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Verfahren zur Herstellung geschweisster Rohre.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschweisster Rohre, bei dem ein flaches zu einem Rohr mit offener Naht gebogenes Metallband oder ein ähnlich gekrümmter Streifen von beliebiger
Länge fortlaufend durch eine Heizvorrichtung geschoben wird, die das Band über den ganzen Querschnitt erhitzt, bei welchem Verfahren die Temperatur der Bandkanten allmählich bis auf Schweisstemperatur gesteigert wird, während das Band zu einem geschlossenen Rohr zusammengebogen wird und seine Kanten unter Druck miteinander verschweisst werden.
Bisher wurde nach einem Verfahren dieser Art das Rohr derart hergestellt, dass das Band während seiner Förderung durch einen langgestreckten Ofen, dessen Temperatur wesentlich über der Schweisstemperatur lag, durchweg auf Schweisstemperatur erhitzt wurde. Das Material wurde gleichzeitig zu einem offenen Rohr gebogen. Dabei wurde die offene Rohrnaht entweder ohne Zuführen weiterer Wärme zusammengepresst und dadurch verschweisst oder die Temperatur wurde durch Anblasen mit Luft noch etwas erhöht.
Dieses Verfahren zur Herstellung von Metallrohren hat jedoch folgende Nachteile : a) Um eine ausreichend feste Schweissung zu erzielen, muss das ganze Metallband bis zur Schweisstemperatur und noch darüber hinaus erhitzt werden. Hiezu werden die Werkstückkanten einem Luftstrom ausgesetzt, was eine starke Oxydation des Metalls und damit wesentliche Materialverluste verursacht. b) Da während des Schweissens das ganze Rohr auf Schweisstemperatur erhitzt wird, kann die Vereinigung der Rohrkanten nur unter Ausübung eines sehr geringen Druckes erfolgen, so dass die fertige Schweissstelle nicht genügend widerstandsfähig ist. Ausserdem kann die Verschweissung nicht durch Erhöhung der Schweisstemperatur verbessert werden, da doch das ganze Metall auf diese Temperatur erhitzt werden müsste.
Würde man die erforderliche Temperatur anwenden, so würde das Rohr schon bei sehr geringem Schweissdruck eingedrückt werden. c) Infolge der hohen Temperatur, auf die das Metall erhitzt werden muss, kann man nach diesem Verfahren nur Rohre von begrenzter Weite bis zu etwa 5 cm Durchmesser herstellen. Diese Rohre weisen überdies eine Wandstärke auf, die für manche Zwecke zu gross ist.
Rohre grösserer Weite aber werden schon während des Schweissens eingedrückt. d) Wenn man die Dimension des herzustellenden Rohres ändern will, dann, muss man wegen der hohen Arbeitstemperatur die Anlage auf mehrere Stunden abstellen und die zum Biegen und Schweissen des Werkstoffes benutzten Walzen abkühlen, bevor sie ausgewechselt werden können. e) Die Temperatur der Vorrichtung ist eine solche, dass, falls aus irgendeinem Grunde die Herstellung der Rohre unterbrochen wird, die Anlage erst wieder abgekühlt werden muss, da sonst der Werkstoff'durch Oxydation sofort zerstört würde. Demzufolge ist es auch nicht möglich, den Lauf der Anlage zu unterbrechen, um das Rohr zu überprüfen, wenn es aus dem Sehweissabschnitt des Apparates herauskommt.
Dadurch aber werden etwaige Fehler erst nach geraumer Zeit feststellbar, so dass unter Umständen viel Werkstoff verdorben wird, bevor der Fehler bemerkt und behoben werden kann. f) Die Rohre können nicht ausreichend gezogen, gedehnt und gewalzt werden. g) Rohre aus reinem Eisen und aus Siemens-Martin-Stahl üblicher Art können nach diesem Verfahren nicht hergestellt werden. h) Ferner ist es bei dem bekannten Verfahren schwierig, die Schweisstemperatur zu ändern, die weitgehend von der Temperatur des Ofens und der Zuführungsgeschwindigkeit des Streifens abhängt.
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i) Schliesslich ist es bei diesem und andern bekannten Verfahren bisher nicht möglich gewesen, Rohre durch Schweissen aus hochdehnbare Stahl herzustellen.
