn Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 A eine schematische Draufsicht zur Veranschauliciiung eines bisherigen Verfahrens für die Her- τ, stellung von spiralnahtgeschweißtem Stahlrohr,

Fig. IB eine schematische Seitenansicht des bisherigen Unterpulverschweißverfahrens zur Verdeutlichung der Innen- und Außenschweißpositionen an einem Spiralrohrrohling,

Fig. 2 A eine Teilschnittdarstellung des Normalzustands der Sioßberührung zwischen den Seitenkanten eines spiralig bzw. schraubenförmig und zylindrisch gewickelten Stahlbands,

F i g. 2 B cine F i g. 2 A ähnelnde Darstellung, die ei- _b5 nen abnormalen Zustand zwischen den Stahlband-Seitenkanten zeigt,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht zur Verdeutlichung der Vorschweiß- und der nachfolgenden Nachschweißstelle beim Innen- bzw. Außenschweißen mit je zwei hintereinandergeschalteten Abbrandelektroden beim erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 4Λ einen Teilschnitt zur Veranschaulichung einer an den Stoßberührungsflächen eines Stahlbands eingestochenen Nut oder Rille,

Fig. 4B einen Teilschnitt, welcher eine beim Innen- und Außenschweißen längs der Nut gemäß Fig. 4A nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schweißnaht zeigt,

Fig. 5 eine Fig. 4B ähnelnde Ansicht einer unter Verwendung von drei Abbrandelektroden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schweißnaht,

Fig. 6 A eine Fig. 4 A ähnelnde Ansicht einer Ausführungsform der beim bisherigen Unterpulverschweißen an den Seitenkanten-Stoßflächen des Stahlbands eingestochenen Nuten, und

Fig. 6B eine Fig. 4B ähnelnde Darstellung einer Schweißnaht, die beim bisherigen Verfahren unter Verwendung von je zwei hintereinandergeschalteten Abbrandelektroden in den Nuten nach Fig. 6A erhalten wird.

Erfindungsgemäß wurden ausgedehnte Untersuchungen mit dem Ziel der Lösung der vorher geschilderten Probleme angestellt. Hieraus wurden folgende Erkenntnisse gewonnen:

1. Bei der Herstellung von Spiralrohr nach dem Unterpulverschweißverfahren mit Hilfe mehrerer hintereinander angeordneter bzw. Tandem-Elektroden zeigen sich insbesondere an den Innenschweißnähten die erwähnten Schweißfehler, wie mittig konkaver Schweißwulst und Flußmitteleinschluß. Beim Innenschweißen eines Rohrrohlings mit Hilfe mehrerer Tandem-Elektroden kann daher in der Nähe des oben erläuterten Stoßpunkts ohne jede Schwierigkeit das Unterpulverschweißen durchgeführt werden, wenn an der vorlaufenden Elektrode unter Schutzgas und anschließend mit mindestens einer nachfolgenden Elektrode unter Pulver geschweißt wird. Auf diese Weise können die erwähnten, beim Unterpulverschweißen auftretenden Fehler vermieden werden.

2. Beim herkömmlichen Schutzgasschweißen, etwa dem Inertgasschweißen und dem CO₂-Schutzgasschweißen, unter Verwendung eines dünnen Schweißdrahts mit einem Durchmesser von bis zu etwa 2,4 mm bei vergleichsweise niedrigem Schwcißsiruni von bis zu 500 A ist die Schweißgeschwindigkeit gering. Wenn das langsam vor sich gehende Schutzgasschweißen mit einer vorlaufenden Elektrode und das eine höhere Geschwindigkeit ermöglichende Unterpulverschweißen mit einer nachlaufenden Elektrode durchgeführt werden, ksnn mithin die Geschwindigkeit der vorlaufenden Elektrode nicht mit derjenigen der nachlaufenden Elektrode synchronisiert werden, so daß Schweißfehler wie Unterhöhlung und mangelhafte Verschmelzung die Folge sind.

Für die Durchführung des Schutzgasschweißens mit der vorlaufenden Elektrode und des Unterpulverschweißens mit der nachlaufenden Elektrode bei Verwendung mehrerer Tandem-Abbrandelektroden muß daher die Schweißgeschwindigkeit beim Schutzgasschweißen auf

einen Wert erhöht werden, der praktisch demjenigen des Unterpulverschweißens entspricht.

3. Zur Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit beim Schutzgasschweißen braucht lediglich der Schweißstrom erhöht zu werden. Diese Maßnahme allein führt jedoch zu einer starken Pinch- bzw. Klemmkraft und zu einem intensiven Plasmastrahl aufgrund der Verwendung von Gleichstrom als Schweißstrom. Der erzeugte Lichtbogen wird beträchtlich eingeengt oder verdichtet und damit zu einem sog. »harten« Lichtbogen, der - obgleich er eine große Schmelzeindringtiefe bietet - aufgrund seiner geringeren Divergenz schmälere Schweißwulste, häufigere Spritzer und die Bildung von stark welligen Schweißwülsten ergibt.

