DE3049081C2

DE3049081C2 - Rohrschweißeinrichtung

Info

Publication number: DE3049081C2
Application number: DE3049081A
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Kishi; Tugio Oyamada; Eizo Hitachi Shibato; Kenichi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1985-02-07
Also published as: JPS5691996A; CA1144787A; DE3049081A1; US4352975A

Description

— eine Beobachtungsvorrichtung mit einem Abbildungs-Fibroskop (104), so daß ein Bediener die Lage des neuen Rohrstücks (A\) relativ zu dem bereits verlegten Rohr (ia) sowie den Zustand der Verschweißung zwischen beiden beobachten kann.

Die Erfindung bezieht sich auf' eine Rohrschweißeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist üblich, mehrere Rohre in regelmäßiger Anordnung anzuordnen, um eine Vielzahl Rohre in Form eines Rohrbündels od. dgl. zu installieren.

Im Hinblick auf die Unterbringung der Rohre ist diese Rohranordnung vorteilhaft, weil der vorhandene Raum gut genutzt wird. Andererseits ergibt sich bei einer solchen Anordnung das Problem, daß der Einbau, Reparaturen u. dgl. schwierig sind, weil die Arbeiten in einem sehr begrenzten Raurr durchgeführt werden müssen.

Wenn an einem Teil des Rohrbündels, das aus einer Vielzahl mit hoher Dichte angeordneter Rohre besteht, ein Fehler auftritt, wird das defekte Rohrstück durchschnitten und entfernt, und ebenso werden benachbarte Rohre durchschnitten und entfernt, um die Fehlerstelle für die Schweißvorrichtung zugänglich zu machen; dabei werden dann die Rohre nacheinander durch Anschweißen neuer Rohrstücke repariert.

Diese Reparaturarbeiten sind sehr zeitaufwendig und schwierig durchzuführen.

Insbesondere umfassen sie folgende Schritte:

a) Abschneiden normaler oder fehlerfreier Rohre,

b) Abschneiden des fehlerhaften Rohrs,

c) Abtransport der abgeschnittenen Rohrstücke,

d) Fertigung und Abkanten neuer Rohrstücke entsprechend den Längen und Formen der abgeschnittenen Rohrstücke,

e) Abkanten des abgeschnittenen Teils der vorhandenen oder verlegten Rohre,

f) Transportieren der neu hergestellten Rohrstücke,
g) Positionieren der neu gefertigten Rohrstücke relativ zu den vorhandenen Rohren, utid

h) Verschweißen der neu gefertigten Rohrstücke mit den vorhandenen Rohren.

Die Erneuerung der Rohre kann mit dem vorstehend angegebenen Verfahren erfolgen, wenn die um die Rohranordnung herrschende Atmosphäre einen Zutritt von Arbeitern erlaubt. Wenn aufgrund der vorhandenen Atmosphäre jedoch der Zugang nicht möglich ist, z. B.

im Fall der Verrohrung in einem Kernkraftwerk, wobei sich das Problem einer hohen Strahlendosis für die Arbeiter stellt, ist es beinahe unmöglich, den oben erläuterten Verfahrensablauf für die Reparatur von Rohren anzuwenden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine geeignete Einrichtung zu verwenden, die in den begrenzten Raum eintreten kann und fernsteuerbar ist, um so die Rohre zu reparieren. Bei diesem Verfahren stellt sich jedoch das Problem der Zuverlässigkeit, insbesondere in Verbin-

BO dung mit dem Positionieren der neuen Rohrstücke relativ zu den vorhandenen Rohren und in Verbindung mit der Verschweißung zwischen den neu gefertigten Rohrstücken und den vorhandenen Rohren.
Aus dem DE-Gbm 66 01 101 ist eine Vorrichtung zum Ausrichten und Zentrieren von zu verschweißenden Rohrleitungsteilen bekannt, die zwei zangenförmige Spanneinheiten mit hydraulischen Antriebseinrichiungen aufweist, wobei beide Spanneinheiten mittels Ge-

lenkstreben und Hebelpaaren zum Zentrieren zweier Rohre zueinander verstellbar ausgeführt sind.

Die SE-PS 1 79 419 beschreibt eine Vorrichtung zum Vei-schweißen von Rohren, die aus einem axial beweglichen und axial feststellbaren Einspannrinj besteht, um den ein Brenner bzw. Schweißelektrodenhalter herumbewegt wird, um einen zentrierten Rohrstoß zu verschweißen.

Aus der GB-PS 944 451 ist ferner eine Vorrichtung zum Haltern von Schweißelektroden bekannt, die aus einem an einem Rohr feststellbaren Einspannring besteht, um den der Elektrodenhalter herumbewegt wird, um einen zentrierten Rohrstoß zu verschweißen.

Horizontal und vertikal verfahrbare Geräteträger für Schweißgeräte zum Verschweißen z. B. von Rohren sind in dem Handbuch der Schweißtechnik von Rüge, Springer-Verlag 1974, S. 375 beschrieben.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden die verlegten Rohre durch das Gewicht der Rohrschweißeinrichtung und durch andere von dieser herrührende Kräfte beansprucht.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Rohrschweißeinrichtung, die die Verschweißung der Rohrstücke mit den vorhandenen Rohren durchführt, wobei die Rohrstücke relativ zu den vorhandenen Rohren korrekt positioniert werden, ohne die verlegten Rohre durch das Gewicht der Einrichtung und durch andere von dieser herrührenden Kräfte zu beanspruchen.

