DE354397C - Einrichtung zur Stoss- oder Stumpfschweissung von Blechkanten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 8. JUNI 1922

REICH S PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 7b GRUPPE 7 /-:/

Davis-Bournonville Company in New York, V. St. A.

Einrichtung zur Stoß- oder Stumpfschweißung von Blechkanten. Patentiert im Deutschen Reiche vom 19. Oktober 1920 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Stoß- oder Stumpfschweißung von Blechkanten mittels einer Sauerstoff-Azetylen-Flamme. Die Einrichtung kann im besonderen zum Schweißen von Rohrlängsnähten Verwendung finden. Bei derartigen Einrichtungen ist der Schweißbrenner feststehend gelagert, während das Rohr durch Walzen in der Längsrichtung bewegt wird, so daß sich die zu schweißende Naht in einer ge- ίο

wissen Entfernung unterhalb der Schweißflamme bewegt. Auf diese Weise schmilzt die Flamme schrittweise die Kanten der Naht zusammen. Das Schweißen wird ferner auch dadurch bewirkt, daß hinter der Schweißstelle ein.Druck auf die Nahtkanten ausgeübt wird. Um die Durchgangsgeschwindigkeit des Werkstückes, beispielsweise eines Rohres, durch die Schweißmaschine zu vergrößern, wird eine ίο Düsenreihe verwendet, die beispielsweise aus zwei hintereinanderliegenden oder auch aus einer größeren Anzahl von Strahldüsen besteht, so daß die Schweißung als Linienschweißung zu bezeichnen ist. Bisher war man bestrebt, die Wärmewirkung in der Längsrichtung auf einen möglichst schmalen Streifen zu beschränken und so die Einwirkung der Schweißbrenner möglichst nahe an die Schweißnaht heranzulegen. Bei dieser An-Ordnung besteht der Nachteil, daß ein Teil der Wärme verlorengeht, indem die Flamme durch den Spalt der Schweißnaht hindurchdringt. . Bei Schweißbrennern, die mit hohen Gasdrücken arbeiten, liegt die Möglichkeit vor, daß das geschmolzene Metall nach unten hin durch die Naht fließt, wodurch ein Loch in der Naht entsteht. Auf diese Weise erhält man fehlerhafte Schweißungen.

Gemäß der Erfindung werden starke Schweißnähte ohne jede Schwierigkeit erzeugt und das Werkstück kann sich mit verhältnismäßig großer Durchgangsgeschwindigkeit unter dem Schweißbrenner hinwegbewegen, wobei bei der Schweißung ein sehr geringer Gasverbrauch stattfindet. Diese Wirkung wird j dadurch erzielt, daß die Wärme der Flamme nicht unmittelbar auf die Mittellinie der Schweißnaht einwirkt, sondern daß eine gespreizte Flamme verwendet wird, welche in parallel zueinander verlaufenden Linien auf beiden Seiten der Schweißnaht auf das Werkstück trifft. Diese Linienführung der Flamme zu beiden Seiten der Schweißnaht erfolgt entweder über die gesamte Länge der Naht oder J nur an der Stelle, wo die Schweißung statt- : findet. Auf diese Weise wird die größte I Wärme des inneren Flammenkegels den zu j vereinigenden Kanten zugeführt. Ein Verlust j an Wärme durch die Schweißnaht hindurch j und eine fehlerhafte Schweißung werden da- i durch vermieden. Die Schweißung wird durch ^! die ausstrahlende Wärme zwischen den Düsen- ' strahlen bewirkt. Die größte Wärme wird ! in seitlicher Richtung in einer breiteren Bahn auf dem Werkstück verteilt als bei einem einzelnen runden Düsenbrenner. Der geschweißte Teil, welcher auf diese Weise erzeugt wird, ist breiter und stärker als die Schweißnaht, welche durch eine Flamme hergestellt wird, die sich genau in der Mitte der Naht befindet. Da es schwierig ist, mit einer eine einzelne Linienführung darstellenden Flamme die Wärmewirkung genau· auf die Schweißnaht j zu vereinigen, so daß infolge geringer seit- ^: licher Abweichungen der Schweißnaht oder der Düsenanordnung Fehlschweißungen entstehen, müssen bei den bekannten Anordnungen die Werkstücke oder die Schweißnaht genau unter dem Brenner hinweglaufen. Bei der Anordnung nach der Erfindung ist dieses nicht notwendig. Mit einem Schweißbrenner in einer einzelnen Linienführung ist es ferner schwierig, starke Metallstücke oder schwerflüssige Metalle zu verschweißen. Diese Schwierigkeit wird ebenfalls durch die Einrichtung der Erfindung behoben, indem die : Flamme auf die Kanten der Schweißnaht in ; einer gewissen Entfernung von der Naht- ^: mittellinie auftrifft. Dadurch wird das ge_r schmolzene Metall gezwungen, nach dem be-, reits geschweißten Teile der Naht hin zu fließen. Diese Welle aus geschmolzenem Metall ist verhältnismäßig groß, so daß das geschmolzene Metall den Raum zwischen den zu verschweißenden Teilen vollkommen ausfüllt. Das geschmolzene Metall häuft sich hinter der , Schweißstelle so an, daß eine aus dem geschweißten Metall bestehende Verdickung entsteht. Die in doppelter Reihe angeordneten Schweißdüsen nehmen einen kleineren Raum ein als die Schweißanordnung von Düsen in einer einzelnen Linienführung.