Die Erzeugung der starken Klemmkraft und des intensiven Plasmastrahls kann durch Verwendung von Abbrandelektroden größeren Durchmessers zur Herabsetzung der Schweißstromdichte vermieden werden. Mit anderen Worten: die Schweißgeschwindigkeit beim Schutzgasschweißen kann unter Vermeidung von Schweißfehlern dadurch erhöht werden, daß der Schweißstrom erhöht wird und Abbrandelektroden größeren Durchmessers verwendet werden.

4. Beim Innenschweißen an einem Rohrrohling mit mehreren Tandem-Elektroden, wobei zunächst mit der vorlaufenden Elektrode unter Schutzgas und mit mindestens einer nachlaufenden Elektrode unter Pulver geschweißt wird, entstehen Schmelzenlachen in einer Zahl entsprechend derjenigen der Abbrandelektroden. Da diese einzelnen Lachen wesentlich kleiner sind als eine einzige, durch mehrere Abbrandelektroden gebildete Schmelzenlache, kann das Auftreten von mittig konkaven Schweißwülsten aufgrund des Ausfließens der Schmelze wirksam verhindert werden. Da die Stelle des Schutzgasschweißvorgangs frei wählbar ist, kann dieser Vorgang in einer Position erfolgen, in welcher sich der Zustand der Stoßberührung zwischen den Seitenkanten des Stahlbands bereits stabilisiert hat, d. h. an einer Stelle hinter dem Stoßpunkt in Bewegungsrichtung des Stahlbajids. Hierdurch können Mangel, wie stufenförmige Schweißnaht, vermieden und zudem eine weitere Verbesserung von Form und Güte des hergestellten Spiralrohrs gewährleistet werden.

Die Erfindung wurde nun auf der Grundlage obiger Erkenntnisse entwickelt. Die speziellen Merkmale des erfindungsgemäßer. Verfahrens sind in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichnet.

Das wesentlichste Merkmal der Erfindung liegt beim Innen- und Außenschweißen eines Spiralrohrrohlings mittels mehrerer hintereinander angeordneter Abbrandelektroden in Form einer vorlaufenden Elektrode und mindestens einer nachlaufenden Elektrode darin, daß mit der vorlaufenden Elektrode unter Schutzgas und mit der nachlaufenden Elektrode unter Pulver geschweißt wird. Die auf diese Weise erreichten Vorteile sind oben bereits erläutert worden.

Im folgenden sind die Gründe beschrieben, welche bei diesen Schweißvorgängen die Schweißbedingungen beim Schutzgas- und Unterpulverschweißen einschränken.

1. Abbrandelektroden

Beim üblichen Schutzgasschweißen wird, wie erwähnt, eine dünne Abbrand-Drahtelektrode mit el's nem Durchmesser von bis zu etwa 2,4 mm verwendet, während für das Unterpulverschweißen normalerweise eine vergleichsweise dicke Abbrandelektrode verwendet wird. Durch die Zufuhr eines großen Schweiß-Gleichstroms zu dieser dünnen Abbrandelektrode erhöht sich die Stromdichte, wodurch eine starke Pinch- bzw. Klemmkraft und ein intensiver Plasmastrahl hervorgerufen werden. Wie erwähnt, wird hierbei eine große Sch.-pelzeindringtiefe erzielt, während die geringere Divergenz des Lichtbogens zu

einer schmäleren Wulstbreite führt, wobei häufig fehlerhafte Schweißwüiste, etwa weiiige Schwciiiwüisie gebildet werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren unter Anwendung eines großen Schweiß-Gleichstroms bei dem zuerst durchgeführten Schutzgas-

schweißvorgang ist es daher wünschenswert, die Schweißstromdichte durch Verwendung einer Elektrode großen Durchmessers zu verringern.

Bei einem Durchmesser der Abbrandelektrode bzw. des Schweißstabs von mehr ah 8 mm wird jedoch

der entstehende Lichtbogen auf noch zu beschreibende Weise in Abhängigkeit von der Größe -jci Schweißstroms langer und instabil, wodurch die folgenden ungünstigen Wirkungen hervorgerufen werden können: Unzureichende Schmelzeindringtiefe;

JO Abweichung des Ubertragungsschemas der Schmelzentröpfchen an der Abbrandelektrode vom wünschenswerten Schema auf eine ungünstige kugelförmige Übertragungsform; mangelhafte Verschmelzung und Bildung von Rissen in der Schweißnaht. Wenn

J5 die Abbrandelektrode einen zu großen Durchmesser besitzt, ist sie außerdem schwierig zu biegen, wodurch die gleichmäßige bzw. ruckfreie Zufuhr und sonstige Handhabung der Elektrode erschwert werden. Der Durchmesser der Abbrandelektrode sollte daher höchstens 8 mm betragen.

