DE3116123C2 - Vakuum-Schweißkammer zum Stumpfschweißen mittels Elektronenstrahlen von zwei Rohren oder anderen rotationssymmetrischen Werkstücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Schweißkammern zur Anwendung des Elektronenstrahl-Schweißverfahrens beim Stumpf-Aneinandersetzen von länglichen Bauteilen, die der Länge nach durch die Mitte solcher Kammern hindurchbewegt werden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Gehäuse (7) der Schweißkammer, die auf einem festen Rahmen (8) ruht, mittels einer zusammenklappbaren Verbindung (18, 19) oder über eine elastische Verbindung mechanisch mit dem Haltesystem (13) für die Elektronenstrahlkanonen verbunden ist, das seinerseits mit Klemm-Mitteln zum Anschluß oder zur Halterung an einem der länglichen Bauteile (1) versehen ist. Die Erfindung findet besondere Anwendung beim Verlegen von Rohrleitungen im Meer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Schweißkammer zum Stumpfschweißen mittels Elektronenstrahlen von zwei Rohren oder anderen rotationssymmetrischen Werkstücken entsprechend der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung. Bei einer aus der DE-OS 27 04 687 bekannten Elektronenstvahl-Bearbeitungsvorrichtung, die eine Vakuum-Schweißkammer der vorbezeichneten Gattung aufweist, wird ein zu bearbeitendes flaches Werkstück zwischen einer oberen und einer unteren Spannplatte festgehalten. Beide Spannplatten legen sich mit je zwei aufblasbaren zueinander konzentrischen Dichtungen an die Ober- und Unterseite des Werkstückes an, so daß in den Spannplatten enthaltene und sich mindestens über den Bearbeitungsbereich des Werksidckes erstreckende obere und untere Schweißteilkammern zum Werkstück hin und nach außen abgedichtet werden. An beide Schweißteilkammern sind unabhängige Evakuierungsleitungen angeschlossen, und die obere Schweißleilkammer enthält einen oberen Längsschütz zum Durchlaß eines von einer Elektronenkanone erzeugten Elektronenstrahls. Die Elektronenkanone ist einschließlich eines Einstellsystems auf einem auf der oberen Spannplatte in Richtung des Schlitzverlaufes verfahrbaren Schlitten montiert, und ihre Mündung befindet sich in einer nach unten /um Längsschlitz hin offenen Vakuumkammer des Schlittens. Der Schlitten enthält a-n seine- Unterseite die Vakuumkammer umgebende Dichtungen, die während der beim Schweißbetrieb stattfindenden Vorschubbewegung des Schlittens die vollständige Abdichtung der Vakuumkammer aufrechterhalten müssen. Da die in den Spannplatten enthaltenen Schweißteilkammern und der obere Längsschlitz eine größere Länge als der Schlitten besitzen, sorgt eine mit der Schlittenbewegung nachgeführte keilriemenartige Dichtung für einen nach oben abgedichteten Verschluß der nicht vom Schlitten bzw. von der darin enthaltenen überdeckten Schlitzlängen.

Bei einer aus der DE-OS 29 19 813 bekannten Hlektronenstrahl-Bearbeitungsvorrichtung für zylindrische Werkstücke längs einer kreisförmigen Bearbeitungslinie wird eine Vakuum-Schweißkammer in einem die Stoßfuge der zu verschweißenden Rohrabschnitte unmittelbar umgebenden Ringbereich, abgesehen von einer inneren Abdichtung der Rohrabschnitte, dadurch gebildet, daß die Rohrabschnilte im Bereich ihrer Stoßfuge zwischen zwei ortsfeste Rir.gteile gebracht werden, von denen jedes einen Rohrabschnitt abgedichtet umgibt. Der Axialabschnitt der beiden Ringteile reicht für den Durchlaß eines vom Umfang her auf die Stoßfuge zu richtenden Elektronenstrahls aus. Die Elektronenkanone ist in einem Drehkranz angeordnet, der mit Hilfe eines Zahnradgetriebes von einem auf einem ortsfesten Stützsystem sitzenden Motor angetrieben wird. Um die Schweißkammer abzuschließen, liegt der geführte Drehkranz an dem Außenumfang der Ringteile an, wobei Gleitringdichtungen zur Aufrechterhaltung des Un-