Diese Aufgabe wird bei einer Rohrschweißeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit den im Kennzeichen beschriebenen Merkmalen gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rohrschweißeinrichtung beschrieben.

Durch die Erfindung wird also eine bewegliche Schweißeinrichtung angegeben, die an einem Manipulator montiert ist und sich für die Reparatur von Rohren durch Schweißen eignet. Die Einrichtung umfaßt eine erste Spannvorrichtung zum Einspannen eines bereits verlegten Rohrs, eine zweite Spannvorrichtung zum Einspannen eines neuen Rohrstücks, das mit dem bereits verlegten Rohr zu verschweißen ist, eine Vorrichtung zum Verschieben der zweiten Spannvorrichtung parallel zu der die Längsachse enthaltenden Vertikalebene, eine Vorrichtung zum Verschieben der zweiten Spannvorrichtung senkrecht zu der die Längsachse enthaltenden Ebene, und «ine Brennerdrehvorrichtung, die längs dem Äußeren des eingespannten Rohrs bewtgbar ist.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 Ansichten der Rohrschweißeinrichtung nach der Erfindung im Betrieb;

F i g. 3 eine Gesamtansicht der Einrichtung nacii der Erfindung;

F i g. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeils IV-IV von Fig.3;

F i g. 5 eine Schnittansich· einer Vorrichtung zum Einspannen eines bereits verlegten Rohrs, sowie einer Schweißbrenner-Rotationsvorrichtung;

Fig.6 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Festspannen eines neuen Rohrstücks und einer Vorrichtung zum Positionieren des neuen Rohrstücks in Horizontalrichtung senkrecht zu der die Achse des bereits verlegten Rohrs enthaltenden Vertikalebene;

F i g. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeils VII-VII von Fig. 5, wobei insbesondere eine Wurzelspalt-Einstellvorrichtung und die vorgenannte Einrichtung zum Positionieren des neuen Rohrstücks in Horizontalrichtung senkrecht zu der Vertikalebene-Achse des bereits verlegten Rohrs gezeigt sind;

F i g. 8 eine Einzelheit des Abschnitts VIII in F i g. 7;

F i g. & eine Ansicht in Richtung des Pfeils IX-IX nach Fig. 5;

Fi g. 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeils X-X nach Fig.7;

F i g. 11 eine scherhatische Vorderansicht einer automatischen Schweißmaschine:

F i g. 12 eine Schnittansicht einer Puffervorrichtung; F i g. 13 ein Systemdiagramm einer Kontrolleinheit;

Fig. 14 eine Draufsicht die den Verbindungszustand zwischen der Einrichtung nach der Erfindung und Rohren zeigt; und

Fig. 15 ein Ablaufdiagramm der mit der Einrichtung durchgeführten Arbeiten.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Schweißmaschine 2, die zum Verschweißen eines neuen Rohrstücks A\ mit einem bereits verlegten Rohrstück la an den Stellen B\ und C\ angeordnet ist. Weitere Rohre 16—e sind an Stellen B₂, C₂- B₅ und C$ abgeschnitten.

Für die Reparatur des Rohrs la mit der Maschine nach der Erfindung müssen die bereits verlegten Rohre la und Xb- Ie an Stellen B_x, C\ und B₂, C₂-Bs, C₅ abgeschnitten werden und neue Rohrstücke A\ und A₂- As müssen mit den bereits verlegten Rohren verschweißt werden; es ist aber nicht erforderlich, die in Fig.2 gezeigten fehlerfreien Rohrabschnitte D abzuschneiden.

Die Schweißmaschine 2 ist auf dem Oberende einer Welle 4 montiert, die von einem Motor 3 angetrieben wird und auf- und abbewegbar ist. Der Motor 3 ist auf einem Stützabschnitt 7 befestigt, an dem eine Kugelumlaufspindel 6 befestigt ist, die von einem weiteren Motor 5 drehgetrieben wird, so daß der Motor 5 während der Rotation der Kugelumlaufspindel 6 längs einem Manipulator 8 auf- und abbewegt wird. Ein Relaiskasten 105 einer Beobachtungsvorrichtung 15 ist an dem Stützabschnitt 7 befestigt. Der Manipulator 8 ist auf einem Förderwagen 203 befestigt, der seinerseits auf einem Unterwagen 202 montiert und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Unterwagens 202 bewegbar ist. Der Unterwagen 202 selbst ist auf einer Schiene 201 verfahrbar, die an den Wandungen eines Gehäuses od. dgl. befestigt ist. Damit ist der Manipulator 8 in einer Horizontalebene durch Fernsteuerung des Förderwagens 203 und des Unterwagens 202 überall hin bewegbar.

Wie aus den F i g. 3 und 4 hervorgeht, umfaßt die Schweißmaschine 2 eine erste Vorrichtung 9 zum Einspannen eines bereits verlegten Rohrs la (diese Vorrichtung wird als erste Spannvorrichtung bezeichnet), eine zweite Vorrichtung 10 zum Einspannen des neuen Rohrstücks A\, das einzusetzen und zu verschweißen ist (diese Vorrichtung wird als zweite Spannvorrichtung bezeichnet), eine Schweißspalt-Einstellvorrichtung 11, die eine Einstellung des Schweißspalts durch Verschieben des neuen Rohrstücks A\ relativ zu dem verlegten Rohr Xa in Längsachsrichtung des letzteren bewirkt, eine Horizontal-Positioniervorrichtung 12, die das neue Rohrstück A\ relativ zu dem verlegten Rohr la in Horizontalrichtung senkrecht zu der Vertikalebene, die die Längsachse des verlegten Rohrs la enthält, positioniert. Eine Vertikal-Positioniervorrichtung 13, die das neue Roh-stück A\ relativ zu dem verlegten Rohr la parallel zu der Vertikalebene, die die Längsachse des verlegten Rohrs Xa enthält, positioniert, eine Schweißbrenner-Drehvorrichtung 14, die zwei entgegengesetzt zueinander angeordnete Schweißbrenner aufweist und diese um