Bei einem Durchmesser der Abbrandelektrode von weniger als 3 mm werden andererseits die Klemmkraft und der Plasmastrahl in Abhängigkeit von der Größe des Schweißstroms zu stark, so daß sich fehlerhafte Schweißwülste ergeben. Der kleinste Durchmesser der Abbrandelektrode sollte daher mindestens 3 mm betragen.

2. Schweißstrom

w Erfindungsgemäß wird beim anfänglichen Schutzgasschweißvorgang ein großer Schweißstrom zur Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit angewandt. Je nach dem Durchmesser der Abbrandelektrode führt jedoch ein den zweckmäßigen Bereich übersteigender

Schweißstrom wie im Fall einer zu dünnen Abbrandelektrode zu einer höheren Schweißstromdichte, wodurch wiederum eine starke Klemmkraft und ein intensiver Plasmastrahl hervorgerufen werden. In einem solchen Fall kann aufgrund des Verspritzens der

to Schmelzenlache und der Spritzerbildung kein zufriedenstellender Schweißwulst erreicht werden.

Wenn der Schweißstrom dagegen für den jeweiligen Durchmesser der Abbrandelektrode zu niedrig ist, wie dies bei einer zu dicken Abbrandelektrode der Fall

b5 ist, wird der erzeugte Lichtbogen langer und instabil,

woraus sich die obengenannten Nachteile ergeben.

Die experimentell festgelegte Beziehung zwischen

Elektrodendurchmesser und zweckmäßigen Bereich

des Schweißstroms ergibt sich aus folgender Tabelle. her höchstens 50 V betragen.

Tabelle

Elektrodendurch	Schweißstrom
messer (mm)	bereich (A)
3,2	600-900
4,0	650-1000
4,8	700-1200
6,4	750-1500
8	850-2000

ίο

Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, sollte der Schweißstrom zur Erzielung normal geformter Schweißwülste ohne Schweißfehler bei hoher Schweißgeschwindigkeit mittels einer Abbrandelektrode mit einem Durchmesser von 3 bis 8 mm in einem Bereich von 600-2000 A liegen.

Bei dem als erster Schweißvorgang mit der vorlaufenden Elektrode durchzuführenden Schutzgasschweißen braucht der Form des Schweißwulsts keine besondere Sorgfalt gewidmet zu werden, vielmehr ist es dabei nur nötig, eine vorbestimmte Schmelzeindringtiefe sicherzustellen und das Auftreten von Spritzern zu verhindern. Aus diesem Grund wird für die vorlaufende Elektrode vorzugsweise ein Schweiß-Gleichstrom mit entgegengesetzter, d. h. positiver Polarität angewandt.

Bei der Durchführung des Unterpulverschweißens als anschließender bzw. zweiter Schweißvorgang mittels der nachlaufenden Elektrode braucht andererseits -ίο nicht besonders auf die Schmelzeindringtiefe geachtet zu werden, vielmehr ist es hierbei nur notwendig, ein magnetisches »Wegblasen« des Lichtbogens zu verhindern und Schweißwülste einwandfreier Gestalt zu bilden. Infolgedessen wird vorzugsweise für die nach- J5 laufende Elektrode als Schweißstrom ein Gleichstrom mit direkter, d. h. negativer Polarität oder aber ein Wechselstrom angewandt.

Bei der Durchführung des anschließenden Unterpulverschweißens mittels zweier nachlaufender Elektroden können diese mit Gleichstrom negativer Polarität gespeist werden; wahlweise können beide nachlaufenden Elektroden mit einem Wechselstrom gespeist werden, oder die erste dieser Elektroden kann mit einem negativen Gleichstrom und die zweite mit einem Wechselstrom gespeist werden.

3. Schweißstromspannung

Die Spannung des Schweißstroms hat einen wesentlichen Einfluß auf die Länge des erzeugten Lichtbogens und die Form der Schweißwülste. Beispielsweise führt eine niedrige Schweißstromspannung zur Bildung von Schweißwülsten mit spitz zulaufender Oberseite, während eine hohe Spannung Schweißwülste mit sanft abfallenden Oberseiten gewährleistet.

Genauer gesagt: Bei einer Schweißstromspannung von unter 20 V wird der entstehende Lichtbogen zu kurz und stärker abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit der Abbrandelektrode. Hierdurch können Lichtbogenunterbrechungen und, wie erwähnt, wi scharfkantige Schweißwulstoberseiten auftreten. Die Schweißstromspannung sollte daher mindestens 20 V betragen.