Die Erfindung bezweckt nun, ein Verfahren zur Herstellung geschweisster Rohre zu schaffen, bei dem die erwähnten Nachteile ganz oder teilweise ausgeschaltet sind und mit dessen Hilfe besser geschweisste Rohre hergestellt werden können.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 sche- matiseh eine Ausführungsform der vollständigen Anlage zur Herstellung der Rohre nach dem erfindunggemässen Verfahren ; Fig. 2 und 3 sind Querschnitte nach den Linien 2-2 und 3-3 der Fig. 1 und zeigen die Führungsmittel für den Metallstreifen zur Bildung des offenkantigen Rohres bzw. die Vorrichtung zum Zusammenschweissen der Bandkanten ; Fig. 4 ist ein Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3 ; die Fig. 5 und 6 endlich zeigen im Schnitt Einzelheiten einer abgeänderten Form der Schweissvorrichtung.
Das kalte Stahlband wird von einer Rolle 10 zu einer Schweissvorrichtung 11 geführt, die dazu dient, das Vorderende einer Bandrolle mit dem Ende des vorangehenden Bandes zu verschweissen, so dass ein beliebig langes Metallband gebildet werden kann. Als Schweissvorrichtung kann jede geeignete Vorrichtung für elektrische Lichtbogenschweissung verwendet werden.
Zum Anheizen des kalten Bandes auf eine Temperatur, bei welcher der Streifen zu einem Rohr mit offenen Kanten gebogen werden kann, ist ein Vorheizofen 12 von ziemlicher Länge und vergleichsweise schmalem Innenquerschnitt vorgesehen, in dem zur Führung des Bandes frei bewegliche Rollen 17, vorzugsweise aus hitzebeständigem Stahl, vorgesehen sind,
Zum weiteren Erhitzen des mittels angetriebener Druckrollen 18 gebildeten offenkantigen Rohres dient ein Ofen 19, dessen Querschnitt dem des Vorheizofens 12 ähnlich ist. Der Ofen 19 besteht aus zwei ungleich langen Abschnitten 20 und 21. Die Länge des ersten Abschnittes 20 beträgt etwa 21 m. Dieser nimmt das Band auf, nachdem es die Rollen 18 passiert hat. Der zweite Abschnitt 21 ist nur etwa 6 m lang und befindet sich an der Ausgangsseite des Ofens.
Geheizt wird der Ofen 19 mittels Gas-und (oder) Ölbrennern 22, die ähnlich wie die Brenner 13 des Vorheizofens 12 angeordnet sind. In diesem Fall sind aber die Brenner auf die ganze Länge des Ofens und derart verteilt, dass der Abschnitt u nur mässig erhitzt wird, u. zw. auf etwa llUUU U, während der
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ist daher vorzugsweise aus Karborundsteinen aufgebaut.
Die oben angegebenen Temperaturen beziehen sich auf die Herstellung von Rohren aus Statu, dessen Schweisstemperatur etwa 1425-16000 C beträgt. Sowohl die Temperaturen wie die Grössen der
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von den angegebenen verschieden sein.
Um das Metallband im Ofen 19 zu stützen, sind, ähnlich wie beim Vorheizofen 12, Rollen 23 vorgesehen, die hier aber von einem Elektromotor od. dgl. angetrieben sind, um das Band im Ofen vorwärts zu bewegen. Wegen der hohen Temperatur des letzteren werden die Rollen aus einem hitzebeständigen Werkstoff hergestellt und können mit Wasser gekühlt werden.
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Zur Führung des offenkantigen Rohres und um zu verhindern, dass dieses sich um seine Längsachse verdreht, sind obere und untere Rollen 24 und 25 in der Nähe des Abschnittes 21 des Ofens 19 vorgesehen, die sich um waagrechte Achsen drehen können (Fig. 2). Das Rohr rutscht zwischen diesen Rollen hindurch. Die obere Rolle 24 ist hiebei in bekannter Weise am Umfang mit einem mittleren Kranz 26 versehen, der sich zwischen die Rohrkanten schiebt und das rohrartig gebogene Band festhält. so dass die Kanten immer in der gleichen Lage bleiben.
