DE29920017U1 - Device for protecting welds in the root area using protective gas - Google Patents
Device for protecting welds in the root area using protective gasInfo
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Description
H.-J. Pauling Halle, 27.10.1999H.-J. Pauling Hall, October 27, 1999
Patentanwalt (Sache 99P0664)Patent Attorney (Case 99P0664)
Vorrichtung zum Schutz von Schweißnähten im Wurzelbereich unter Verwendung von SchutzgasDevice for protecting welds in the root area using protective gas
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Schweißnähten im Wurzelbereich unter Verwendung von Schutzgas (Formieren) insbesondere beim Verschweißen kreisförmiger oder zylindrischer Formteile.The invention relates to a device for protecting weld seams in the root area using protective gas (forming), in particular when welding circular or cylindrical shaped parts.
Beim Verschweißen kreisförmiger bzw. zylindrischer Formteile wie z.B. Bögen, Rohre, Abzweigungen, Reduzierungen oder Flansche, miteinander entstehen Oxidationen, welche auf den ungehinderten Zugriff des Luftsauerstoffes während des Schweißens zurückzuführen sind. Dies kann zu Qualitätseinbußen durch Zunder, Oxidschichten oder zu Korrosion und Porenbildung führen.When welding circular or cylindrical shaped parts such as bends, pipes, branches, reducers or flanges together, oxidation occurs due to the unhindered access of atmospheric oxygen during welding. This can lead to a loss of quality due to scale, oxide layers or to corrosion and pore formation.
Um den Schutz und die Formung der Unterseite von Schweißnähten an metallischen, ferritischen und austenitischen, insbesondere hochlegierten Stählen durch geeignete inerte Gase zu gewährleisten, ;muss eine weitgehend sauerstofffreie Atmosphäre geschaffen werden. Dabei ist es von großer Bedeutung, vor und während aller thermischen Bearbeitungsvorgänge, wie Heftschweißen oder Herstellen von Schweißnähten, die genannte Schutzgasatmosphäre sicherzustellen.In order to ensure the protection and shaping of the underside of welds on metallic, ferritic and austenitic steels, particularly high-alloy steels, by means of suitable inert gases, a largely oxygen-free atmosphere must be created. It is of great importance to ensure the aforementioned protective gas atmosphere before and during all thermal processing operations, such as tack welding or the production of welds.
Möglichkeiten zur Schaffung solcher sauerstofffreien Räume bestehen darin, die zu verschweißenden Bauteile in einer Vakuumkammer oder in sogenannten Formiergaskammern zu verschweißen. Hierbei werden begrenzte Räume mit Schutzgasen derart befüllt, das die Umgebungsluft aus dem Bereich von zu verschweißenden Rohren oder anderen Formteilen vollständig verdrängt bzw. eine ausreichend hohe Konzentration von Formiergas geschaffen wird.Options for creating such oxygen-free spaces include welding the components to be welded in a vacuum chamber or in so-called forming gas chambers. In this case, limited spaces are filled with protective gases in such a way that the ambient air is completely displaced from the area of pipes or other molded parts to be welded or a sufficiently high concentration of forming gas is created.
Bekannte Formiergaskammern bestehen im wesentlichen aus zwei miteinander starr oder flexibel verbundenen zylradrrschen crder-scheiheoförmigerj DJcfttelementen, anKnown forming gas chambers essentially consist of two rigidly or flexibly connected cylindrical or disk-shaped elements,
denen eine Schutzgaszufuhreinrichtung und mindestens ein Gasauslasskanal vorgesehen sind. Sie werden in den Rohren oder Formteilen so plaziert, dass sich die Fügestelle zwischen den Dichtelementen befindet. Über eine Öffnung wird dann Formiergas zugeführt und es soll durch Vermischung oder Verdrängung mit der sich in der Kammer noch befindlichen U.mgebungsluft die gewünschte Schutzgasatmosphäre entstehen. Ein erneutes Eindringen von Luftsauerstoff soll durch den im abgekammerten Bereich entstehenden Überdruck vermieden werden (vgl. DE 3728184 C2; EP 0116687; DE G9107465.7 und DE G9111285.0).which are provided with a protective gas supply device and at least one gas outlet channel. They are placed in the pipes or molded parts so that the joint is between the sealing elements. Forming gas is then supplied through an opening and the desired protective gas atmosphere is created by mixing or displacing it with the ambient air still in the chamber. The renewed penetration of atmospheric oxygen is to be prevented by the overpressure created in the chambered area (cf. DE 3728184 C2; EP 0116687; DE G9107465.7 and DE G9111285.0).