terdrucks in der Schweißkammer während der Bewegung des Drehkranzes notwendig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vakuum-Schweißkammer entsprechend der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3 angegebenen Gattung das Einstellen der Elektronenkanone (n) zu vereinfachen und dabei Ungenauigkeiten weitgehend auszuschließen, die ihre Ursache in mechanisch oder thermisch bedingten Formänderungen der zu verschweißenden Werkstücke oder des Gehäuses haben.

Gemäß der Erfindung besteht eine erste Lösung dieser Aufgabe in den Merkmalen entsprechend dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Bei Anwendung dieser Bauform wird, nachdem die beiden zu verschweißenden Rohre oder ähnlichen Werkstücke in die vom ortsfest abgestützten Gehäuse enthaltene Vakuum-Schweißkammer eingeführt und abgedichtet worden sind, das Einstellsystem der Elektronenkanone vom Gehäuse gelöst. Dieses Lösen bzw. das Aufgeben der Verbindung des Einstellsystems mit dem Gehäuse braucht nur so weit zu gehen, daß es möglich wird, das Einstellsystem auf dem Umfang des einen rohrförmigen Werkstückes festzulegen, während das Gehäuse davon unabhängig auf dem ortsfesten Rahmen abgestützt bleibt. Auf diese Weise läßt sich die Elektronenkanone bezüglich der tatsächlichen Lage und der Ebene der durchzuführenden Schweißnaht verhältnismäßig einfach und genau einstellen.

Wenn das Gehäuse mit seinen an den Längsenden angeordneten Dichtverschlüssen an die in einem vom Gehäuse unabhängigen Führungs- und Tragsystem festgehaltenen rohrförmigen Werkstücke angelegt wird, besteht damit nämlich noch keine Gewähr, daß das Einstellsystem der Elektronenkanone (n) zentrisch oder in der richtigen Ebene bezüglich der Werkstück-Längsachse verläuft, weil die Rohre oder Stangen Verbiegungen oder andere Asymmetrien aufweisen können und schon deshalb nicht genau zentrisch bezüglich der Mitte der Schweißkammer aufgenommen sind.

Beispielsweise beim Verschweißen von Rohrabschnitten einer auf dem Meeresboden abzulegenden Erdölförderlcitung in einer Vakuum-Schwe.ißkammer gemäß der Erfindung läßt sich somit das Einstellsystem genau auf den Endbereich des im Trag- und Führungssystem bereits eingespannten, zuvor verschweißten Rohrabschmttes ausrichten, ohne daü das die Schweißkammer umgebende Gehäuse verschoben oder geneigt zu werden braucht, in das bereits das Ende des nachfolgenden anzuschweißenden Rohrabschnittes eingeführt ist. Schweißungenauigkeiven und andere Störungen aufgrund von Formänderungen des Gehäuses sind ebenfalls ausgeschlossen, da das Gehäuse während der Schweißarbeiten ohne Verbindung zum Einsteilsystem bleibt. Wenn in Zeiten außerhalb des eigentlichen Schweißbetriebes die Werkstücke in Längsrichtung weiterbewegt werden müssen, wird die Spanneinrichtung vom Werkstück getrennt und das Einstellsystem wieder mit dem Gehäuse verbunden und dort in einer Stellung gehalten, die keine Genauigkeit erfordert.

Bei einer Ausführungsform der Vakuum-Schweißkammer nach Patentanspruch 1 kann die Verbindungseinrichtung mit Hilfe von Huberzeugungsgeräten betätigbare Spannmittel aufweisen.