das Rohr drehen kann, eine Puffervorrichtung 16, die einen Bruch der Schweißmaschine verhindert, wenn diese auf ihrem Weg zu dem erwünschten Abschnitt in dem Satz Rohre auf ein Hindernis trifft, und eine Beobachtungsvorrichtung 15 mit einem Abbildungs-Fibroskop und einer Überwachungseinheit zum Beobachten der Schweißspalt-Einstellvorrichtung 11, der Horizontal-Positioniervorrichtung 12 und der Vertikal-Positioniervorrichtung 13 sowie der um diese Vorrichtungen angeordneten Abschnitte.

F i g. 5 zeigt im einzelnen die erste Spannvorrichtung 9 zum Einspannen des verlegten Rohrs. Die Spannvorrichtung 9 besteht aus einem Hydraulikzylinder 20, einem Arm 21, einer Einspannklaue 22, einem Rahmen 23, einem den Arm 21 und einen Kolben 24 verbindendes Gelenk 25, sowie Gelenke 26,27, die den Arm 21 und die Einspannklaue 22 verbinden.

Zum Einspannen des verlegten Rohrs la wird die Unterseite des Zylinders 20 mit Hydraulikfluid beaufschlagt, um den Kolben 24 aufwärts zu verschieben, so daß der Arm 21 wie eine Kurbel wirkt und die Spannklaue 22 um einen Drehpunkt, der durch das Gelenk 27 gebildet ist, schwenkt, so daß das verlegte Rohr la eingespannt wird. Zur Freigabe des verlegten Rohrs wird die Oberseite des Kolbens 24 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, so daß der Kolben nach unten verschoben wird.

F i g. 6 zeigt im einzelnen die zweite Einspannvorrichtung 10 für das neue Rohrstück. Die zweite Einspannvorrichtung 10 umfaßt einen Hydraulikzylinder 28, einen Kolben 29, einen mit dem Kolben 29 verbundene Einspannklaue 30, einen Zapfen 31, über den die Einspannklaue 30 beweglich an einem Rahmen 33 gehaltert ist, und ein Einspanneiement 34, das an der Einspannklaue 30 mit einem Bolzen 35 über eine Feder 32 befestigt ist. Der Kolben 29 und die Einspannklaue 30 sind relativ zueinander beweglich verbunden, und zwar durch einen Kugelabschnitt 30a an der Einspannklaue 30 und eine Nut 29a, die so ausgebildet ist, daß sie das Kugelgelenk 30a umgibt und in dem Kolben 29 gebildet ist Das Ende des Spannelements 34 zum Festlegen des neuen Rohrstücks A\ hat kreisrunde ebene Form und ist an der Einspannklaue 30 mit dem Bolzen über die Feder 32 gesichert

Die Feder 32 wirkt als Puffer und schützt die Einspannvorrichtung 10 in bezug auf eine übermäßig große äußere Kraft

Zum Einspannen des neuen Rohrstücks A\ wird Drukköl in den Hydraulikzylinder 28 von dessen linker Seite eingeleitet, so daß der Kolben 29 nach rechts verschoben wird. Infolgedessen wird die Einspannklaue 30 um den Drehzapfen 31 in eine solche Richtung bewegt, daß er das neue Rohrstück A\ so druckbeaufschlagt daß dieses von dem Einspannelement 34 festgehalten wird. Zürn Lösen dieser Verbindung wird die rechte Seite des Zylinders 28 mit Drucköl beaufschlagt, so daß der Kolben 29 nach links verschoben und damit das Rohr freigegeben wird.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig.6—8 die Schweißspalt-Einstellvorrichtung 11 näher erläutert.

Die Schweißspalt-Einstellvorrichtung 11 umfaßt einen Motor 36, eine Welle 37, Wellen 38,39, Kegelräder 40, 41, Geradstirnräder 42, 43, eine Welle 44 und eine Buchse 45. Der Motor 36 ist an dem Hauptteil 46 der Schweißmaschine festgelegt Ein Ende der Welle 38 ist über ein Universalgelenk mit einem Ende der Welle 37 verbunden, deren anderes Ende wiederum über ein weiteres Universalgelenk mit der Welle 39 verbunden ist. Das Kegelrad 40 ist mit dem anderen Ende der Welle 39 verbunden. Der am Hauptteil 46 der Schweißmaschine befestigte Motor 36 ist zwar nicht beweglich, aber der die Wellen 38 und 39, auf die das Drehmoment des Motors 36 übertragen wird, halternde Rahmen 33 ist horizontal in Richtung der Längsachse der Welle 44 durch die Schweißspalt-Einstellvorrichtung 11 verschiebbar. Die Universalgelenke werden verwendet, um auch dann die Energieübertragung zu ermöglichen, wenn die Wellen 37 und 38 infolge der Bewegung des Rahmens 33 in bezug aufeinander versetzt sind.
Das Geradstirnrad 42 ist einstückig an dem Kegelrad

