DE1949573A1

DE1949573A1 - Verfahren zum Befestigen eines Rohres in einer Lochplatte mittels Explosionsdruckwellen,Anordnungen zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1949573A1
Application number: DE19691949573
Authority: DE
Inventors: Rene Dipl-Ing Dr Sc Tech Feiss
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1969-09-23
Filing date: 1969-10-01
Publication date: 1971-04-01
Also published as: DE1949573B2; US3698067A; CH514373A; GB1315179A; FR2060628A5; AT303496B; NL6915766A; BE756406A; CA937786A

Description

P.. 4387

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Verfahren zum Befestigen eines Rohres In einer Lochplatte mittels Explosionsdruckwellen, Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Rohres in einer Lochplatte mittels Explosionsdruckwellen, wobei, das Rohr auf einem Teil seiner Einstecklänge mittels einer ersten Sprengladung mit.der Lochplatte verschweisst wird. Die Erfindung betrifft weiterhin Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist besonders in neuerer Zeit bekannt geworden, Rohre in einer Lochplatte unter Zuhilfenahme der Explosions-Druckwellentechnik, d.h. durch Explosion einer Ladung im Rohrinnern, zu befestigen. Dabei sind zwei Verfahren ausgearbeitet worden. Es wurde versucht, die Rohre mittels Explosionsdruckwellen aufzuweiten und so an der Wand der Bohrung zum Anliegen zu bringen, was besonder-s dann empfehlenswert sei, wenn die Lochplatte bezüglich des Lochdurchraessers sehr dick ist, z.B. im Falle eines Rohrbodens eines Hochdruckwärmeaustauschers.

Gemäss einem anderen bekannten Verfahren wird das Rohr auf einem Teil seiner Einstecklänge in der Bohrung mittels

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Explosionsdruckwellen mit der Lochplatte metallisch verbunden oder verschweisst. Bei diesem Verfahren wird bestenfalls nur ein sehr kleiner Teil der restlichen Einstecklänge des Rohres aufgeweitet und in der Bohrung an der Lochplatte zum Anliegen gebracht. Besonders bei einer Lochplatte, deren Dicke ein Vielfaches des Rohrdurchmessers beträgt, bleibt auf den grö'ssten Teil der Einstecklänge ein Spiel zwischen Rohr und Lochplatte bestehen, welches zu Spaltkorrosion Anlass geben kann.

Die Erfindung bezweckt ein Rohr derart in einer Platte zu befestigen, dass es verschweisst und zusätzlich auf dem grösseren Teil seiner Einstecklänge aufgeweitet wird. Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass das Rohr im selben Arbeitsgang mittels einer zweiten Sprengladung auf einem anderen Teil der Einstecklänge in der Bohrung aufgeweitet wird. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es möglich ist, einerseits das. Rohr mit der Lochplatte zu verschwelssen, andererseits das Rohr auf dem grösseren Teil der Einstecklänge aufzuweiten und dadurch Spaltkorrosion zu verhindern. Beide Befestigungen finden in einem Arbeitsgang statt. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens bezweckt ein Rohr auf dem grösseren Teil seiner Einstecklänge aufzuweiten und in zwei verschiedenen Zonen mit der Lochplatte zu verschweissen. Gemäss der Erfindung wird* dies dadurch erreichtj dass das Rohr in einem Arbeitsvorgang mittels einer zweiten Sprangladung auf einem ersten anderen Teil der Einsteeklänge

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aufgeweitet und mittels einer dritten Sprengladung auf einem zweiten anderen Teil der Einstecklänge verschweisst wird. Es ist dabei vorteilhaft, dass die Verschweissungen auf den den beiden Seiten der !lochplatte naheliegenden Teil des Rohres stattfinden. Der Vorteil ist, dass Spaltkorrosion jetzt völlig ausgeschlossen ist.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Aufweitung des Rohres dienende zweite Sprengladung vorgesehen ist. Eine weitere Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Aufweitung des Rohres dienende zweite Sprengladung, sowie eine der Verschweissung des Rohres mit der Lochplatte auf einem anderen Teil der Einstecklänge dienende dritte Sprengladung vorgesehen ist.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigts

Fig. 1, einen Längsschnitt einer erfindungsgemässen

Anordnung;
Fig. 2,3 und 4, Längsschnitte abgewandelter Anordnungen.