Eine zweite grundsätzliche Lösung der vorgenannten Aufgabe ergibt sich aus den Maßnahmen im Kennzeichen des Patentanspruches 3. Diese zweite Lösung unterscheidet sich von der ranächst beschriebenen ersten Lösung dadurch, daß zwischen dem Einstellsystem und dem Gehäuse eine elastische Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, um eine insbesondere geregelte Abstützung des Gehäuses aufrechtzuerhalten. Dieser Vorschlag gewinnt vor allem dann besondere Bedeutung, wenn die zu verschweißenden Rohrleitungsabschnitte, wie bei Erdöl- oder Erdgasleitungen üblich, einen verhältnismäßig großen Durchmesser besitzen, so daß sich dadurch zwangsläufig auch die Abmessungen des Gehäuses und des Einstellsystems vergrößern, wobei beispielsweise auch mehrere Elektronenkanonen zum Einsatz kommen. Solche dann voluminösen und auch gewichtigen Einstellsysteme bleiben bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen durch die elastische Verbindungseinrichtung auch dann ständig abgestützt und gehalten, wenn eine zunächst starre Verbindung zum Gehäuse aufgegeben werden muß, um das Einstellsystem über die Spanneinrichtung an dem einen Werkzeug festzuklemmen und bezüglich der Symmetrie dieses Werkstückes auszurichten.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 2 ergeben sich aus den Unteransprüchen 4 bis 9.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigen, jeweils sciiematisch,

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Vakuum-Schweißkammer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Vakuum-Schweißkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 3 einen in einer anderen Ebene geführten Längsschnitt durch die Vakuum-Schweißkammer gemäß Fig.2.

Die gezeigten Vakuum-Schweißkammern werden angewendet bei der Verbindung von Rohrabschnitten von Erdöl- oder Erdgasleitungen und kommen beispielsweise beim Verlegen solcher Rohrleitungen zum Einsatz, wo die zu verschweißenden Werkstücke vom Verlegeschiff aus vertikal oder leicht geneigt abgelassen werden. Die Bezugnahme auf dieses Anwendungsgebiet soll nicht einschränkend verstanden werden.

Entsprechend F i g. 1 ist ein erster Rohrabschnitt 1 an seinem oberen Ende mit einem zweiten Rohrabschnitt 2 zu verschweißen, der rechts von der Mittellinie der Zeichnung in entferntem und links in angenähertem Zustand zum Rohrabschnitt 1 gehalten ist. Die Annäherung beider Rohrabschnitte erfolgt mit Hilfe von Schubkolbenmotoren 3 und Querträgern 4,5 eines Stütz- und Führungsgestells. Die Elektronenstrahlschweißung wird innerhalb eines evakuierbaren Raums 6 durchgeführt, der sich innerhalb eines auf einem ortsfesten Rahmen 8 mit Anschlußfüßen 9 abgestützten Gehäuses 7 befindet.

Der Rohrabschnitt 1 ist am Rahmen 8 insbesondere durch eine Zange 10 und durch einen auf dem längsbeweglichen Holm 4 abgestützten Ring 11 gehalten.

Innerhalb des Raumes 6 sind zwei Elektronenkanorien 12 auf einem Einstellsystem 13 zur Drehbewegung um die gezeigte Längsmittelachse der gesamten Einheit angeordnet. Zum Einstellsystem gehört ein Trpgkranz 14 mit einer eine starre Verbindung mit dem Rohrabschnitt 1 erzeugenden Spanneinrichtung 15, ein Kanonentragring 16, eine Zwischenplatte 17 mit einstellbarer Neigung und weitere, ;m Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht interessierende Baugruppen.

Weiterhin sind entsprechend Fig. 1 im Gehäuse 7 in Radialrichtung verstellbare offene Zangen oder Kiem-

men 18 geführt, deren Radialbewegung über Arbeitszylinder 19 gesteuert wird. Diese Zangen wirken als Spannmittel, um den Tragkranz 14 des Einstellsystems 13 mit dem Gehäuse 7 zu verbinden oder von diesem zu lösen.