Bei einer Schweißstromspannung von über 50 V wird andererseits der entstehende Lichtbogen zu lang < >·-. und empfindlicher für die Einwirkung von Magnetismus, so daß er instabil wird und zu einem breiten Divergieren neigt. Die Schweißstromspannung sollte da-

4. Zusammensetzung des Schutzgases
für den ersten Schweißvorgang

Bei der Durchführung des Schutzgasschweißens als erster Schweißvorgang mittels der vorlaufenden Abbrandelektrode großen Durchmessers und unter Anwendung eines hohen Schweiß-Gleichstroms beim erfindungsgemäßen Verfahren führt die ausschließliche Verwendungeines Inertgases, wie Argon und Helium, als Schutzgas zu einer Verlängerung des entstehenden Lichtbogens unter dem Einfluß einer thermischen Ausdehnung und somit zu einem instabilen Lichtbogen, so daß häufig Schweißfehler, wie mangelnde Verschmelzung, auftreten. Wenn dagegen als Schutzgas ein Gasgemisch verwendet wird, das durch Vermischen von gasförmigem Kohlendioxid bzw. CO₂ und/ oder gasförmigem Sauerstoff bzw. O₂ in zweckmäßiger Menge mit einem Inertgas erhalten wird, wird der Lichtbogen aufgrund des Einschlusses durch das Schutzgas stabiler.

Beider Durchführung des Schutzgasschweißens mit einer der Schweißgeschwindigkeit beim Unterpulverschweißen entsprechenden Geschwindigkeit ergeben sich jedoch bei Verwendung eines Inertgasgemisches mit weniger als 20 Vol.-% CO₂ und/oder weniger als 3Vol.-% O₂ Schweißfehler, wie mangelnde Verschmelzung und Unterhöhlungen. Infolgedessen ist es notwendig, dem Inertgas mindestens 20 Vol.-% CO₂ und/oder mindestens 3 Vol.-% O₂ zuzumischen.

Bei Zugabe von mehr als 50 Vol.-% CO₂-GaS und/oder mehr als 10 VoI.-% O₂-GaS zum Inertgas tritt eine verstärkte Spritzerbildung auf, die eine Verstopfung der Schutzgasdüse zur Folge haben kann. Hierdurch wird der durch das Schutzgas gewährleistete Abschirmzustand verschlechtert, so daß sich Schweißwülste mit unzufriedenstellendem Aussehen sowie Schweißfehler ergeben. Die dem Inertgas zuzusetzenden Gasmengen sollten daher höchsten 50 Vol.-% für CO₂ und/oder höchstens 10 Vol.-%O₂ betragen.

5. Zufuhrmenge des Schutzgases

Beim Schutzgasschweißen mittels einer Abbrandelektrode großen Durchmessers und unter Anwendung eines großen Schweiß-Gleichstroms kann selbst dann, wenn die Spannung in gewissen Grenzen variiert, ein stabiler Lichtbogen erzeugt werden, wenn dieser Lichtbogen durch ein Schutzgas mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung abgeschirmt wird.

Bei einer Zufuhrmenge des Schutzgases mit der beschriebenen Zusammensetzung von weniger als 70 1/ min wird jedoch durch einen Piasinastrahl die Abschirmung aufgebrochen, so daß Luft eintreten und zu einer starken Spritzerbildung führen kann. Die Schutzgaszufuhrmenge sollte daher mindestens 70 1/ min betragen.

Bei einer Schutzgaszufuhrmenge von mehr als 400 l/min wird andererseits die Schmelzenlache durch das Schutzgas verdrängt, so daß eine derartige Zufuhrmenge nicht nur zur Bildung von mittig konkaven Schweißwülsten führen kann, sondern auch unwirtschaftlich ist. Die Schutzgaszufuhrmenge sollte daher auf höchstens 400 l/min begrenzt werden.

6. Lage von Vor- und Nachschweißstelle
Ein zu schnelles Abwärts-oder A.ufwärtsschweißen

bei der Herstellung eines Spiralrohrs hat die Bildung von fehlerhaften Schweißwülsten zur Folge, beispielsweise von mittig konkaven Schweißwülsten oder solchen mit zu hohen Mittelbereichen. Aus diesem Grund ist es am vorteilhaftesten, das Innenschweißen des Rohrrohlings, d. h. den Schweißvorgang an der Innenfläche des Rohrrohlings, in im wesentlichen waagerechter Richtung nahe des Stoßpunkts des Rohlings durchzuführen, d. h. nahe der tiefsten Stelle der Innenfläche des Rohlings, während der Außenschweißvorgang am Rohrrohling vorzugsweise in der Nähe des Gegenpunkts, d. h. in der Nähe des höchsten Punkts auf der Außenfläche des Rohlings, durchgeführt wird.