An die Rollen 24 und 2. schliesst die eigentliche Schweissvorrichtung 27 an, die aus den Fig. 3 und 4 deutlicher ersichtlich ist. Diese Schweissvorrichtung besteht aus zwei Schweissrollen 28, die, in Abstand angebracht, frei drehbar auf lotrechten Achsen gelagert sind, und aus einem Brennerpaar 29 für SauerstoffAzetylen.
Die Umfangskanten 30 der Schweissrollen sind voneinander vorzugsweise durch einen einige Millimeter breiten Zwischenraum getrennt. Die Brenner liegen etwas vor der senkrechten Ebene, in welche die Rollenachsen fallen, um die Kanten des'Rohres erhitzen zu können, bevor dieses von den Rollen erfasst wird.
Jeder Brenner ist derart angeordnet. dass seine Flamme nur die eine Kante des Bandes erfasst. und ist mit einer Reihe von Düsen il versehen, die entlang der Bewegungsbahn des Bandes angeordnet sind. Jede Düse erhitzt nur eine kurze Länge der Kante von einigen Millimetern. Gemäss Fig. 5 und 6 ist nur ein Brenner mit zwei getrennten Düsenreihen vorgesehen, wobei jede Reihe je eine Kante des Streifens erhitzt. Die Anzahl der Düsen der einzelnen Brenner richtet sich nach der Grösse des Rohres und der Geschwindigkeit des Betriebes. Im allgemeinen kann man jedoch mit 20 Düsen rechnen. Bei der Herstellung von Rohren grösserer Abmessungen können für jede Kante zwei oder mehr Brenner mit der genannten Anzahl Düsen vorgesehen sein.
Zum Kühlen des Rohres während des Schweissens sind zwischen den Rollen und der Schweissvorrichtung eine Reihe Dampfdiisen 32 angeordnet, derart, dass sie auf diejenigen Oberflächenteile des
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noch offenen Rohres, die von den durch besondere Brenner erhitzten Kanten abgewendet sind, einen unmittelbar auftreffenden Dampfstrahl schicken. Erforderlichenfalls können diese Strahlen auch zum Reinigen der Rohroberfläche dienen. Auch können aus den Düsen an Stelle von Dampf oder neben diesem andere Kühl-oder Reinigungsmittel, wie Wasser, ausgespritzt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung gestaltet sich folgendermassen : Das kalte Metallband schiebt sich von der Schweissmaschine 11 zum Vorheizofen 12. Hiebei wird das Band in einem grossen Bogen 36 geführt, wodurch für das ununterbrochene Vorwärtsschieben des Bandes eine Reserve geschaffen ist für jenen Arbeitsabschnitt, in dem das Ende eines Bandes mit dem von der Rolle 10 abgewickelten neuen Bande verschweisst wird.
Die normale Geschwindigkeit des Vorwärtsschiebens beträgt 20 bis 30 m in der Minute. Es ist aber selbstverständlich, dass das Verfahren sowohl bei höheren als auch bei geringeren Geschwindigkeiten durchführbar ist, in welchem Falle die Heiztemperaturen entsprechend geändert werden müssen.
Bei einer Temperatur von 800 im Vorheizofen 12 und bei der erwähnten Geschwindigkeit des Vorwärtsschiebens wird der Streifen an seiner ganzen Oberfläche auf höchstens 600-800 C erhitzt, so dass er durch die Rollen 18 allmählich zu einem offenen Rohr gebogen werden kann.
Dann wird das offene Rohr mittels der angetriebenen Rollen 23 kontinuierlich durch den Ofen 19 geschoben und die Temperatur derart eingestellt, dass der Werkstoff an den Kanten allmählich erhitzt und für die Schweissung durch den Brenner 29 vorbereitet wird.
Wie gross auch die Arbeitsgeschwindigkeit ist, stets muss die Höchsttemperatur des Werkstoffes im Ofen um etwa 125-150'unter der Schweisstemperatur bleiben, um ein Überhitzen und eine Oxydation zu vermeiden.
Nach Verlassen des Ofens 19 passiert das an seiner Naht noch offene Rohr die Führungsrollen 24 und 25, wobei der Flansch 26 der ersteren das Rohr derart richtet, dass die Kanten in bezug auf die Schweiss- düsen 31 in die richtige Lage kommen.