41 festgelegt und kämmt mit dem Geradstirnrad 43, das von dem Hauptteil 47 der Vertikal-Positioniervorrichiuiig geha'tert ist, die, wie bereits erwähnt, das neue Rohrstück relativ zu dem verlegten Rohr in einer Richtung parallel zu der Vertikalebene, die die Längsachse des verlegten Rohrs la einschließt, positioniert. Das andere Ende des Geradstirnrads 43 weist ein Schraubengewinde auf, das in einen Gewindeabschnitt 48 des Rahmens 33 der zweiten Spannvorrichtung 10 geschraubt ist.
Das eine Ende der Welle 44 ist mit dem Hauptteil 47 der Einstellvorrichtung mit einer Mutter 49 verbunden, während das andere Ende an dem Rahmen 33 über die Buchse 45 gehaltert ist. Die Funktionsweise der Schweißspalt-Einstellvorrichtung U ist wie folgt. Das Abtriebsdrehmoment des Motors 36 wird auf das Kegelrad 41 über die Wellen 37,38 und 39 übertragen, so daß das mit dem Kegelrad 41 einstückige Geradstirnrad

42 ebenfalls gedreht wird und das damit kämmende Geradstirnrad 43 in Rotation versetzt. Die Drehbewegung des Geradstirnrads 43 bewirkt wiederum durch die Buchse 45 eine Verschiebebewegung des Rahmens 33 längs der Welle 44. Während sich der Rahmen 33 in Richtung der Längsachse des verlegten Rohrs la bewegt, wird der Spalt zwischen den abgeschrägten Schweißkanten des neuen Rohrstücks A\ und des verlegten Rohrstücks 1 eingestellt

Anschließend wird die Horizontal-Positioniervorrichtung 12 zum Positionieren des neuen Rohrstücks relativ zu dem verlegten Rohr la senkrecht zu der die Längsachse des verlegten Rohrs enthaltenden Vertikalebene unter Bezugnahme auf F i g. 6 erläutert. Die Horizontalpositioniervorrichtung 12 umfaßt einen Motor 50, eine Welle 51, Geradstirnräder 52, 53, eine Welle 54, eine Rolle 55 und eine U-Nut 56. Der Motor 50 ist am Hauptleil 46 der Schweißmaschine festgelegt und die Welle 52 ist damit gekoppelt. Das auf dem Ende der Welle 51 festgelegte Geradstirnrad 52 kämmt mit dem Geradstirnrad 53, an dem die Weile 54 befestigt isi, deren eines Ende ein Gewinde aufweist, das in eine Gewindebohrung der Rolle 55 geschraubt ist Die horizontal angeordnete ständerartige Rolle 55 ist in der U-Nut 56 angeordnet die einen rechteckigen Längsschnitt und einen U-förmigen Querschnitt aufweist und in dem Rahmen 33 der Spannvorrichtung 10 ausgebildet ist Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist ist die U-Nut 56 unter einem vorgegebenen Winkel zur Welle 54 geneigt

Die Horizontal-Positioniervorrichtung 12 wird von dem Motor 50 getrieben, dessen Abtriebs-Drehmoment auf die Welle 54 über die Geradstirnräder 52 und 53 übertragen wird. Während die Welle 54 umläuft wird die mit einer Schraube festgelegte Rolle 55 aufwärts bewegt so daß die U-Nut 56 durch die Kraft der Rolle 55 nach oben bewegt wird. Infolgedessen wird das neue Rohrstück At, das um den durch die Welle 44 gebildeten

Drehpunkt eingespannt ist, zum Arm 30 längs einer gekrümmten Bahn bewegt. Während die Rolle 55 in der U-Nut 56 auf- und abbewegt wird, wird das neue Rohrstück A\ um den durch die Welle 44 gebildeten Drehpunkt bewegt.

Das neue Rohrstück A\ wird längs einer gekrümmten Bahn bewegt. Da jedoch die erforderliche Justierung in der Horizontallage des neuen Rohrstücks nicht so groß ist, ist die Winkelverschiebung um den durch die Welle 44 gebildeten Drehpunkt sehr klein. Damit kann die Bewegung des neuen Rohrstücks A\ als praktisch linear angesehen werden.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fi g. 5 und 7 die Vertikal-Positioniervorrichtung 13 erläutert, die das neue Rohrstück relativ zu dem verlegten Rohr parallel zu der die Längsachse des verlegten Rohrs enthaltenden Vertikalebene positioniert.

Die Vertikal-Positioniervorrichtung 13 umfaßt einen Motor 57, eine Welle 58, Geradstirnräder 59,60 und 61 sowie eine Welle 62. Der Motor 57 ist an dem Hauptteil 46 der Schweißmaschine festgelegt, und eine Welle 58 ist direkt mit dem Motor verbunden. Das auf dem Ende der Welle 58 festgelegte Geradstirnrad 59 kämmt mit Geradstirnrädern 60 und 61. Die an einem Ende mit dem Geradstirnrad 61 verbundene Welle 62 weist an ihrem anderen Ende ein Gewinde auf, das in die Gewindebohrung geschraubt ist, die in dem Hauptteil 57 der Einstellvorrichtung gebildet ist.

Beim Betrieb der Vertikal-Positioniervorrichtung 13 wird das Geradstirnrad 59 von dem Motor 57 getrieben und treibt die Geradstirnräder 60 und 61. Die Welle 62 wird infolge der Umlaufbewegung des Geradstirnrads 61 getrieben so daß der Hauptteil 47 der Einstellvorrichtung, der mittels des Gewindes gekoppelt ist, parallel zu der Vertikalebene, die die Längsachse des verlegten Rohrs la enthält, bewegt wird, während er von dem Rahmen 23 geführt wird.