Bei Durchführung des Innen- und Außenschweißens jeweils mittels zweier Schweißvergänge unter Verwendung einer Anzahl von hintereinandergeschalteten Elektroden können der vor- und der nachfolgende Schweißvorgang, wie erwähnt, in den günstigsten Positionen durchgeführt werden, indem der nachfolgende Schweißvorgang bzw. das Nachschweißen an einer Position erfolgt, die von derjenigen des Vorschweißens in einem Abstand entsprechend der Vorschubstrecke des Rohrrohlings bei einer Drehung desselben oder einem ganzzahligen Vielfachen, wie dem Doppelten oder Dreifachen, dieses Abstandes angeordnet ist.

Falls jedoch die Strecke zwischen Vor- und Nachschweißposition kleiner ist als die Vorschubstrecke bei einer Rohrumdrehung, können die bei beiden Schweißvorgängen gebildeten Schmelzenlachen zu einer einzigen großen Schmelzenlache verlaufen, wobei weiterhin das als Nachschweißvorgang durchgeführte Unterpulverschweißen als schnelles Abwärtsschweißen erfolgt, so daß sich ein fehlerhafter Schweißwulst mit zentraler Aushöhlung bildet.

Aus den genannten Gründen werden daher beim erfindungsgemäßen Verfahren das Innen- und Außenschweißen am Rohrrohling unter Verwendung von hintereinander angeordneten Abbrandelektroden in den in der schematischen Draufsicht von Fig. 3 gezeigii." fvibition durchgeführt.

Fig. 3 veranschaulicht ein sich in Pfeilrichtung bewegendes Stahlband 2, einen in praktisch waagerechter Lage durch spiraliges bzw. wendeiförmiges Aufwickeln des zulaufenden Stahlbands 2 zu einer Zylinderform gebildeten Rohrrohlings 3, die Position d des Schutzgasschweißens beim Innenvorschweißen des Rohlings 3, die Position e des Unterpulverschweißens beim Innen-Nachschweißen, die Position / des Schutzgasschweißvorgangs beim Außen-Vorschweißen am Rohrrohling 3 sowie die Position g des Unterpulverschweißvorgangs beim Außen-Nachschweißen. Gemäß Fig. 3 ist beim erfindungsgemäßen Verfahren die Vorschweißposition d an der Innenfläche des Rohrrohnngs 3 um eine Strecke entsprechend einer Umdrehung von der Nach-Schweißposition e entfernt, während die Vor-Schweißposition / an der Außenseite des Rohlings 3 um die gleiche Strecke von der Nach-Schweißposition g entfernt ist.

Wenn beim Unterpulver-Nachschweißen an der Innen- und Außenseite des Rohlings mittels jeweils zweier nachlaufender Elektroden der Abstand zwischen diesen Elektroden mehr als 200 mm beträgt, müssen die beim Schweißen mit der ersten nachlaufenden Elektrode gebildeten Flußmittelrückstände und Schlacke vor Beginn des Schweißens mit der zweiten nachlaufenden Elektrode entfernt werden. Dies erweist sich jedoch in der Praxis als sehr umständlich und schwierig. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, zwischen den beiden nachlaufenden Elektros den einen Abstand von höchstens 200 mm vorzusehen, so daß diese beiden Elektroden eine einzige Schmelzenlache bilden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von speziellen Beispielen und unter Bezugnahme auf ein Ver-ίο gleichsbeispiel näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Rohrrohling für ein Spiralrohr mit einem Durchmesser von 1500 mm wurde aus einem Stahlband mit einer Dicke von 22 mm geformt. Die an den Stoßberührungsflächen der Seitenkanten des Stahlbands gebildete Nut bzw. Rille besaß die in Fig. 4 A gezeigte Form. Sodann wurde der so gebildete Rohling längs dieser Nut bzw. Rille innenseitig und außenseitig unter folgenden Schweißbedingungen geschweißt:

1. Abbrandelektrcden: Zwei hintereinander angeordnete Abbrandelektroden in Form einer vorlaufenden Elektrode für das Schutzgasschweißen als Vorschwt.ßvorgang und einer nachlaufenden Elektrode für das Unterpulverschweißen als Nachschweißvorgang.