Bevor noch das Rohr in die eigentliche Schweissvorrichtung eintritt, werden jene Stellen des- selben, die von den Kanten entfernt liegen, durch Dampf-und (oder) Wasserstrahlen 32 gekühlt. Die entsprechenden Düsen sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich, so angeordnet, dass die ganze Rohroberfläche - mit Ausnahme der Kanten-vom Strahl getroffen wird. Die Temperatur des Dampfes und des Wassers liegt natürlich weit unter der Sehweisstemperatur, so dass das Band mit Ausnahme seiner Kanten bei Verwendung einer ausreichenden Dampf-oder Wassermenge unter die Schweisstemperatur abgekühlt wird. Unmittelbar nach dem Passieren der Kühlungsdüsen 32 tritt der Streifen in die Schweissvorrich- tung 27. Hier werden die Kanten durch je einen Azetylen-Sauerstoff-Brenner 29 auf die Schweisstemperatur erhitzt.
Hierauf gelangt das noch offene Rohr zwischen die Schweissrollen 28, die durch Aneinanderpressen der beheizten Kanten das Schliessen der Rohrnaht bewirken. Die Dampf-oder Wasserstrahlen 32 können auch zum Reinigen der Metalloberfläche dienen. Zu diesem Zweck können auch hinter der Schweissvorrichtung weitere Strahlen vorgesehen sein.
Nachdem das Rohr geformt worden ist, wird es von einer Scheibe 34 poliert und durch eine Kreissäge 35 in Stücke von passender Länge geschnitten. Die Rohre gelangen dann auf einen Kühltisch.
Dadurch, dass der Streifen mit Ausnahme der Kanten gekühlt wird, kann der von den Schweissrollen ausgeübte Druck wesentlich höher sein als bisher, weil das unter die Schweisstemperatur gekühlte Metall einem höheren Druck zu widerstehen vermag, ohne seine Form einzubüssen.
Das ermöglicht auch, die Kanten viel kräftiger zusammenzupressen, als bisher möglich war, so dass nunmehr auch die Stärke der Schweissstelle der der übrigen Rohrteile voll entspricht. Die Stärke des Rohres ist somit an allen Stellen gleichmässig.
Infolge der niedrigen Temperatur des Metalles kann auch der Druck der Rollen, welche die Grösse des Rohres bestimmen, wesentlich höher sein, als es bisher der Fall war, so dass ein Rohr von ungewöhnlich genauer und über der ganzen Länge gleichmässiger Form hergestellt wird. Dies ist insbesondere bei solchen Röhren von besonderer Wichtigkeit, deren Enden mit Schraubengewinde versehen werden. Bei gleichmässigen Rohren wird die Arbeit und auch die Arbeitszeit wesentlich verkürzt, während der das Gewinde eingeschnitten wird, und die Güte des Gewindes ist bei solchen Rohren ebenfalls besser.
Ferner ermöglicht die Kühlung, dass die Rohrkanten durch die Brenner auf eine sehr hohe Schweisstemperatur erhitzt werden, die höher sein kann als die Deformierungstemperatur des Metalls, ohne dabei befürchten zu müssen, dass das Rohr beschädigt wird oder dass eine wesentliche Oxydation eintritt. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass fehlerhafte Schweissungen vorkommen. Unter der "Deformierungstemperatur"ist hiebei jene zu verstehen, bei der die Rohrwände unter dem Schweissdruck eingedrückt oder ihre Form sonstwie verlieren würden.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann als Werkstoff Siemens-Martin-Stahl und weicher Thomasstahl benutzt werden. Es kann auch ein Metall verwendet werden, dem verschiedene Zusätze zulegiert sind, um die Zähigkeit, die Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit gegen Säuren usw. zu erhöhen.
In manchen Fällen kann der Vorheizofen in Fortfall kommen ; dann wird das offene Rohr in kaltem Zustande des Bandes geformt. Ferner besteht auch die Möglichkeit, bei der Herstellung des offenen Rohres von einem vorgebogenen oder verkrümmten Bandmetall auszugehen.