Da die zweite Einspannvorrichtung 10 an dem Hauptteil 47 über die Achse 44 befestigt ist, bewirkt die Bewegung des Einstellvorrichtungs-Haupt teils 47 parallel zu der Vertikalebene eine Parallelverschiebung der Einspannvorrichtung 10, wodurch die Korrektur der Fehlpositionierung zwischen den Schweißkanten des in der ersten Spannvorrichtung 9 eingespannten verlegten Rohrstücks la und den Schweißkanten des neuen Rohrstücks /4i parallel zu der Vertikalebene erfolgt.

Unter Bezugnahme auf die Fig.5, 9 und 10 wird nachstehend die Brennerdrehvorrichtung 14 erläutert Diese umfaßt einen Motor 63, eine Welle 64, Geradstirnräder 65 und 66, eine Welle 67, Kegelräder 68 und 69, Geradstirnräder 70 und 71, ein C-förmiges Zahnrad

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Der Motor 63 ist mit der Welle 64 verbunden und an dem Hauptteil 46 der Schweißmaschine festgelegt Das auf dem Ende der Welle 64 festgelegte Geradstirnrad 65 kämmt mit dem auf der Welle 67 festgelegten Geradstirnrad 66. Das andere Ende der Welle 67 trägt das daran befestigte Kegelrad 68, das mit dem Kegelrad 69 kämmt mit dem das Geradstirnrad 70 einstückig verbunden ist Das Geradstirnrad 70 kämmt mit dem Geradstirnrad 71, das seinerseits mit dem C-förmigen Zahnrad 72 kämmt Die Brennerhalteplatte 73, die an dem C-förmigen Zahnrad 72 festgelegt ist trägt zwei Brennerhalter 74 in den Winkelstellungen von 90° und 270°, also mit einem Winkelabstand von 180°.

Nachdem das neue Rohrstück Ai relativ zu dem verlegten Rohr la so positioniert ist daß die Schweißkanten zwischen den gegenüberliegenden Enden beider Rohre in den vorbestimmten Bereich fallen, und zwar mit Hilfe des Zusammenwirkens der Vertikal-Positioniervorrichtung 13, der Honzontal-Positioniervorrichtung 12 und der Schweißspalt-Einstellvorrichtung 11, arbeitet die Brennerdrehvorrichtung 14 und führt ein provisorisches Verschweißen in den Winkellagen von 90° und 270° entsprechend F i g. 10 mittels der Brenner

75 aus. Dann wird die Brennerhalteplatte 73 um 180° gedreht, so daß das provisorische oder Heftschweißen in den Winkelstellungen von 180° und 360° erfolgt.

Nach dem Heftschweißen an vier gleichbeabstandeten Punkten in Umfangsrichtung wird der Gesamtumfang mittels der Brenner 75 verschweißt.

Die Brennerdrehvorrichtung 14 überträgt das Drehmoment des Motors 63 auf das Geradstirnrad 65 über die Welle 54, so daß das C-eradstirr.rad 66 getrieben wird, das mit dem Geradstirnrad 65 kämmt, so daß das auf der Welle 67 festgelegte Kegelrad 68 und damit das Kegelrad 69 gedreht werden.

Infolgedessen werden das mit dem Kegelrad 69 einstückige Geradstirnrad 70 und somit das mit dem Geradstirnrad 70 kämmende Geradstirnrad 71 gedreht und bewirken den Drehantrieb des C-förmigen Zahnrads 72. Infolgedessen wird die an dem C-förmigen Zahnrad befestigte Brennerhalteplatte 73 gedreht und dreht wiederum die Brennerhalter 74. Die Brenner (Schweißelektroden) 75 führen dann das Heftschweißen in den Winkelstellungen von 90°, 270°, 180° und 360° aus, und dann werden die Brenner 75 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und vervollständigen das Verschweißen über den Gesamtrohrumfang.

Falls das Verschweißen mit einer Schweißmaschine mit Drahtvorschub durchzuführen ist, erfolgt das Verschweißen über den Gesamtumfang mit einer automatisehen Schweißmaschine, die an einem anderen Manipulator montiert ist, nachdem das Heftschweißen an vier Stellen mittels der Brennerdrehvorrichtung 14 erfolgt ist.
F i g. 11 zeigt ein Beispiel der automatischen Schweißmaschine. Die automatische Schweißmaschine

76 umfaßt einen Schweißkopf 77 mit einer U-förmigen Ausnehmung, eine drehbare Platte 78, einen Gabelarm 80, der drehbar an der drehbaren Platte 78 mittels des Zapfens 79 befestigt ist, eine Profilrolle 81, die längs dem

Äußeren des verlegten Rohrs la abrollt und drehbar an dem Gabelarm 80 angeordnet ist, eine an der drehbaren Platte 78 befestigte Feder 82, die die Profilrolle 81 beaufschlagt einen Brenner 84, der an einer Brennerstelleinheit 83 befestigt ist die betriebsmäßig mit der Profilrolle 81 verbunden ist und Argongas auf die Schweißstelle und das Drahtvorschubglied 85 bläst, eine Stelleinheit 86 zum Einstellen des Drahtvorschubgüeds 85, ein Schweißdrahtkabel 87, ein Stromkabel 88, Kabelvorschubrollen 89 und 90, ein Drahtvorschubkabel 91, eine Drahtvorschubeinheit 92, einen Motor 93, eine Drahtrolle 94 und einen Druckluftzylinder 96 zum Betätigen der Spannelemente 95. Die drehbare Platte 78 ist mit Hilfe von miteinander kämmenden Schneckenrädern (nicht gezeigt) im Uhrzeiger- und im Gegenuhrzeigersinn drehbar.