Diese Systeme haben jedoch den Nachteil, dass ein sicheres Abdichten auch durch mehrere Dichtlippen nur bedingt gegeben ist. Für starre Dichtelemente besteht zudem die Gefahr des Verkantens.However, these systems have the disadvantage that reliable sealing is only possible to a limited extent, even with multiple sealing lips. There is also a risk of jamming with rigid sealing elements.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Dichtelemente in Form aufweitbarer Körper oder Ballons bekannt (vgl. DE 2454774; SU 1745473 A1; JP 08309529 A und JP 10024367 A). In der JP 58077772 A werden ferner Dichtelemente aus hydraulisch verformbaren elastischen kugelförmigen Körpern beschrieben. Hier werden über ein separates hydraulisches Drucksystem Abdichtelemente verformt und zusätzlich Schutzgas zugeführt. Die Vorbereitungen zum Einsatz dieser Systeme gestalten sich aufwendig und zeitraubend und; es besteht auch die Möglichkeit des Austrittes von Flüssigkeiten bzw. Ölen.Furthermore, sealing elements in the form of expandable bodies or balloons are known from the prior art (cf. DE 2454774; SU 1745473 A1; JP 08309529 A and JP 10024367 A). JP 58077772 A also describes sealing elements made of hydraulically deformable elastic spherical bodies. Here, sealing elements are deformed using a separate hydraulic pressure system and additional protective gas is supplied. The preparations for using these systems are complex and time-consuming and there is also the possibility of liquids or oils leaking out.
Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Schutz von Schweißnähten im Wurzelbereich unter Verwendung von Schutzgas zu entwickeln, die universell einsetzbar ist, eine laminare Strömung des Schutzgases gewährleistet, einfach zu handhaben ist und zudem die Spülgaszeiten und Spülgasmengen gering hält.The invention specified in the protection claim is based on the problem of developing a device for protecting weld seams in the root area using protective gas, which can be used universally, ensures a laminar flow of the protective gas, is easy to handle and also keeps the purge gas times and quantities low.
Dieses Problem wird gemäß Schutzanspruch dadurch gelöst, dass die Vorrichtung aus einem oder mehreren Dichtelementen und einem Verbindungsstück besteht, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet sind:This problem is solved according to the protection claim in that the device consists of one or more sealing elements and a connecting piece, which are characterized by the following features:
a) Die Dichtelemente sind aufweitbare kugelförmige Hohlkörper aus hitzebeständigen
Polymeren undfoderElastaraeceri·. .··. .a) The sealing elements are expandable spherical hollow bodies made of heat-resistant
Polymers and for elastomers. .··. .