Zur Abdichtung des evakuierbaren Raums 6 dienen an den beiden Gehäuseenden angeordnete Dichtungen 20 und 21, die beispielsweise aufblasbar sind und den jeweiligen Rohrabschnitt 1 bzw. 2 fest umspannen. In F i g. 1 sind die Dichtungen 20, 21 links von der Mittellinie in aufgeblasenem, an den Rohrabschnitten anliegendem Zustand und rechts von der Mittellinie in zurückgezogenem bzw. zusammengelegtem Zustand dargestellt. In die Rohrabschnitte 1 und 2 wird eine nicht gezeigte Abdichteinrichtung eingeführt, um den zu verschweißenden Bereich nach innen abzudichten. Der evakuierbare Raum 6 ist an nicht gezeigte Vakuumpumpen angeschlossen. Auf von den Tragfüßen 9 ausgehenden Armen 23 sind Reuen 22 gelagert, um seitliche Ablenkungen der Rohrabschnitte zu begrenzen.

Während des Schweißbetriebes liegen die Dichtungen 20 und 21 an den Rohrabschnitten an, und die aus mehreren Armen bestehende Spanneinrichtung 15 liegt fest am Rohrabschnitt 1 an. Die Zellen 18 sind innerhalb des Gehäuses 7 radial nach außen geführt, so daß das Einstellsystem 13 vom Gehäuse freigesetzt und am Rohrabschnitt 1 festgespannt und somit bezüglich dieses Rohrabschnittes ausgerichtet ist.

Demgegenüber sind bei Längsbewegungen der Rohrabschnitte durch das. Gehäuse 7 hindurch die Zangen 18 im Gehäuse 7 radial einwärts geführt, um das Einstellsys:em 13 am Gehäuse 7 festzuhalten, wenn die zur Spanneinrichtung 15 gehörenden Klemmarme sowie die Dichtungen 20 und 2t von den Rohrabschnitten entfernt sind.

Beim Ausführungsbeispiei gemäß F i g. 2 und 3 ist nur die Vakuum-Schweißkammer ohne ihren Abstützrahmen und ohne die Einrichtungen zum Führen und Verschieben der zu verschweißenden Rohrabschnitte schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung einer Verbindungseinrichtung zwischen Einstellsystem 13 und Gehäuse 7. Diese Verbindungseinrichtung besteht aus mehreren über den Umfang des Gehäuses verteilt angeordneten, in Längsrichtung wirkenden pneumatischen Arbeitszylindern 24 mit Gummispannbacken und in Querrichtung wirkenden pneumatischen Arbeitszylindern 25 mit Gummispannbacken. Die Zylinder 24 nehmen das Gewicht und die Zylinder 25 die seitlich wirkenden Kraftkomponenten des Einsteiisystems 13 auf. die aus der geneigten Anordnung der Schweißmaschine und auf einem Verlegeschiff gegebenenfalls auch aus der Meeresdünung resultieren.

Die Arbeitszylinder 24,25 stehen unter einstellbarem Innendruck und sind an eine nicht gezeigte automatische Druckregelung angeschlossen, von der aus sie während der verschiedenen Betriebsphasen mit dem jeweils notwendigen Druck beaufschlagt werden, um die vom Einstellsystem her verursachten Kräfte teilweise oder vollständig auszugleichen. Die zentrale Druckregelung kann die Arbeitszylinder mit komprimiertem Gas in Abhängigkeit von durch Meßfühler 26 gelieferten Daten steuern, die den Verlauf und die Größe der Bewegung des Einstellsystems bezüglich des Gehäuses ermitteln.

Auf diese Weise lassen sich die von den Arbeitszylindern ausgeübten Kräfte leicht regeln, die über eine wesentliche Hublänge der Zylinder auf praktisch gleichen Werten bleiben. Am Ende des Bewegungshubes der Zylinder erhöht sich der Druck in Abhängigkeit von geringen Hubänderungen beträchtlich, um mit dieser Art der Steuerung größere Verschiebungen des Einstellsystems 13 innerhalb des Gehäuses 7 wirksam zu vermeiden.