In einer Bohrung 1 einer Lochplatte 2 (Fig. 1), zum Beispiel dem Rohrboden eines Wärmeaustauschers, befindet sich ein zu befestigendes Rohr 3, dessen Einstecklänge gleich der Dicke des Rohrbodens ist. Das Rohr weist einen Teil 4 geringeren Durchmessers auf, so dass sich ein Ringspalt 5 zwischen

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dem Rohrumfang 6 und der Wand 7 der Bohrung 1 befindet. Der Teil des Rohres mit dem reduzierten Durchmesser, ist der Teil,:, der mit dem Rohrboden metallisch verbunden oder verschweisst .werden soll. Der Ringspalt gewährleistet, dass die Rohrwandung in dieser Zone vor dem Auftreffen auf der Wand der Bohrung auf eine ausreichende Geschwindigkeit beschleunigt werden kann, welches Voraussetzung ist für das Zustandekommen der- Verschweissung. Um zu gewährleisten, dass das eingeschobene Rohr konzentrisch in der Bohrung des Rohrbodens liegt, ist es mit zwei Bunden 10 und 11 versehen. Diese Bunden sind in diesem Falle hydraulisch angebrachte Aufweitungen des Rohres'. Der nicht aufgeweitete Teil 12 des Rohres bildet mit der Bohrung einen gleichmässigen Ringspalt 13. Die Aufweitung 10 dient auch zur Vermeidung eines allfälligen Spaltes am hinteren Ende 14 des Rohrbodens, da es nicht, oder nur schwer gelingt, die Druckwellen derart zu beherrschen, dass sie das Rohr bis zum hinteren Ende des Rohrbodens an die Bohrungswandung mit Sicherheit zum Anliegen bringen, ohne das Rohr in der Nahe seiner Austrittstelle 15 aufzublähen. Spalte sind aber immer unerwünscht, da sie zur Spaltkorrosion Anlass geben.

Im Rohr befindet sich ein elastischer Druckübertragungseinsatz 20, dessen Boden 21 das Rohr 3 einseitig abschliesst und dazu dient zu verhindern, dass Explosionsprodukte in das Rohr geschleudert werden. In den Druckübertragungseinsatz ist ein Mantelrohr 22 aus Kunststoff geschoben, das in der Reihen-

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folge eine Zündpatrone 23, eine erste Sprengladung oder Sprengkörper 24 und eine dieser anschliessende, zweite Sprengladung 25 enthält. Beide Sprengkörper können die Form einer Sprengschnur mit Kunststoffmantel haben. Das Mantelrohr 22 weist am Umfang zwei Rillen 26 und 27 auf, in welche die Zündleitungen. 28 und 29 der Zündpatrone verlegt sind, welche zu einem (nicht gezeichneten) Zündauslöser führen. Die Zünd.leitungen sind durch Oeffnungen 30 und 31 im Mantelrohr zur Zündpatrone geführt. Die Bohrung 1 ist während des Befestigungsvorganges mittels eines Bundes 32 am Druckübertragungseinsatz abgeschlossen. Dadurch wird verhindert, dass Rauchschaden der Explosionen in die Schweisszone· gelangen. Rauchschwaden wirken korrosiv.