b) Das Dichtelement 1,1 enthält ein Eingangsventil 2 und ein weiteres Ventil 3 mit
einem Sintermetallformteil 4 und eine Gasaustrittsöffnung 5 ;b) The sealing element 1,1 contains an inlet valve 2 and another valve 3 with
a sintered metal molded part 4 and a gas outlet opening 5;
c) Das Dichtelement 1,2 weist ein Eingangsventil 6 , mit einem Sintermetallformteil 4 , auf;c) The sealing element 1,2 has an inlet valve 6 with a sintered metal molded part 4;
d) Das Verbindungsstück 7 ist rohrförmig, flexibel und in variablen Längen ausgebildet.d) The connecting piece 7 is tubular, flexible and designed in variable lengths.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht, durch einen mit Schutzgas befüllbaren abgekammerten Raum, den Schutz von Schweißnähten im Wurzelbereich und damit die Vermeidung von Anlauffarben und Qualitätseinbußen durch Zunder, Oxidschichten, Korrosion u.a.. Die neue Vorrichtung gestattet eine sichere Abdichtung und im Inneren der Kammer werden Turbulenzen des Schutzgases durch die Gestaltung der Dichtelemente vermieden. Die Vorrichtung ist so konzipiert, dass sie den Maßtolerenzen unterschiedlicher Abmessungen von Rohrleitungen und Formteilen angepasst werden kann. Neben der einfachen Handhabbarkeit werden kurze Spülzeiten erreicht. Weiterhin ist die Anwendung zusätzlicher Werkzeuge und Hilfsmittel nicht erforderlich.The device according to the invention enables the protection of weld seams in the root area by means of a chambered space that can be filled with protective gas, thus avoiding tarnishing and quality losses due to scale, oxide layers, corrosion, etc. The new device allows for secure sealing and turbulence of the protective gas inside the chamber is avoided by the design of the sealing elements. The device is designed in such a way that it can be adapted to the dimensional tolerances of different dimensions of pipes and molded parts. In addition to being easy to handle, short flushing times are achieved. Furthermore, the use of additional tools and aids is not necessary.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus dem Schutzanspruch und den daraus zu entnehmenden Merkmalen für sich und/oder in Kombination mit der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiels.Further details, advantages and features of the invention arise not only from the protection claim and the features to be derived therefrom, alone and/or in combination with the following description of an embodiment to be taken from the drawing.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles.Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment.
Es soll eine Rohrleitung mit einem üblichen Rohrbogen verschweißt werden. Die vorgesehene Schweißnaht ist in der Figur 1 mit XX gekennzeichnet.A pipeline is to be welded to a standard pipe bend. The intended weld seam is marked with XX in Figure 1.
Der Schutz der Schweißnähte im Wurzelbereich erfolgt durch einen abgekammerten Raum bestehend aus zwei Dichtelementen 1,1 und 1,2 und den Wandungen der Rohrleitung bzw. des Rohrbogens. Die Dichtelemente sind aufweitbare, kugelförmige Hohlkörper aus hitzebeständigen Elastomeren. Es können auch Hohlkörper aus hitzebeständigen ..geßiQnete.n J?olyjnere.n . yerw.end#et#< <werden. . Dabei weist dasThe protection of the welds in the root area is provided by a chambered space consisting of two sealing elements 1,1 and 1,2 and the walls of the pipeline or the pipe bend. The sealing elements are expandable, spherical hollow bodies made of heat-resistant elastomers. Hollow bodies made of heat-resistant elastomers can also be used . The
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Dichtelement 1,1 ein Eingangsventil 2 für das Schutzgas und ein weiteres Ventil 3 mit
einem Sintermetallformteil 4 und eine Gasaustrittsöffnung 5 auf. Das Ventil 3 des Dichtelementes 1,1 ist verbunden mit einem Ende eines rohrförmigen, flexiblen Verbindungsstückes 7 . Das andere Ende dieses Verbindungsstückes 7 ist über das Eingangsventil 6 mit dem Dichtelement 1,2 verbunden. Dabei weist das Eingangsventil 6 ebenfalls ein Sintermetallformteil 4 auf. Das Verbindungsstück 7 ist in variablen Längen ausgebildet und von Metallgeflecht umsponnen.Sealing element 1,1 an inlet valve 2 for the protective gas and another valve 3 with
a sintered metal molded part 4 and a gas outlet opening 5. The valve 3 of the sealing element 1,1 is connected to one end of a tubular, flexible connecting piece 7. The other end of this connecting piece 7 is connected to the sealing element 1,2 via the inlet valve 6. The inlet valve 6 also has a sintered metal molded part 4. The connecting piece 7 is designed in variable lengths and is wrapped in metal braid.