Die automatische Schweißvorrichtung 76 arbeitet wie folgt: Nach dem Bewegen der Schweißvorrichtung 76, die an dem Manipulator montiert ist an die erwünschte Stelle wird das verlegte Rohr Xa von den Spannelemen-

ten 95 mittels des Druckzylinders 96 festgespannt Dann aktiviert der Motor 93 die Drahtvorschubeinheit 92, und dem Brenner 84 wird Strom durch das Netzkabel 88 zugeführt Dann wird der Draht mittels des Drahtkabels

91 vorgeschoben, um das Schweißen zu beginnen, so daß das Schneckenrad (nicht gezeigt) gedreht wird, um die Profilrolle 81 längs dem Äußeren des verlegten Rohrs la abzurollen. Infolgedessen führt der betriebsmäßig mit der Profilrolle 81 verbundene Drahtvorschubteil 85 den Draht zu, der durch den Lichtbogen, der mittels des Brenners 84 erzeugt wird, der ebenfalls betriebsmäßig mit der Profilrolle 81 verbunden ist, in Anwesenheit des auf die Schweißstelle geblasenen Argongases geschmolzen wird, so daß die Verbindungsstelle zwischen dem verlegten Rohr Xa und dem neuen Rohrstück A\ über den Gesamtumfang der Rohre vollständig verschweißt wird.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fi g. 12 die Puffervorrichtung 16 erläutert. Die Puffervorrichtung 16 umfaßt einen Rahmen 97, der an dem Manipulator 8 befestigt und daran abgestützt ist, eine Feder 100, die in einer Ausnehmung 98 des Rahmens 97 liegt und von einem Rahmenteil 99 mit einer gleichbleibenden Kraft beaufschlagt wird, Federn 102, die auf vier Stiften 101 am Rahmen 97 gesichert sind und von dem Rahmenteil 99 mit einer Konstantkraft belastet werden, und ein Kugellager 103, das an dem Rahmenteil 99 gesichert ist.

Angenommen, daß auf die Schweißvorrichtung eine vertikale externe Kraft einwirkt, wenn die Schweißvorrichtung in das Rohrbündel bewegt wird, und zwar durch Berührung mit umgebenden Aufbauten, so wird der Stoß von der Feder 100 aufgenommen, die infolge dieser vertikalen äußeren Kraft zusammengedrückt wird, so daß die Schweißvorrichtung bruchgeschützt ist. Wenn die äußere Kraft in seitlicher Richtung einwirkt, wird die Schweißvorrichtung entgegengesetzt zu der Wirkrichtung dieser Kraft verschwenkt, während die Federn 102 auf der der Krafteinwirkung gegenüberliegenden Seite zusammengedrückt werden, d. h, auf der Seite, nach der sich die Schweißvorrichtung neigt, so daß die Schweißvorrichtung wiederum gegen Beschädigung geschützt ist. Selbstverständlich nimmt die Schweißvorrichtung die Ausgangslage wieder ein, sobald die äußere Kraft nicht mehr einwirkt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 10,13 und 14 wird die Beobachtungsvorrichtung 15 erläutert Um die Justierung der Schweißkanten sowie den Schweißvorgang mittels Fernsteuerung auszuführen, muß die Beobachtungsvorrichtung 15 eingesetzt werden, die die Arbeiten anstelle des Bedieners beobachtet Für einfache Beobachtungszwecke kann eine normale Fernsehkamera als Beobachtungsvorrichtung benutzt werden. Wenn jedoch der zu beobachtende Raum begrenzt ist wie dies bei der Beobachtung der Schweißkanten-Ausrichtung von Rohren mit kleinem Durchmesser der Fall ist, kann infolge des knappen Raums keine normale Fernsehkamera eingesetzt verden. In einem solchen Fall ist es ratsam, ein Abbildungsfibroskop 104 zu verwenden, das hinreichend biegsam und klein ist

Daher umfaßt die Beobachtungsvorrichtung 15 nach der Erfindung ein Abbildungsfibroskop 104 zur Beobachtung des Schweißzustands sowie der Ausrichtung der Schweißkanten, einen Relaiskasten 105 und eine Überwachungseinheit 106. Der Relaiskasten 105 umfaßt ein Filter 107, eine Lichtquelle 108, eine Fernsehkamera 109 und eine Stromversorgung 110 für die Kamera 109. Die Überwachungseinheit 106 besteht aus einem Überwachungs-Fernsehgerät 111, einer Kamerasteuereinheit 112 und einem Zeilengenerator 113.

Das Abbildungsfibroskop 104 von Fig. 10 ist ortsfest an dem Rahmen 33 montiert, so daß die vier Schweißpunkte, d. h. die Punkte der Winkellagen 90°, 180°, 270° und 360°, auf dem Umfang der Schweißkante beobachtet werden können.

Der Relaiskasten 105 ist an dem Manipulator 8 befestigt, während die Überwachungseinheit 106 an einer Beobachtungsstation vorgesehen ist, die in einer Entfernung von der Schweißmaschine liegt. Es ist möglich, den Schweißzustand des Gesamtumfangs dadurch zu beobachten, daß mehrere Fibroskope 104 über den Schweißkopf 77 der Schweißmaschine 76 von Fig. 11 befestigt

to werden. In diesem Fall ist der Relaiskasten 105 an dem die automatische Schweißmaschine 76 tragenden Manipulator befestigt.