Um das Rohr im Rohrboden zu befestigen, wird die Zündpatrone 23 vom Zündauslöser betätigt. Die Zündpatrone,zündet den ersten Sprengkörper 24. Durch die bei der Explosion ent·* stehenden Druckwellen wird das Rohr über die ganze Länge zwischen den hydraulisch erzeugten AufWeitungen 10 und 11 aufgeweitet, so dass es dort mit seinem Aussenumfang fest an den Innenumfang der Bohrung 1 im Rohrboden anliegt. Im Augenblick, da die laufende Detonation des ersten Sprengkörpers 24 den zweiten Sprengkörper 25 erreicht, zündet er diesen. Durch die bei dessen Detonation entstehenden Druckwellen wird der Teil 4 des Rohres mit dem reduzierten Durchmesser mit der Innenwand der Bohrung verschweisst. Da das Rohr durch den Sprengkörper 24 aufgeweitet und dadurch verankert war, ist eine Bewegung des

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Rohres während des folgenden Verschweissvorganges unmöglich. .

Die Ladungen der beiden Sprengkörper 24 und 25 sind ihren Aufgaben, das Aufweiten bzw. das Verschweissen des Rohres, angepasst, d.h. die Ladung des Sprengkörpers 25 ist grosser als die des Sprengkörpers 24. Die grössere Ladung kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Innendurchmesser des Druckübertragungseinsatzes 20 in der Schweisszone grosser ist als in der Aufweitungsζone, so dass dort mehr Sprengstoffmasse untergebracht werden kann. Auch können die Detonationsgeschwindigkeiten beider Sprengkörper unterschiedlich gewählt werden. Es 1st vorteilhaft, die Detonationsgeschwindigkeit des der Aufweitung, des Rohres dienenden Sprengkörpers 24 gross zu wählen, da dann mit einer kleinen Sprengstoffmenge einen grossen Aufweiteffekt erreicht wird. Die Detonationsgeschwindigkeit des der Verschweissung dienenden Sprengkörpers 25 kann demgegenüber kleiner gewählt werden.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 2, weist eine Bohrung 35 ! in einem Rohrboden 36 nahe der Rohrmündung 37 eine leicht konische Erweiterung 38 auf. Der halbe Spitzenwinkel der Erweiterung ist mit c< bezeichnet. In den Rohrboden ist ein zu befestigendes Rohr 39 eingeschoben. Ein Druckübertragungseinsatz 40 mit einem Bund 41 ist in das Rohr bis zum Anschlag des Bundes angebracht. Der Druckübertragungseinsatz weist eine Längsbohrung 42 auf*,* in welcher eine Sprengladung oder, ein

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Sprengkörper 43 in der Form einer Sprengschnur angebracht ist. Im restlichen Raum 44 der Längsbohrung 42 befindet sich ein Dämpfungsmittel 45. Der Druckiiber tragung seinsat ζ 4 0 weist weiterhin auf der Bundseite eine Anbohrung 46 auf, mit einem konischen Grund 47. In dieser Anbohrung steckt eine becherartig geformte Sprengladung oder Sprengkörper 48, der in seinem konisch ausgebildeten Boden 49 eine dem Durchmesser des Sprengkörpers 4 3 entsprechende Bohrung 50 aufweist. Der zwischen Sprengkörper 4 3 und Sprengkörper 48 verbleibende Raum ist mit einem Metallrohr 51 versehen, das über den Bund 41 des Druckübertragungseinsatzes 40 hinausragt.

Um das Rohr 39 im Rohrboden zu befestigen, wird der Sprengkörper 43 an seinem rechten Ende gezündet. Der Sprengkörper detoniert dabei in. Richtung des Rohres 39, d.h. in Fig. 2 von rechts nach links. Dabei nimmt das Metallrohr 51 den grössten Teil der Druckenergie elastisch auf, so dass im Bereich dieses Metallrohres kaum eine Verformung des Rohres 39 auftritt. Sobald die Detonation das Ende 52 des Metällrohres 51 passiert, wird das Rohr 39 über die restliche Länge des Sprengkörpers 43 aufgeweitet und in der Bohrung befestigt. Das Dämpfungsmittel 45, das zum Beispiel aus einem Schaumstoff auf Polyurethan-Basis besteht, verhindert ein übermässiges Aufstauen der Explosionswellenfront. Im Moment, da die Detonation des Sprengkörpers 43 den Boden 49 des Sprengkörpers 48 erreicht, zündet sie auch diesen Sprengkörper. Dessen Detonation wandert nun in der ent-