Die Schnittdarstellung gemäß Fig.3 verläuft durch einen von mehreren radial verlaufenden Klemmarmen der Spanneinrichtung 15. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht jeder Klemmarm aus einem mechanischen Stellgerät, das eine Mutter 27 auf einer Schraubspindel 28 umfaßt, die über ein Getriebe 29 von einem hydraulischen oder elektrischen Schrittmotor 30 rotierend angetrieben wird. Dieser Motor kann innerhalb des Gehäuses 7 ohne Verbindung zu diesem angeordnet sein, während das Getriebe 29 fest angeschlossen ist. Bei einer zweiten Variante befindet sich der Motor 30 außen am Gehäuse befestigt, während das Getriebe 29 über ein Universalgelenk an die Spindel angeschlossen ist. Gemäß der gezeigten weiteren Variante ist der Motor 30 auf einer den Klemmarm 15 umgebenden Traghülse 31 befestigt, die Übci einen Audichibaig 32 an das Gehäuse 7 angeschlossen ist. Bei dieser gezeigten Anordnung befindet sich der gesamte Antrieb für die Klemmarme der Spanneinrichtung 15 außerhalb des zu evakuierenden Raums 6.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vakuum-Schweißkammer zum Stumpfschweißen mittels Elektronenstrahlen von zwei Rohren oder anderen rotationssymmetrischen Werkstücken, deren Längsachse durch die Mitte der Schweißkammer verläuft, mit wenigstens einer Elektronenkanone, einem Einstellsystem zu deren Halterung, Positionierung und Verstellung und mit einem einen umschlossenen Raum bildenden Gehäuse, das die Elektronenkanone^ enthält und an seinen Längsenden mit zurückziehbaren, an beide Werkstücke anlegbaren Dichtverschlüssen versehen und an Evakuierungseinrichtungen angeschlossen ist, dadurch is gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (7) und dem darin angeordneten Einstellsystem (13) eine für den Schweißbetrieb lösbare mechanische Verbindungseinrichtung (18; 24, 25) vorgesehen und das Einstc'lsystem (13) mit einer eine starre Verbindung mit dem einen Werkstück (1) erzeugender. Spanneinrichtung (15) versehen ist,

und daß das Gehäuse (7) durch einen ortsfesten Rahmen (8) abgestützt ist

2. Schweißkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (18) mit Hilfe von Huberzeugungsgeräten (19) betätigbare Spannmittel aufweist.

3. Vakuum-Schweißkamrner zum Stumpfschweißen mittels Elektronenstrahlen von zwei Rohren oder anderen rotationssymmetrischen Werkstücken, deren Längsachse durch die Mitte der Schweißkammer verläuft, mit wenigstens einer Elektronenkanone, einem Einsteüsystem au deren Halterung, Positionierung und Verstellung uno mit einem einen umschlossenen Raum bildenden Gehäuse, das die Elektronenkanone (n) enthält und an seinen Längsenden mit zurückziehbaren, an beide Werkstücke anlegbaren Dichtverschlüssen versehen und an Evakuierungseinrichtungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einstelisystem (13) und dem Gehäuse (7) zur Aufrechterhaltung einer insbesondere geregelten Abstützung eine elastische Verbindungseinrichtung (18; 24, 25) vorgesehen und das Einstelisystem (13) mit einer, eine starre Verbindung mit dem einen Werkstück (1) erzeugenden Spanneinrichtung (15) versehen ist, und daß das Gehäuse (7) durch einen ortsfesten Rahmen (8) abgestützt ist.

4. Schweißkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Verbindungseinrichtung in Längsrichtung wirkende Zylinder (24) und in Querrichtung wirkende Zylinder (25) umfaßt.

5. Schweißkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder aus Pneumatikzylindem (24,25) bestehen.

6. Schweißkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pneumatikzylinder (24,25) Zylinder mit regelbarem Arbeitsdruck sind.

7. Schweißkammer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Zylindern Hubmeßfühler (26) zur Steuerung des Arbeitsdrucks zugeordnet sind.

8. Schweißkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (15) von außen auf dem Gehäuse (7) angeordneten Motoren angetrieben und an diese über eine Universalgelenkverbindung angeschlos

sen ist

9. Schweißkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (15) von außerhalb des Gehäuses (7) angeordneten Motoren (30) mit Getrieben (29) angetrieben ist, die auf die mit dem Gehäuse (7) über Abdichtbalgen (32) in Verbindung stehenden Tragteilen (31) befestigt sind.