Die Beobachtung erfolgt in der unter Bezugnahme auf die Fig. 13 und 14 erläuterten Weise. Wenn die Schweißstelle vor dem Schweißen nicht ausreichend hell ist, wird die Schweißstelle von der Lichtquelle beleuchtet. Daher wird die Abbildung der zu beobachtenden Stelle, d. h. der vier Punkte, an denen das Schweißen erfolgen soll, durch das Abbildungsfibroskop 104, das Fiiter 107, die Fernsehkamera 109 und die Kamerasteuereinheit 112 übertragen und auf dem Überwachungs-Fernsehgerät der Überwachungseinheit 106 in größerem Maßstab abgebildet. In diesem Zustand werden der Schweißspalt, die horizontale Verschiebung und die vertikale Verschiebung durch den Zeilengenerator 113 erfaßt, und es wird entschieden, ob der Schweißspalt und die Verschiebungen innerhalb von Toleranzbereichen liegen. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, wird mit dem Schweißen begonnen. Der Schweißspalt A und die Verschiebung h werden zweckmäßigerweise vorher nach Maßgabe des Rohrdurchmessers festgelegt.

Da während des Heftschweißens und des Schweißens über den Gesamtumfang ein Lichtbogen erzeugt wird, macht die Beobachtung des Lichtbogenerzeugungszustands einen Austausch oder Wechsel des Filters 107 erforderlich.

Die Positionierung des neuen Rohrstücks A\ relativ zu dem verlegten Rohr la sowie das Verschweißen beider wird wie folgt ausgeführt.

Die Schweißvorrichtung 2 wird, während die Kugelumlaufspindel 6 von dem Motor 5 gedreht wird, auf- und abbewegt. Der Motor 3 wird in der erforderlichen Weise betätigt, um die Welle 4 vertikal zu treiben und sie hin- und herzudrehen. Während dann die Fernsteuerung des Manipulators 8 erfolgt, wird die Schweißvorrichtung 2 in den engen Raum in dem Rohrbündel eingeführt, wobei das neue Rohrstück A\ von der zweiten SpannvorrichtunglO eingespannt gehalten ist. Wenn die Schweißvorrichtung 2 die vorbestimmte Stellung erreicht, wird das bereits verlegte Rohr von der ersten Spannvorrichtung eingespannt. Der Einspannzustand ist in F i g. 14 dargestellt.

Während dann die Schweißkanten mittels der Beobachtungsvorrichtung 15 beobachtet werden, wird die zweite Spannvorrichtung i0, die das neue Rohrstück A\ hält in Vertikalrichtung parallel zu der die Längsachse des verlegten Rohrs la enthaltenden Vertikalebene und ferner in Horizontalrichtung senkrecht zu der Vertikalebene bewegt so daß eine Einstellung erfolgt um den Wurzelspalt und die Verschiebung in den Bereich innerhalb der Toleranzgrenzen 1\ und I₂ zu bringen. Wenn die Toleranzgrenzen für den Wurzelspalt und die Vertikal- und Horizontalverschiebung überschritten sind, muß die Schweißvorrichtung 2 in den Ausgangszustand zurückgebracht werden, und die Schweißkanten des neuen Rohrstücks Λι müssen nochmals entsprechend dem tatsächlich von der Überwachungseinheit 106 erfaßten Wert bearbeitet werden, woraufhin die Schweißvorrich-

tung 2 wieder in die Schweißlage in dem Rohrbündel gebracht wird.

Wenn die Istwerte für den Schwcißspalt und die Verschiebungen innerhalb der vorbestimmten Toleranzgrenzen liegen, wird das Filter 107 im Relaiskasten 105 durch ein Schweißfilter mittels einer Fernsteuerung ersetzt, so daß das Heftschweißen beobachtet werden kann. Dann erfolgt das Schweißen in den Winkellagen von 90° und 270°, während der Schweißzustand über die Beobachtungsvorrichtung 15 beobachtet wird, und anschließend wird die Brennerdrehvorrichtung 14 um 90° gedreht, so daß die Brenner 75 zu den Schweißstellen in den Winkellagen von 180° und 360° gebracht werden und an diesen Punkten ein Verschweißen erfolgt, während die Beobachtung in der gleichen Weise erfolgt, so daß an diesen vier Stellen das korrekte Positionier-Heftschweißen vervollständigt wird. Anschließend erfolgt das Schweißen über den Gesamtumfang der Rohre, und die Brenner 75 werden in die Stellungen von 90° und 270° zurückgebracht.

Nachfolgend werden das neue Rohrstück A\ und das bereits verlegte Rohr la freigegeben, und der Manipulator 8 wird gesenkt.

Falls das Schweißen mittels Drahtvorschub erfolgen muß, werden die Brenner 75 in die Winkellagen von 90° bzw. 270° zurückgebracht, nachdem das Heftschweißen an den vier genannten Stellen beendet ist, und nach der Freigabe des neuen Rohrstücks A\ und des verlegten Rohrs la wird der Manipulator 8 gesenkt, und die an dem anderen Manipulator montierte automatische Schweißvorrichtung 76 wird ferngesteuert, während das bereits verlegte Rohr la durch die Spannelemente 95 gehalten wird. Danach wird Draht zugeführt und der Brenner 84 mit Energie gespeist, so daß das Schweißen beginnt, während die Drehplatte 78 gedreht wird. Bei der Beobachtungsvorrichtung 15, die mehrere Abbildungsfibroskope 104 an dem Schweißkopf 77 aufweist, wird das Filter 107 des Relaiskastens 105 durch ein Filter für die Beobachtung des Schweißens ersetzt, so daß der Schweißzustand während des Schweißvorgangs über den Gesamtumfang beobachtet werden kann. Nach Beendigung des Schweißvorgangs geben die Spannelemente 95 das neue Rohrstück frei, und der Manipulator wird gesenkt, womit das Schweißen beendet ist.