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gegengesetzten Richtung, auf der Zeichnung von links nach rechts, dabei das Rohrende 53 mit dem Rohrboden 36 verschwelssend. Bei dieser Anordnung werden somit mittels einer einzigen von aussen .einseitig in das Rohr eingeführten Zündung, zwei von einem Punkt aus gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung laufende Detonationen hervorgerufen.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 3 ist ein Druckübertragungseinsatz 65 versehen mit einem Sprengkörper 66, der einer Zündpatrone 67 anschliesst, welche ihrerseits von einem Sprengkörper ™ 68 in der Form einer Sprengfolie umgeben ist. Der Sprengkörper 66, der wiederum die Form einer Sprengschnur aufweist, dient der Aufweitung eines Rohres 69 in einer Lochplatte 70, die Sprengfolie 68 der Verschweissung des Rohrendes mit der Lochplatte. Beide Sprengkörper werden gleichzeitig durch die Zündpatrone 67 gezündet, so dass die Aufweitung und die Verschweissung praktisch gleichzeitig stattfinden.

Bei der Anordnung gemäss Fig. 4 wird ein Teil eines Rohres aufgeweitet und an seinen beiden Enden mit einem Rohr- ^w boden verschweisst. Dazu wird eine Bohrung 75 einer Lochplatte 76 an der vorderen Seite 77 mit einem konischen Teil 78, die hintere oder Rohrbündelseite 79 der Bohrung mit einem konischen Teil 80 und einem zylindrischen Teil 81 versehen. Das Rohrinnere ist wiederum mit einem Druckübertragungseinsatz 82 versehen. Im Druckübertragungseinsatz befindet" sich eine Zündpatrone 85 - mit den Zünddrähten 86 und 87 - und daran an-

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schliessend ein Sprengkörper 88, der sich auf den grössten Teil der Einstecklänge des Rohres erstreckt und der Aufweitung des Rohres dient. Dem Sprengkörper 88 schliesst sich ein -Sprengkörper 89 an, der der Verschweissung des Rohres mit dem Rohrboden nahe der Rohrmündung dient. Die Zündpatrone 85 liegt zum Teil innerhalb eines becherartigen Sprengkörpers 90, welcher darin mittels eines Einsatzes 91 zentriert ist. Der Druckübertragungseinsatz ist auf der Rohrbundelseite mit einem fest damit verbundenen Propfen 83 abgeschlossen, so dass die Zündpatrone nicht (durch Rückstosswirkung) ins Rohrinnere getrieben werden kann. Auch werden die korrosiven Rauchschwaden am Eindringen ins Rohrinnere behindert. Auf der Rohrmündungsseite ist der Druckübertragungseinsatz mit einem Propfen 84 abgeschlossen, der verhindert, dass Rauchschwaden in die Schweisszone gelangen.

Um das Rohr im Rohrboden zu befestigen, wird die Zündpatrone 85 gezündet, welche ihrerseits das Abbrennen des becherartigen Sprengkörpers 90 und des Sprengkörpers 88 einleitet. Durch die vom Sprengkörper 90 ausgehenden Druckwellen wird das Rohr in derselben Weise wie für Fig. 2 beschrieben, auf der Rohrbündelseite 79 mit der Lochplatte verschweisst. Der zylindrische Teil 81 der Bohrung 75 verhindert dabei, dass das Rohr ausserhalb des Rohrbodens aufgebläht wird. Die Aufblähung bleibt somit auf den zylindrischen Teil 81 der Bohrung beschränkt. Beim Abbrennen des Sprengkörpers 88 wird das Rohr aufgeweitet und an der Bohrungsinnenwand zum Anliegen gebracht. Wenn der

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Abbrennvorgang das Ende des Sprengkörpers erreicht, zündet dieser den Sprengkörper 89, welcher das Rohr über den konischen Teil der Bohrung mit der Lochplatte versehweisst. Das Aufblähen des Rohres auf der Rohrbündelseite kann, statt durch den zylindrischen Teil 81 oder zusätzlich dazu, verhindert werden durch das Anbringen einer Verdammung, z.B. in der Form einer Flüssigkeitsschicht auf der Lochplatte bei vertikal gestelltem Rohrbündel. Der Vorteil ist, dass die Sprengladung 90 noch dichter an die Schweisszone herangeführt «erden kann.