2. Durchmesser der Abbrandelektroden: 4,0 mm.

3. Abstand zwischen den Abbrandelektroden: Ent-JIi sprechend einer WickelumdrehungdesSpiralrohrs.

4. Schweißstrom:

a) vorlaufende Elektrode: 800 A Gleichstrom

b) nachlaufende Elektrode: 700 A Gleichstrom

5. Schweißstromspannung:

j5 a) vorlaufende Elektrode: 30 V
b) nachlaufende Elektrode: 38 V

6. Schweißgeschwindigkeit: 750 mm/min

7. Schweißposition:

a) Innenschwcißposition (ausgedrückt als Versatz vom Stoßpunkt auf das zulaufende Stahlband hin):

1. vorlaufende Elektrode: 0 mm

2. nachlaufende Elektrode: 40 mm.

b) Außenschweißposition (ausgedrückt als Versatz vom Gegenpunkt in Richtung auf das zulaufende Stahlband:

1. vorlaufende Elektrode: 70 mm

2. nachlaufende Elektrode: 70 mm.

8. Abschirmung des Lichtbogens und der Schmelzen- -,o lache:

a) vorlaufende Elektrode: mit 35 Vol.-% CO₂-Gas vermischtes gasförmiges Argon in einer
Zufuhrmenge von 120 l/min

b) nachlaufende Elektrode: Zufuhr von aufschmelzendem Flußmittel.

Unter den oben angegebenen Bedingungen wurde ein Spiralrohr mit einer Schweißnaht erhalten, wie sie in der Schnittansicht von Fig. 4B dargestellt ist. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Schweißnaht gemäß Fig. 4B besaß keinerlei mittige Eindrückung, und die Fehlerrate, ausgedrückt als Zahl von Schvveißfehlern bezogen auf Schweißnahtlänge, entsprach einem Wert von 0,004 pro Meter.

Beispiel 2

Es wurde ein zweiter Spiralrohrrohling desselben Durchmessers aus dem gleichen Stahlband wie in Beispiel 1 hergestellt. Die an den Stoßkontaktflächen der

Seitenkanten des Stahlbands gebildete Nut bzw. Rille besaß wiederum die Form gemäß F ig. 4 A. Die Innen- und Außenschweißvorgänge längs dieser Nut bzw. Rille wurden unter den ir; folgenden angegebenen Bedingungen durchgeführt:

1. Abbrandelekiroden: Drei hintereinander angeordnete Abbrandelektroden in Form einer vorlaufenden Elektrode für das Schutzgas-Vorschweißen und zweier nachlaufender Elektroden für das Unterpulver-Nachschweißen.

2. Elektrodendurchmesser: 4,0 mm.

3. Abstand zwischen den Abbrandelektroden:

a) Abstand zwischen vorlaufender Elektrode und erster nachlaufender Elektrode: Strecke entsprechend einer Wickelumdrehung.

b) Abstand zwischen den beiden nachlaufenden Elektroden: 20 mm.

4. Schweißstrom:

a) vorlaufende Elektrode: 800 A Gleichstrom

b) erste nachlaufende Elektrode: 800 A Gleichstrom

c) zweite nachlaufende Elektrode: 600 A Wechselstrom.

5. Schweißstromspannung:

a) vorlaufende Elektrode: 27 V

b) erste nachlaufende Elektrode: 28 V

c) zweite nachlaufende Elektrode: 35 V.

6. Schweißgeschwindigkeit: 1000 mm/min.

7. Schweißposition:

a) Innenschweißposition (gemäß Definition nach jo Beispiel 1):

1. vorlaufende Elektrode: 0 mm

2. erste nachlaufende Elektrode: 60 mm

3. zweite nachlaufende Elektrode: 40 mm.

b) Außenschweißposition (gemäß Definition nach κ Beispiel 1):

1. vorlaufende Elektrode: 70 mm

2. erste nachlaufende Elektrode: 120 mm

3. zweite nachlaufende Elektrode: 100 mm

8. Abschirmung von Lichtbogen und Schmelzenlache:

a) vorlaufende Elektrode: Argongas im Gemisch mit 35 Vol.-% CGyGas; Zufuhr- bzw. Durchsatzmenge 120 l/min,

b) erste und zweite nachlaufende Elektrode: Aufschmelzendes Flußmittel.

Beim Schweißen unter den oben angegebenen Bedingungen wurde ein Spiralrohr mit einer Schweißnaht erhalten, welche die Querschnittsform gemäß Fig. 5 besaß. Die Schweißnaht gemäß Fig. 5 besaß keinerlei mittige bzw. zentrale Vertiefung und eine Fehlerrate (Zahl von Fehlern pro Schweißnahtlänge) von 0,003 pro m.