Beim Schweißen wird die Schweißnaht durch Rollen oder Walzen so beeinflußt, daß sie an der Schweißstelle zusammengepreßt wird, während sie ein Stück vor der Schweißstelle klafft. Da die Düsenreihen sich in seitlicher Richtung ein Stück von den Kanten entfernt befinden, entsteht eineLinienführung der Düsenreihen zu den Kanten der Schweißnaht, bei welcher die Kanten der Schweißnaht und die Düsenreihen auseinanderlaufen. Werden die Kanten der Schweißnaht über die ganze Länge der Naht zusammengepreßt, dann befinden sich die Düsen sämtlich im gleichen Abstande von der Mittellinie der Schweißnaht. Diese beiden Anordnungen können entsprechend verändert oder vereinigt werden. Es können beispielsweise mehr als zweiDüsenreihen verwendet werden. Die Düsenreihen können ferner auch so angeordnet sein, daß sie nicht einander parallel laufen, es kann eine einzelne Düse mit doppelten Düsen abwechseln usw. Auch können die Düsen als Schlitze ausgebildet sein. Bei der Einrichtung nach vorliegender Erfindung werden nach dem hinteren Ende der Schweißung zu eine oder mehrere genau in der Mittellinie der Schweißnaht angeordnete Düsen verwendet. Diese Düsen dienen dazu, um das sich auf der Schweißnaht ansammelnde Metall zu verteilen, so daß auf diese Weise eine glatte Schweißung

entsteht, die im besonderen für die weitere Verarbeitung des Werkstückes von Nutzen ist. Während die inneren wirksamen Teile der Düsenstrahlen an einander gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie der Schweißnaht wirksam sind und nicht durch den Spalt der Naht hindurchdringen, gelangen die einander zugekehrten weniger wirksamen Teile der einhüllenden Flammen durch die offene Schweiß -

ίο naht hindurch und füllen das Innere des zu schweißenden Rohres aus, wodurch das Rohr vorgewärmt oder geglüht wird. Ein derartiges Ausfüllen des Rohrinnern mit der Flamme, welche reduzierende Eigenschaften hat, wird eine Oxydation des inneren Teiles der Schweißnaht verhindern, die sonst bei den bekannten Ausführungsformen stattfindet. Durch diese Maßnahme wird die Festigkeit der Schweißung bedeutend größer als bisher.

so Die auf diese Weise geschweißten Rohre bleiben auf der Innenseite blank und werden nicht durch die Flamme geschwärzt wie bei den bekannten Einrichtungen. An der Außenseite des Rohres strömen die umhüllenden Flammenteile, da nicht genügend atmosphärischer Sauerstoff zwischen die Düsenreihen eintreten kann, seitlich um das Rohr herum und wärmen das Rohr vor. Durch diese Anordnung erübrigt sich ein besonderes Ausglühen oder Vorwärmen von außen. Die Einrichtung gemäß der Erfindung beschränkt sich nicht nur auf Rohre, sondern kann auch bei anderen Arbeitsstücken verwendet werden. Die Anordnung kann auch so getroffen sein.

daß das Werkstück feststeht, während sich der Schweißbrenner bewegt.

Um die oben beschriebene Wirkung zu erzielen, ist ein besonderer Schweißbrenner nötig. Der Schweißbrenner ist mit den übliehen Einrichtungen zur Zuführung und Mischung der Gase ausgerüstet, um eine autogene Schweißflamme zu erzeugen. Das besondere Kennzeichen des Brenners liegt in der Anordnung von doppelten oder mehrfachen Reihen von engen Düsenöffnungen. Es können auch doppelte oder mehrfache Reihen von Längsschlitzen angeordnet sein. Wird eine besonders glatte und flache Schweißnaht verlangt, so sind eine oder mehrere Düsenöffnungen genau in die Mittellinie der Schweißnaht derart gelegt, daß diese Düsenöffnungen dann nach den Schweiß düsen auf die geschweißte Naht einwirken. Diese mittleren zum Glätten dienenden Düsen können auch so angeordnet sein, daß nach ihnen sich noch weitere Düsen befinden, die nur zum Erwärmen des Metalles dienen, ohne es zu schmelzen. Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι die schaubildliche Ansicht einer Rohrschweißung.