Um die Lärmbelästigung während der Befestigungsarbeiten zu verringern, kann die Lochplatte mit einer Haube versehen sein. Die Haube kann evakuiert werden..

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Befestigen eines Rohres in einer Lochplatte mittels Explosionsdruckwellen, wobei das Rohr auf einem Teil seiner Einstecklänge mittels eines ersten Sprengkörpers mit der Lochplatte verschweisst wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr im selben Arbeitsgang mittels eines zweiten Sprengkörpers auf einem anderen Teil der Einstecklänge aufgeweitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im selben Arbeitsgang mittels eines dritten Sprengkörpers auf

. einem zweiten anderen Teil der Einstecklänge verschweisst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sprengladung die Zündung der ersten Sprengladung einleitet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Sprengladungen durch eine Zündkapsel gleichzeitig gezündet werden.

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5. Verfahren nach Anspruch 1_} dadurch gekennzeichnet, dass beide Sprengladungen.mittels einer einzigen, von aussen einseitig in das Rohr eingeführten Zündung gezündet werden, wobei die Detonationen beider Sprengladungen vom Zündungspunkt aus gleichzeitig und in entgegengesetzter Richtung verlaufen..
/■ .6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschwfeissung auf dem der Rohrmündung naheliegenden Teil des Rohres stattfindet.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sprengladung die Zündung der ersten und dritten Sprengladung einleitet.
8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweissungen auf den den beiden Seiten der Lochplatte naheliegenden Teilen des Rohres stattfinden.
9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer der Verschweissung des Rohres mit der Lochplatte dienenden ersten Sprengladung, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Aufweitung des Rohres dienende zweite Sprengladung (25,43,66,88) vorgesehen ist.

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10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Verschweissung des Rohres mit der Lochplatte auf einem anderen Teil der Einstecklänge dienende dritte Sprengladung (90) vorgesehen ist.
11. Anordnung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengladungen unterschiedliche Detonationsgeschwindigkeit haben.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detonationsgeschwindigkeit der der Aufweitung dienenden Sprengladung grosser ist als die der der Verschweissung dienenden Sprengladung.
13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung der der Verschweissung dienenden Sprengladung grosser ist als die der Aufweitung dienende Sprengladung.
14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Detonationsgeschwindigkeit der der Aufweitung dienenden zweiten Sprengladung höher ist als die Schallgeschwindigkeit In der Rohrwand.
15. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sprengladung (48) die Form eines Bechers hat,

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durch welchen die zweite Sprengladung (43) verläuft und dessen Boden durchdringt, während der im Becher verbleibende Raum zwischen den Sprengladungen mit einem die Detonationsdruckwellen der aweiten Sprengladung aufnehmenden Körper (51) ausgefüllt ist (Fig. 2)..
16. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die.erste Sprengladung eine Sprengfolie (68) ist, der eine der Zündung der ersten (68) und zweiten Sprengladung (66) dienende Zündkapsel (67) umgibt (Fig. 3).
17. Anordnung nach Anspruch S₉ mit einem Druckübertragungseinsatz zviisehen Sprengladungen und Rohr innenfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckübertragungseinsatz auf der Rohrbündelseite mit einer die Schweisszone abschirmenden Flansche (32, Fig. 1) versehen ist.
18. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, mit einem Druckübertragungseinsatz zwischen Sprengladungen und Rohrinnenfläche, dadurch gekennzeichnet_s dass der Innendurchmesser des Druckübertragungseinsatzes in einer Schweisszone grosser ist als in der Aufweitungszone·

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19. Anordnung nach Anspruch 10, mit vertikal gestelltem Rohrbündel, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrbündelseite der Lochplatte verdämmt ist.

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