Die verwendeten Dichtelemente sind dabei im drucklosen Zustand wenige Millimeter kleiner als der Innendurchmesser der Rohrleitung und des Rohrbogens.The sealing elements used are a few millimeters smaller than the inner diameter of the pipeline and the pipe bend when not under pressure.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird wie folgt installiert und verwendet.
Zuerst wird ein Schutzgasschlauch durch eines der zu verschweißenden Teile eingeführt und mit dem Schutzgasbehälter verbunden. Nachfolgend wird über das Eingangsventil 2 das Dichtelement 1,1 mit dem Schutzgasschlauch gekoppelt. Das Dichtelement 1,2 wird durch das Verbindungsstück 7 über das Eingangsventil 6 verschraubt. Dadurch werden die Ventile 3 und 6 über einen im Schraubanschluss des Verbindungsstückes befindlichen Druckstift geöffnet. Die Formiergaskammer kann nun einfach in ausreichendem Abstand zur Schweißstelle positioniert und das Schutzgas zugeführt werden. Durch die Gaszufuhr wird in den Dichtelementen 1,1 und 1,2 ein Druck aufgebaut und sie werden .verformt bis zum sicheren Anschluss im Inneren des Rohrbogens bzw. der Rohrleitung. Gleichzeitig strömt Schutzgas durch die gasdurchlässigen Sintermetallformteile 4 zur Schweißstelle. Hier bildet sich die gewünschte Schutzgasatmosphäre aus und der Schweißprozess kann begonnen werden. Durch die Gasaustrittsöffnung 5 wird das Schutzgas gleichmäßig aus diesem Kammerbereich abgeführt und ein unerwünschter Druckaufbau zwischen den Dichtelementen vermieden.The device according to the invention is installed and used as follows.
First, a protective gas hose is inserted through one of the parts to be welded and connected to the protective gas container. The sealing element 1,1 is then coupled to the protective gas hose via the inlet valve 2. The sealing element 1,2 is screwed through the connector 7 via the inlet valve 6. This opens the valves 3 and 6 via a pressure pin in the screw connection of the connector. The forming gas chamber can now simply be positioned at a sufficient distance from the welding point and the protective gas can be supplied. The gas supply builds up pressure in the sealing elements 1,1 and 1,2 and they are deformed until they are securely connected inside the pipe bend or pipeline. At the same time, protective gas flows through the gas-permeable sintered metal molded parts 4 to the welding point. Here, the desired protective gas atmosphere is formed and the welding process can begin. The protective gas is evenly discharged from this chamber area through the gas outlet opening 5 and undesirable pressure build-up between the sealing elements is avoided.
Die Sintermetallformteile 4 sind dabei in ihrer Gasdurchlässigkeit so konzipiert, dass Teilchengröße und -form des verwendeten Metallpulvers ausreichend ist, um einen Druck in den Dichtelementen zu erzeugen, der diese verformen kann und gleichzeitig die Kammer mit Schutzgas flutet und eine laminare Strömung in der Kammer sichert.
Nach Beendigung der Schweißarbeiten und einer entsprechenden Abkühlungsphase wird die Schutzgaszufuhr gestoppt. Die Dichtelemente gehen aufgrund ihrer ElastizitätThe sintered metal molded parts 4 are designed in their gas permeability such that the particle size and shape of the metal powder used is sufficient to generate a pressure in the sealing elements that can deform them and at the same time flood the chamber with protective gas and ensure a laminar flow in the chamber.
After completion of the welding work and a corresponding cooling phase, the supply of protective gas is stopped. The sealing elements are elastic and
und des Druckausgleiches durch die Sintermetallformteile wieder in ihre ursprüngliche Größe zurück und werden mit Hilfe des Schutzgasschlauches aus dem Rohr entfernt.and pressure equalization through the sintered metal molded parts, they return to their original size and are removed from the pipe with the help of the protective gas hose.
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