Abb. 2 ist die Aufsicht einer Rohrschweißung mit Andeutung der Düsenöffnungen.

Abb. 3 ist die Aufsicht auf eine Rohrschweißung, bei welcher die Kanten der Naht fest zusammengedrückt sind.

Abb. 4 ist ein Querschnitt nach Linie 4-4 der Abb. 2 mit der das Rohr umhüllenden und in das Innere des Rohres eindringenden Flamme.

Abb. 5 ist ein Querschnitt nach Linie 5-5 der Abb. 2 mit der breiten durch die Flamme gebildeten Ausnehmung, aus welcher das geschmolzene Metall herausfließt, um sich hinter der Schweißstelle wieder zu vereinigen und eine erhöhte Schweißfuge zu bilden.

Abb. 6 ist der Querschnitt durch eine fertige Schweißung.

Abb. 7 ist die schaubildliche Darstellung einer Rohrschweißung mit den Düsenanordnungen.

Abb. 8 ist eine Aufsicht der Abb. 7.

Abb. 9 ist eine schematische Darstellung einer besonderen Anordnung der Düsenreihen.

Abb. 10 ist eine schematische Darstellung , in Seitenansicht der Düsenanordnung mit der j sich bildenden Welle aus geschmolzenem Metall.

Abb. 11 ist eine Seitenansicht des Schweißbrenners in teilweisem Schnitt.

Abb. 12 ist eine Stirnansicht des Schweiß-

■ brenners.

Abb. 13 ist ein senkrechter Schnitt der Abb. 12.

Abb. 14 bis 23 sind untere Ansichten der Düsenanordnungen.

In Abb. ι ist mit α das Rohr bezeichnet, welches in der Richtung des Pfeiles zwischen den wagerecht gelagerten Walzen b hindurchgeht, so daß sich die Naht c unter den Düsen iod

■ des Sauerstoff-Azetylenbrenners d hinwegbe- ^! wegt. Dieser Brenner ist etwas vor den

■ Walzen angebracht. Die Naht wird vor den ' Walzen b durch eine Rippe u auf einer Walze t (Abb. 8) geführt und offengehalten. Die Walze t gehört zu einem auf wagerechten Achsen ruhenden Walzenpaar. Der Schweißbrenner kann verschiedene Form besitzen. Mit Bezug auf die Abb. 1 bis 5 sind zwei parallele Reihen von Vorwärme- und Schweißdüsen e no angeordnet. Diese Düsen stehen entweder senkrecht oder sie sind etwas gegen die Bewegungsrichtung des Rohres geneigt. Die Kanten der Schweißnaht laufen aufeinander zu infolge Anordnung der in die Schweißnaht eingreifenden Führungtsrippe ic. Die Kanten der Naht treffen an den Walzen b zusammen, so daß die Düsenreihen und die Kanten der Schweißnaht auseinanderlaufen. Bei dieser Anordnung befinden sich die zuerst einwirkenden, zum Vorwärmen dienenden Düsen über den äußersten Kanten der Naht oder wenig-

stens sehr nahe an den Kanten, so daß die Wirkung der Flamme an dieser Stelle auf die , Metallkanten ausgeübt wird, während beim weiteren Durchgang desRohres sich dieDüsenöffnungen relativ zu den Kanten der Schweißnaht von diesen entfernen, bis die zuletzt einwirkenden Düsen ein beträchtliches Stück von den Kanten der Naht abgerückt sind. An dieser Stelle liegen die Nahtkanten aneinander und befinden sich im Schmelzzustande. In der Abb. 3 werden die Kanten der Schweißnaht auf der ganzen Länge fest aneinandergepreßt und die Naht unter dem Schweißbrenner hinweggeführt, so daß die Einwirkung

der Flammen auf der ganzen Länge der Schweißnaht ein gewisses Stück von der Schweißnaht entfernt stattfindet. Bei beiden Anordnungen wird ein verhältnismäßig· breiter, stark erhitzter Schweißabschnitt / entstehen. '·

Dieser Abschnitt bildet eine kennzeichnende lange und breite Welle g, die aus geschmolzenem Metall entsteht, das durch die Flammen- ; wirkung des zuletzt einwirkenden Drittels der ' Düsenreihen ausgehöhlt wurde. Dieses Metall fließt in einem Bogen zur Seite und sammelt _: sich hinter der Flamme wieder an, wo es fortlaufend erstarrt und eine volle gewölbte Schweißung h hinterläßt, wie es in der Abb. 6 : dargestellt ist.