Zu Vergleichszwecken wurde sodann ein weiterer Spiralrohrrohling mit demselben Durchmesser und aus demselben Stahlband wie in Beispiel 1 hergestellt. Die an den Stoßkontaktflächen der Seitenkanten des Siahlbands gebildete Nut bzw. Rille besaß dabei die Form gemäß Fig. 6 A. Hierauf wurden Innenseite und Außenseite des Rohlings längs der genannten Nut ₆n bzw. Rille nach dem herkömmlichen Unterpulverschweißve uhren unter folgenden Bedingungen geschweißt:

1. Art der Abbrandelektroden: Zwei hintereinander angeordnete Elektroden als vorlaufende und nach- _b5 laufende Elektrode.

2. Eilektrodendurchmcsser: 4,0 mm

3. Elektrodenabstand: 20 mm

4. Schweißstrom:

a) vorlaufende Elektrode: 1050 A Gleichstrom

b) nachlaufende Elektrode: 650 A Wechselstrom

5. Schweißstromspannung:

a) vorlaufende Elektrode: 28 V

b) nachlaufende Elektrode: 35 V

6. Schweißgeschwindigkeit: 800 mm/min

7. Schweißposition:

a) Innenschweißposition (gemäß obiger Definition):

1. vorlaufende Elektrode: 30 mm

2. nachlaufende Elektrode: 10 mm

b) Außenschweißposition (gemäß obiger Definition):

1. vorlaufende Elektrode: 120 mm

2. nachlaufende Elektrode: 100 mm

8. Abschirmung von Lichtbogen und Schmelzenlache: aufschmelzendes Flußmittel

Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen wurde ein Spiralrohr mit einer Schweißnaht erhalten, welche die Querschnittsform gemäß Fig. 6B besaß. Die in Fig. 6 B gezeigte, nach dem bisherigen Unterpulverschweißen hergestellte Schweißnaht besaß eine mittige Vertiefung bzw. Eindrückung von 0,5 mm und eine Fehlerrate (wie vorher definiert) von 0,01 pro m.

Der Vergleich zeigt deutlich, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schweißnähte im Vergleich zu den beim bisher üblichen Unterpulverschweißen hergestellten Schweißnähten keinerlei zentrale Eindrückung besitzen und nur sehr wenige Schweißfehler aufweisen. In den vorstehenden Beispielen 1 und 2 erfolgte das Außenschweißen am Rohrrohling nach dem Innenschweißen. Ähnlich zufriedenstellende Ergebnisse lassen sich jedoch auch im Falle der umgekehrten Schweißfolge erzielen, wenn nämlich zunächst das Außenschweißen und im Anschluß an dieses das Außenschweißen am Rohling durchgeführt werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung kann somit das Auftreten von fehlerhaften Schweißnähten aufgrund des Abwärts- und Aufwärtsschweißens, insbesondere des Abwärtsschweißens beim Innenschweißvorgang, verhindert werden, wie sie sonst bei der Herstellung von spiralnahtgeschweißtem Stahlrohr unvermeidbar sind. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung eines Spiralnahtstahlrohrs ohne Schweißfehler, wie mittige Vertiefung bzw. Eindrückung und mangelhafte Verschmelzung, mit einer hohen Schweißgeschwindigkeit von mindestens 500 mm/min.

Darüber hinaus lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem das Schutzgasschweißen als erster Schweißvorgang beim Innen- und Außenschweißen am Rohling durchgeführt wird, Schweißfehler in Form von stufenförmiger Schweißnaht und Flußmitteleinschlüssen aufgrund eines instabilen Zustands der Stoßberührungsflächen an den beiden Seitenkanten eines Stahlbands erheblich verringern. Bei dem als erster Schweißvorgang durchzuführenden Schutzgasschweißen braucht u. a. nur auf eine Eindringung der Schmelze bzw. Verschmelzung bis zu einer vorbestimmten Tiefe geachtet zu werden. Selbst wenn beim ersten Schweißvorgang mittig konkave bzw. ausgehöhlte Schweißwülstc entstehen, werden diese Schweißfehler beim anschließenden Unterpulverschweißvorgang beseitigt, so daß stets einwandfreie, nicht mit derartigen Schweißfehlern behaftete

Schweißpaste erhalten werden.

Da sich weiterhin erfindungsgemäß Flußmitteleinschlüsse in der Schweißnaht erheblich verringern lassen, kann auch die Größe der an der Gegenfläche vorgesehenen Nut bzw. Rille beträchtlich verkleinert werden, nämlich einer an der Außenfläche vorgesehenen Nut bzw. Rille, wenn der Innenschweißvorgang zuerst durchgeführt wird, bzw. einer Nut bzw. Rille an der innenfläche, wenn der Außenschweißvorgang als erster durchgeführt wird. Bisher war es dagegen notwendig, im Hinblick auf die vollständige Beseitigung von Flußmitteleinschlüssen an der jeweiligen Gegenfläche eine große Nut bzw. Rille vorzusehen. Dies bedingt aber eine größere Schweißwärmeeingabe und führt leicht zu mittig konkaven Schweißwülsten. Diese Probleme können dagegen beim erfindungsge-