Der obige Verfahrensablauf wird noch besser verständlich, wenn die vorstehende Erläuterung in Verbindung mit dem Ablaufdiagramm von Fig. 15 gelesen wird.

Bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfinduing erfolgt das Heftschweißen des Rohrstücks A\ mit dem bereits verlegten Rohr la nur an vier Stellen jedes Endes des neuen Rohrstücks Au denn wenn die Verschweißung vollständig an einem Ende erfolgen würde, wird die Verschiebung am entgegengesetzten Ende des neuen Rohrstücks A\ unerwünscht vergrößert, wodurch die Güte der Verschweißung verringert werden würde. Daher erfolgt das Verschweißen über den Gesamtumfang gemäß der Erfindung erst nach dem Heftverschweißen an jedem Ende des neuen Rohrstücks an vier Stellen.

In der vorstehenden Erläuterung sind nur die Spannvorrichtungen und Positioniervorrichtungen für ein Ende des neuen Rohrstücks gezeigt Es ist jedoch auch möglich, die Spann- und Positioniervorrichtungen für jedes Ende des neuen Rohrstücks vorzusehen. Damit ist es möglich, das Einrichten des Rohrstücks sowie das Verschweißen an beiden Enden des Rohrstücks gleichzeitig auszuführen. Durch dieses gleichzeitige Verschweißen wird der nachteilige Einfluß des Schweißens auf beide Rnden des Rohrsti'icks beseitigt.

Wie aus der Erläuterung hervorgeht, wird nach der Erfindung die Verschiebung zwischen dem bereits verlegten Rohr und dem neuen Rohrstück unter Fernsteuerung in einfacher Weise justiert, so daß das neue Rohrstück relativ zu dem bereits verlegten Rohr richtig positionierbar ist, um eine hohe Zuverlässigkeit der Schweißverbindung sicherzustellen. Da ferner das Verschweißen derart erfolgen kann, daß erst ein Heftschweißen an einigen Stellen und anschließend das volle Verschweißen über den Gesamtumfang erfolgt, wird die Zuverlässigkeit der Schweißverbindung weiter vorteilhaftverbessert.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrschweißeinrichtung mit einer ersten mit einem Rahmenteil und mit diesem zusammenwirkenden Einspannklaue ausgestatteten Spannvorrichtung zum Einspannen eines bereits verlegten Rohres, einer zweiten ebenfalls mit Rahmenteil und damit zusammenwirkender Einspannklaue ausgestatteten Spannvorrichtung zum Einspannen eines neuen Rohrstücks, das mit dem verlegten Rohr zu verschweißen ist, und einer Schweißvorrichtung mit mindestens einem Schweißkopf, der rings um die Außenseite der Schweißfuge bewegbar ist, wobei das Rahmenteil der ersten Spannvorrichtung auch die Schweißvorrichtung trägt, dadurch gekennzeichnet,

daß das Rahmenteil (33) der zweiten Spannvorrichtung (10) zugleich Teil einer Verschiebevorrichtung (11,12,13) ist, mit der es in Richtung der Längsachse des verlegten Rohres, ferner in Richtung senkrecht zu einer Vertikalebene durch die genannte Längsachse sowie in Richtung senkrecht zu einer Horizontalebene durch die genannte Längsachse bewegbar ist, und

daß ein Manipulator (8) vorhanden ist, der einerseits das Rahmenteil (23) sowie die Verschiebevorrichtung (11, 12, 13) trägt, andererseits mit Hilfe von Fördermitteln (202, 203, 6) gegenüber einer gebäudenfesten Unterlage in Richtung der genannten Längsachse, senkrecht zu dieser Richtung sowie in der Höhe verstellbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der drei Verschiebebewegungen des Rahmens (33) der zweiten Spannvorrichtung (10) die Verschiebevorrichtung aus drei unabhängig voneinander arbeitenden Vorrichtungen besteht, nämlich einer Schweißspalt-Einstellvorrichtung (11), einer Horizontal-Positioniervorrichtung (12) und einer Vertikal-Positioniervorrichtung (13).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen der ersten Spannvorrichtung (9) das zugehörige Rahmenteil (23) mit einer Kolben-Zylinder-Einheit (20, 24) ausgestattet ist, deren Kolben über einen Arm (21) und über zwei Gelenke (25, 26) mit der zugehörigen, als Doppelhebel ausgebildeten Einspannklaue (22) verbunden ist, und daß zum Betätigen der zweiten Spannvorrichtung (10) das zugehörige Rahmenteil (33) mit einer Kolben-Zylinder-Einheit (28, 29) ausgestattet ist, deren Kolben mit der zugehörigen, als Doppelhebel ausgebildeten Einspannklaue (30) über ein Gleitgelenk (29a, 3Oa^ verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißvorrichtung (76) von einer Antriebseinheit (93) angetrieben wird, die an einem die Schweißvorrichtung (76) tragenden Rahmenteil montiert ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Puffervorrichtung (16) zwischen der Schweißeinheit und dem Manipulator (8).

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißeinheit außerdem aufweist: