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Publication number: DEE0009145MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 23. Juni 1954 Bekanntgemacht am 29. März 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Bekanntlich gelangen für Temperaturen von über 500⁰ C häufig austenitische Stähle zur Anwendung, weil dieselben eine hohe Warmfestigkeit aufweisen. Insbesondere bei Wärmekraftanlagen kommt es dabei häufig vor, daß Teile von Rohrleitungen und Gehäusen durch Schweißung miteinander verbunden werden müssen, wobei der eine Teil aus austenitischem Stahl, der andere jedoch aus ferritischem Stahl hergestellt ist.

Bekanntlich' hat austenitischer Stahl einen wesentlich größeren Wärmedehnungsbeiwert als ferritischer Stahl. Wenn daher nach Fig. ι beispielsweise ein. ferritisches Rohrstück ι durch eine einfache Rundschweijßung 2 mit einem austenitischen Rohrstück 3 verbunden wird, so ergeben sich bei hoher Temperatur zusätzliche Beanspruchungen dadurch, daß sich das austenitische Rohrstück 3 im heißen Zustande auf einen größeren Durchmesser ausdehnt als das ferritische Rohrstück i, und es entstehen demzufolge sowohl an den durch Schweißuing verbundenen Partien der beiden Rohrenden, als auch an der Schweißstelle selbst zusätzliche Spannungen.

In Fig. 2 ist die ungleiche Durchmesserzunahme¹ der beiden Rohrenden im heißen Zustand in übertriebenem Maßstabe veranschaulicht. Durch die

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Schweißnaht wird ein stetiger Übergang des Durchmessers erzwungen. Es ergibt sich dabei eine starke Biegebeanspruchung der Rohre in der Nähe der Übergangsstelle. Die zusätzlichen Beanspruchungen können zu Beschädigungen der Rohrenden bzw. deren Schweißverbindungen führen, besonders wenn 'häufiges Abkühlen und Wiedererwärmen auftritt.

Erfmdungsgemäß wird nun eine Sdhweißverbindung zwischen zwei hohen Temperaturen ausgesetzten Rohrenden, Stutzen od. dgl., bei welchen der eine Teil aus ferritischem und der andere Teil aus austenitischem Stahl besteht, durch eine zickzackförmig verlaufende Schweißnaht hergestellt.

Das Vorseihen von Zickzacksehweißnähten ist an sich bekannt und se'hon bei der Herstellung geschweißter Fachwerkkonstruktionen aus Rohren, Hohlstäben u. dgl. für die Verbindung der Stäbe mit den Kanten bzw. den Trag- oder Stützteilen vorgeschlagen worden. Bei Fachwerkstäben tritt im wesentlichen eine Beanspruchung auf Zug und Druck in Längsrichtung des Stabes auf. Der zickzackförmige Verlauf der Schweißnaht bewirkt dabei, daß die Naht in eine günstigere Lage zur Beanspruchungsirichtung fällt. Mit Temperaturunterschieden und unterschiedlichen Dehnungen der zusammenzuschweißenden Materialien ist hierbei nicht zu rechnen-,

Höhen Temperaturen ausgesetzte Rohrenden, Stutzen u. dgl., wie sie besonders bei Wärmekraftanlagen verwendet werden, sind in der Regel hauptsächlich durch Innendruck beansprucht. Die einfachen Rundnähte, welche bisher stets zur Verbindung von solchen Rohren verwendet wurden, liegen hierbei schon in günstigster Beanspruchungsrichtung, so daß jene Rücksichten, die bei den Fachwerkkonstruktionen zu einer Verwendung von Ziakzackschweißnähten geführt haben, nicht maßgebend sind. Handelt es sich indessen um die Aufgabe, Rohrenden, Stutzen u. dgl. zusammenzuschweißen, bei welchen der eine der zusammenzuschweißenden Teile aus ferritischem und der andere aus austenitischem Stähl besteht und die angrenzeniden Teile somit unterschiedliche Wärmedennungsbeiwerte aufweisen, so bringt die Verwendung einer zickzackförmig verlaufenden Schweißnaht wieder besondere Vorteile. Dieser zickzaekförmige Verlauf !bewirkt nämlich, daß der Robrumfang beim Übergang vom einen zum anderen der zusammengeschweißten Teile nicht plötzlich

. auf seiner ganzen Länge den Baustoff wechselt.

Anfänglich besteht beispielsweise der Rohrumfang noch vorwiegend aus ferritischem Baustoff, und erst allmählich nehmen die zwischengeschalteten Teile aus austenitischem Baustoff zu, während die Teile aus ferritischem Baustoff abnehmen. Der Übergang vom einen auf den anderen Baustoff und damit vom einen auf den anderen Durchmesser bei Rohren unterschiedlicher Dehnung wird also auf die Breite der Amplitude des Zickzackverlaufes verteilt. Es treten somit praktisch keine Biegespannungen mehr auf, wenn die Amplitude der zickzackförmigen Schweißnaht hinreichend groß gemacht wird.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen ein Beispiel für eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schweißverbindung in Anwendung auf die Verbindung zweier aneinander anschließender Rohrteile. Fig. 3 zeigt hierbei die Rohrteile in Ansicht quer zur Achse, Fig. 4 einen Querschnitt im Bereich der Schweißung nach der Linie IV-IV der Fig. 3 und Fig. 5 eine Abwicklung des Rohrumfanges.

Fig. 6 stellt sodann eine weitere Ausführungsform der zickzackförmigen Schweißnaht in Abwicklung dar.

Gemäß Fig. 3 ist 'ein Rohrteil 4 aus ferritischem Stahl mit einem Rohrteil 5 aus austenitischem Stähl längs einer Schweißnaht 6 zusammengeschweißt. Die Schweißnaht 6 verläuft zickzackförmig. Sie hat, wie aus der Abwicklung des Rohrumfanges nach Fig. 5 hervorgeht, ungefähr die Form einer Sinuslinie. Es greifen hierbei aus ferritischem Stahl bestehende Lappen 4¹ und aus austenitischem Stahl bestehende Lappen 5¹ ineinander.

In dem in der Mitte des Schweißbereiches verlaufenden Querschnitt IV-IV besteht das Rohr längs des Umfanges abwechslungsweise aus gleichen ferritisiohen und austeiiitischen Teilen. Es wird sich somit dieser Bohrbereich bei Erwärmung ohne besondere Zwangsspannu-ngen auf einen mittleren Durchmesser ausdehnen. Bei immer noch im Bereich der izickziackförmigen Schweißnaht 6 verlaufenden Querschnitten links des Querschnitts IV-IV überwiegt der ferritische Stahl, rechts des Querschnitts IV-IV 'dagegen der austenitische Stahl.

Bei dieser Ausbildung der Schweißnaht wird somit allein schon durch 'die Wärmedehnung, also ohne besondere Schub- und Biegungsbeanspruchung, ein allmählicher, sanfter Übergang des Durchmessers von jenem des rein ferritischen Rohres zu jenem des rein austenitischen Rohres erzielt.

Außer in der in Fig. 5 dargestellten Weise kann die Zickzacklinie auch in vielen anderen Formen ausgeführt werden. Je nach der Größe des Rohres kann sie auch eine größere oder kleinere Wellenzahl aufweisen. Ferner kann die Zickzacklinie beispielsweise auch aus abwechslungsweise gegen die Rohrachse geneigten geraden Linien, gegebenenfalls mit Abrundungen an den Eckpunkten bestehen.

. Fig. 6 zeigt als weitere Variante in Abwicklung eine zickzackförmige Schweißnaht 6¹, welche gemaß einer aus zur Rohrachse parallelen geraden Strecken und halbkreisförmigen Verbindungsbogen zusammengesetzten Linie verläuft.

Die erfindungsgemäße Schweißverbindung kann nicht nur auf die Verbindung von zwei Rohrenden angewandt werden, sondern beispielsweise auch auf die Verbindung zwischen einem zylindrischen, rohrförmigen Ansatz eines Gehäuses. Die zu verbindenden Teile können ferner auch statt eines kreisförmigen Querschnitts einen elliptischen oder ähnlichen Querschnitt aufweisen.

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Claims

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Patentanspruch:

Schweißverbindung zwischen zwei hohen Temperaturen ausgesetzten Rohrenden, Stutzen od. dgl., bei welchen der eine Teil aus ferritischem und der andere Teil aus austenitischem Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht in an sich bekannter Weise zickzackförmig verläuft.

Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 169 918.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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