Der wirksame Teil der Flamme besteht aus ; einem kleinen Flammenkegel. Die breite Um- t hüllung der Flamme, in welcher eine ver- ' hältnismäßig niedrige Temperatur herrscht und worin eine sekundäre \^rerbrennung statt-

findet, ist mit j bezeichnet. Ein Teil dieser Umhüllung strömt zwischen den gegenüberliegenden Düsen durch den offenen Teil der Schweißnaht und füllt das Innere des Rohres aus, um das Werkstück auf diese Weise vorzuwärmen oder auszuglühen. Diese Flamme besteht aus Wasserstoff und Kohlenoxyd, > brennend in dem .Sauerstoff der Luft, welcher ■■ sich im Innern des Rohres befindet. Die Flamme hat eine reduzierende Wirkung und verhindert aus diesem Grunde eine Oxydation : der Schweißung an der Innenseite des Werk- ^! Stückes. Diese Flamme erstreckt sich ein be- ^: trächtliches Stück in dem Rohr vorwärts und . dient zum Vorwärmen oder Ausglühen oder auch für beide Arbeitsvorgänge. Der das Äußere des Rohres umhüllende Teil der Flamme umfaßt das Rohr ebenfalls und wärmt es vor. Bei den bekannten Einrichtungen war man bestrebt, die Wirkung der Schweißflamme soweit als möglich örtlich zu begrenzen, während nach der Einrichtung der Erfindung die Flamme das Werkstück vollkommen umgibt und ausfüllt, um ein Vorwärmen zu gewährleisten.

MitBezugäuf die Abb./bis 10 sind dieDüsen mit e bezeichnet. Sie sind parallel zueinander oder in aufeinander zulaufenden Linien angeordnet. Eine oder mehrere Düsen s befinden sich hinter den Schweiß düsen. -Die Düsen s liegen unmittelbar über der Mittellinie der Schweißnaht. Durch die Düsen e werden die Teile der Rohrwandung an einander gegenüberliegenden Seiten der Naht vorgewärmt, geschmolzen und durch Schweißung vereinigt. Nach dem hinteren Drittel der Düsenanordnung zu, wo die Schweißung stattfindet, entsteht wiederum eine breite Welle / aus geschmolzenem Metall. Diese Welle ist ■ bestrebt, im Bogen nach hinten zu fließen und sich in einer hervorstehenden Kante aufzuhaufen, deren Seiten scharf durch die Wirkung der letzten Doppel düse begrenzt sind. Diese Anhäufung von geschmolzenem Metall wird nun in noch flüssigem Zustande durch die mittlere Düse s beeinflußt, die verursacht, daß das Metall seitlich abfließt. Entsprechend der Anzahl und der Abmessungen der Düsenanordnungen kann die Schweißung mit einer hochstehenden Kante oder auch flach hergestellt werden. Wird beispielsweise das Rohr nach dem Schweißen einem Ziehvorgang unterworfen, dann ist es weniger wünschenswert, eine hervorstehende Schweißnaht zu erhalten, die Oberfläche des Rohres muß vielmehr verhältnismäßig glatt sein. In anderen Fällen wiederum wird eine besondere Verstärkung der Schweißung gewünscht.

In der Abb. 10 ist die Wirkung der Düsen dargestellt. Die Linie unterhalb der Düsen veranschaulicht die obere Begrenzungslinie der Schweißung. Der untere Pfeil stellt die Richtung dar, in welcher das Werkstück bewegt wird, während der obere Pfeil die Richtung des Schweißbrenners veranschaulicht, wenn das Werkstück stillsteht. Die ersten drei Düsen dienen zum Vorwärmen des Metalles an einander gegenüberliegenden Seiten der Naht; unterhalb des vierten Düsenpaares beginnt der Schweiß vorgang und die Schmelzzone hat unter dem fünften und sechsten Düsenpaar eine beträchtliche Tiefe mit Bezug auf das Material erreicht. Das geschmolzene Metall fließt dann im Bogen hinter die Düse. An dieser Stelle wird die Naht in ihrer vollen Tiefe durchgeschmolzen und geschweißt, so no daß eine beträchtliqhe Ansammlung von Metall entsteht, die durch die mittleren Düsen .? verteilt wird.