mäßen Verfahren ausgeschaltet werden, weil dabei an der jeweiligen Gegenfläche nur eine kleine Nut bzw. Rille vorgesehen zu werden braucht.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin

s die Position des Schutzgasschweißvorgangs als erster Schweißvorgang von derjenigen des nachfolgenden Unterpulverschweißvorgangs in einem Abstand entsprechend einer Wickelumdrehung oder einem ganzzahligen Vielfachen einer Wickelumdrehung an- geordnet. Infolgedessen kann für den ersten und den nachfolgenden Schweißvorgang die jeweils zweckmäßigste Position ohne jede Einschränkung gewählt werden, so daß einwandfreie Schweißwülste ohne die genannten Schweißfehler geformt werden können.

is Die Erfindung bietet also einen großen industriellen Nutzwert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von spiralnahtgeschweißtem Stahlrohr, wobei ein zulaufendes Ausgangsmaterial-Stahlband spiralig bzw. schraubenförmig in Zylinderform gewickelt wird, ein zylindrischer Spiralrohr-Rohling in im wesentlichen waagerechter Lage geformt wird, indem die Seitenkanten des zulaufenden Stahlbands in Stoßberührung miteinander gebracht werden, mehrere Abbrandelektroden in Tandem- bzw. Hintereinanderanordnungin vorbestimmte Positionen nahe des tiefsten Punkts auf der Innenfläche und nahe des höchsten Punkts auf der Außenfläche des geformten Rohlings gebracht werden, wobei die Abbrandelektroden jeweils eine vorlaufende und mindestens eine nachlaufende Elektrode umfassen, und der Rohling mittels der jeweiligen hintereinandergeschalteten Elektroden bei weiter zulaufendem Stahlband kontinuierlich an Innenseite und Außenseite längs einer spiraligen Nahtlinie geschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an Innen- und Außenseite des Rohlings der Vorschweißvorgang mittels der vorlaufenden Elektroden jeweils als Schutzgasschweißung und der nachfolgende Nachschweißvorgang mittels der nachlaufenden Elektroden jeweils als Unterpulverschweißungdurchgeführt wird, daß Innen- und Außenschweißvorgang jeweils unter den folgenden Bedingungen durchgeführt werden:

(a) Abbrandelektroden: Draht bzw. Stab mit einem Durchmesser von 3-8 mm;

(b) Schweißstrom: 600-2000 A;

(c) Schweißstromspannung: 20-50 V;

(d) Zusammensetzung des Schutzgases für den Vorschweißvorgang: gasförmiges Gemisch, bestehend im wesentlichen aus einem Inertgas und mindestens 20-50 Vol.-% Kohlendioxidgas und/oder mindestens 3-10 Vol.-% Sauerstoff gas;

(e) Zufuhrmenge des Schutzgases: 70-4001/ min;

und daß das Nachschweißen in einer Position durchgeführt wird, die von der Position des Vorschweißvorgangs um eine Strecke entsprechend der Vorschubstrecke des Rohlings bei einer Wikkelunidrehung desselben oder entsprechend einem ganzzahligen Vielfachen dieser Vorschubstrecke entfernt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei hintereinander angeordnete Abbrandelektroden in Form einer vorlaufenden Elektrode für das Schutzgas-Vorschwcißen und einer nachlaufenden Elektrode für das Unterpulver-Nachschweißen als hintereinander angeordnete Abbrandelektroden verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei hintereinander angeordnete Abbrandelektroden in Form einer vorlaufenden Elektrode für das Schutzgas-Vorschweißen und zweier nachlaufender, hintereinander angeordneter Elektroden für das Unterpulver-Niichschweißcn verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorlaufende Elektrode mit Gleichstrom entgegengesetzter, d. h. positiver Po

larität gespeist wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachlaufende Elektrode mit Gleichstrom direkter, d. h. negativer Polarität gespeist wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachlaufende Elektrode mit Wechselstrom gespeist wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorlaufende Elektrode mit Gleichstrom positiver Polarität gespeist wird und daß die beiden nachlaufenden Elektroden mit Gleichstrom negativer Polarität gespeist werden.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorlaufende Elektrode mit Gleichstrom positiver Polarität gespeist wird und daß die beiden nachlaufenden Elektroden mit Wechselstrom gespeist werden.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- -'Ci kennzeichnet, daß die vorlaufende Elektrode mit Gleichstrom positiver Polarität gespeist wird, daß die erste nachlaufende Elektrode mit Gleichstrom negativer Polarität gespeist wird und daß die zweite nachlaufende Elektrode mit Wechselstrom gespeist wird.