Die Düsenöffnungen können verschieden angeordnet sein. In der Abb. 7 werden zwei Düsenreihen und eine einzelne mittlere Düse hinter der Doppelreihe verwendet. In der Abb. 8 sind zwei parallele Düsenreihen und zwei einzelne Düsen in der Mitte hintereinander angeordnet. In der Abb. 9 sind die Düsenreihen e so gestellt, daß sie einen Winkel miteinander bilden, in dessen Spitze sich

die Düse s befindet. Die zum Vorwärmen dienenden Düsen können mit geringwertigeren Gasen gespeist werden und nicht mit Sauerstoff-Azetylen-Mischung, so daß eine niedrigere Temperatur erzeugt wird, die aber zum Zwecke der Vorwärmung genügt.

Der Schweißbrenner selbst besteht aus dem Kasten d mit konischen Düsenöffnungen am Boden des Kastens. Ein Mischrohr 5 ist im Winkel zu dem Kasten d an diesem an der oberen Kante befestigt. Dieses Mischrohr ist mit einem Kanal 12 versehen, der die Sauerstoff- und Azetyleneinlaßöffnungen 8 und 11 an seinem hinteren Ende trägt. Das hintere Ende des Mischrohres ist dichtschließend in den Körper 11 eingesetzt, in welchem die Zuführungskanäle 2 und 3 für Sauerstoff und Azetylen münden. Diese Kanäle 2 und 3 endigen an ihrem vorderen oder unteren Ende in eine Hülse oder Bohrung, in welcher ebenfalls das Rohr 5 mündet. Die Verbindung erfolgt durch eine Schraubbuchse 6.

Von der Mündungsstelle des Rohres 5 in den Kasten d läuft ein kurzer Kanal 14 zu dem Düsensammel-und Mischrohr 15, von dem die Düsenkanäle E ausgehen. Die Düsenöffnungen sind in parallelen Reihen zueinander angeordnet und liegen so, daß sich die zu schweißende Naht zwischen den Reihen der Düsen befindet. Eine oder mehrere Düsenkanäle 6¹ sind so angebracht, daß sie unmittelbar über der Mitte der zu schweißenden Naht liegen, sich aber am hinteren Ende der reihenweise angeordneten Düsen befinden. Verschiedene Düsenanordnungen sind in den Abb. 14 bis 23 dargestellt. In den Abb. 14 bis 19 sind einzelne zum Glätten der Schweißnaht dienende Düsen S angebracht, während diese in den Ausführungsformen nach den Abb. 20 bis 23 fortgelassen sind.

In der Abb. 22 werden die Düsen- durch kurze in der Querrichtung zur Düsenanordnung verlaufende Schlitze E¹ gebildet. Die wirksame Flamme bildet sich bei dieser Düsenanordnung ebenfalls an einander gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie der Schweißnaht. In der Abb. 23 sind zwei in der Längsrichtung liegende Schlitze E¹ vorgesehen. In der Abb. 21 wechseln Düsenpaare mit einer einzelnen Düse einander ab. In der Abb. 17 und 18 sind besondere zum Vorwärmen dienende Düsen T vor den Schweiß düsen angeordnet. Das Vorwärmen findet ebenfalls durch das erste Drittel der Düsenanordnung der Düsen E statt, während sich die Schmelzstelle unterhalb des letzten Drittels der Düsenanordnungen E₁E¹ oder E² befindet. Die Düsenanordnung kann durch Wasser gekühlt werden, welches durch die Rohrleitungen 18 und 19 zufließt.

Claims (5)

1. Patent-An Sprüche:
2. i. Einrichtung zur Stoß- oder Stumpfschweißung von Blechkanten, insbesondere von Rohr längsnäh ten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten (V) durch in der Längsrichtung und beiderseits der Naht angeordnete Düsenreihen (e) schrittweise erwärmt und zusammengeschmolzen werden. , 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Düsen (s), die nach den Schweißdüsen (e) so auf die Mitte der Schweißnaht einwirken, daß ein Verteilen des sich ansammelnden geschmolzenen Metalles stattfindet, wodurch eine glatte Schweißnaht erzeugt wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (e) an einander gegenüberliegenden Stellen des Spaltes (c) der Schweißnaht angeordnet sind, so daß das Innere des Rohres von den einander zugekehrten Teilen der Flammen bespült wird. .
4. 4. Schweißbrenner, gekennzeichnet durch zwei Reihen von Düsenöffnungen (T, E) oder schmalen Schlitzen (E²) zum Vorwärmen und Schweißen der Kanten.
5. 5. Schweißbrenner nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine oder mehrere nach den Schweißdüsen (E) einwirkende und zwischen den Düsen (E) angeordnete Düsen (S) zum Glätten der Schweißnaht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.