DE19548569C2 - Wellrohr - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellrohr, das für Auspuffrohre und EGR-
Rohre von Automobilen und Rohrleitungen verschiedener Arten von Maschinen
und Geräten, die Vibrationen unterliegen, geeignet ist und die wegen der
Flexibilität erforderlich sind und bei Vibrationen benutzt werden müssen, und die
Erfindung betrifft ebenfalls ein Wellrohr, das sogar in einer korrosiven
Umgebung benutzt werden kann, wie dies z. B. aus der US-PS 4,819,970 bekannt
ist.
Wellrohre dienen der Absorption von Vibrationen und sie werden
dementsprechend allgemein für Rohrleitungen in Motorräumen von Automobilen
und bei Rohrleitungsverbindungen, beispielsweise in der Umgebung von
Schiffsmotoren, und bei Pumpen und Kompressoren zur Klimatisierung benutzt.
Rostfreie Stahlmaterialien vom austenitischen Typ gemäß US-PS 4,819,970
werden im Hinblick auf ihre ausgezeichnete Verarbeitbarkeit für solche Wellrohre
benutzt. Da jedoch austenitischer rostfreier Stahl eine schlechte Wärmeleitung
aufweist, ergibt sich ein Problem, daß in einem dickwandigen Teil thermische
Spannungen auftreten, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen den Innen- und
Außenflächen vorliegt, so daß Spannungen ausgeübt werden, die einen Bruch
durch die thermische Spannung hervorrufen, wobei zusätzliche Beanspruchungen
durch Biegedeformation, Vibrationen und/oder Druckschwankungen des sich im
Inneren befindenden Fluids während der Benutzung hervorgerufen werden.
Um ein solches Problem zu vermeiden, ist gemäß der US-PS 4,315,558
vorgeschlagen worden, rostfreie Stahlmaterialien vom Ferrittyp als Rohmaterial
für Wellrohre zu verwenden.
Die rostfreien Stahlmaterialien vom Ferrittyp rufen, wenn sie elektrisch
verschweißt werden, jedoch ein kristallines Kornwachstum über einen weiten
Bereich in der Nähe der Schweißwülste beim Schweißen hervor.
Der Bereich des kristallinen Kornwachstums verursacht einen Bruch, wie
beispielsweise einen Axialbruch beim Ausdehnen oder Zusammenziehen nach
einer elektrischen Schweißung oder beim Formen eines gewellten Teiles durch
eine Wellfabrikation, wie beispielsweise Wellen oder Flüssigkeitsdruck-Formen
hervor.
Da die Materialien zusätzlich eine schlechte Korrosionsbeständigkeit aufweisen
und als Material für Wellrohre nicht geeignet sind, sind sie nicht zur praktischen
Anwendung gelangt.
Da ferner rostfreie Stahlmaterialien vom Ferrittyp weniger resistent gegenüber
einem korrosiven, innen befindlichen Fluid oder der Außenatmosphäre sind, ist
ihre Verwendung unter korrosiven Bedingungen beschränkt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorgenannten Probleme des
Standes der Technik gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Wellrohr zur Verfügung zu stellen, das frei von kristallinem Kornwachstum in
der Nähe eines beim elektrischen Schweißen gebildeten Wulstbereiches ist, und
das eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweist und ferner eine
ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt.
Die vorgenannte Aufgabe kann gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung gelöst werden durch ein elektrisch verschweißtes Wellrohr, das aus
einem dünnwandigen Bandmaterial aus einem rostfreien Stahl vom Ferrittyp
gebildet wird, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si
enthält, sowie gemäß einem zweiten Aspekt durch ein elektrisch verschweißtes
Wellrohr, das aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom
Ferrittyp gebildet wird, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3
Gew.-% Si enthält und eine Plattierungsschicht vom Ni-Typ auf wenigstens einer
Oberfläche aufweist.
Das Wellrohr gemäß der vorliegenden Erfindung wird erhalten, indem ein Rohr
aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ
gebildet wird, das nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si
enthält, beispielsweise durch Wellformen und dann elektrisches Verschweißen,
um einen zylindrischen Körper zu bilden und sodann die Wellherstellung
vorzunehmen.
Der Si-Gehalt ist begrenzt auf nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3
Gew.-%, da ein kristallines Kornwachstum nicht wirksam unterdrückt werden
kann, wenn das Si zu weniger als 1 Gew.-% enthalten ist, wodurch ein axialer
Bruch entlang des Wulstbereiches des elektrischen Schweißens beim Ausdehnen
bzw. Zusammenziehen nach dem elektrischen Schweißen oder durch die
Wellfabrikation hervorgerufen wird. Wenn andererseits das Si 3 Gew.-%
übersteigt, so verliert das Matrixmaterial seine Dehnbarkeit, so daß eine große
Herstellungsrate nicht mehr erzielt werden kann. Das Si liegt vorzugsweise
zwischen 1,5 und 2,5 Gew.-%, um das kristalline Kornwachstum zu
unterdrücken, ein Aufbrechen im Wulstbereich des elektrischen Schweißens zu
verhindern und um eine hohe Herstellungsrate zu erzielen.
Während die zuvor erwähnte Zusammensetzung eine hinreichende Dauerhaftigkeit
bei der gewöhnlichen Verwendung vorgibt, ist es bevorzugt, die
Korrosionsbeständigkeit bei einer Verwendung in einer korrosiven Umgebung zu
verbessern, indem eine Ni-Plattierungsschicht durch elektrische Plattierung oder
chemische Plattierung aufgebracht wird, die eine geringe
Menge an P oder B auf einer oder beiden Oberflächen enthält, wobei sich die
Dicke der Plattierung vorzugsweise zwischen 2,0 µm und 15 µm bewegt.
Wenn die Dicke der Plattierungsschicht geringer als 2,0 µm ist, so kann die
Korrosionsbeständigkeit nicht verbessert werden. Wenn sie andererseits 15 µm
übersteigt, so kann kein weiterer Effekt hinsichtlich der Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit erwartet werden und die Plattierungsschicht kann
möglicherweise ein Aufbrechen oder Abblättern bei der nachfolgenden
Wellfabrikation oder Biegedeformation während der Benutzung hervorrufen.
Die Form eines gewellten Teiles wird mit einem U-förmigen oder Ω-förmigen
Querschnitt ausgebildet und eine spiralförmige oder ringförmige Struktur
hergestellt, um einen gewellten Teil mit einem Höhenverhältnis von 1 : 1, 1 bis 1,5
relativ zum Durchmesser des Rohrrohlings (zylindrisches Gehäuse) zu erhalten.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Wellrohr gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
wobei Fig. 1(a) eine Querschnittsansicht in einem zentralen Teil ist und Fig. 1(b)
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1(a) ist.
Gemäß der Zeichnung weist ein Wellrohr 1 einen zylindrischen Körper 2 und
einen gewellten Teil 3 auf und besitzt einen Rohrdurchmesser von ungefähr 8 mm
bis 100 mm, eine Wanddicke von 0,2 mm bis 1,0 mm, eine Höhe des gewellten
Teils von 1,2 mm bis 15,0 mm und eine Steigung von 2,0 mm bis 25 mm. Es
wird aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ
hergestellt, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si
enthält, indem es elektrisch zu einem zylindrischen Körper verschweißt und
sodann beispielsweise durch Wellformen oder Flüssigkeitsdruck-Formen einer
Wellfabrikation unterzogen wird.
Ein Bandmaterial, hergestellt aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, wird auf eine
Breite von 53,4 mm und eine Wanddicke von 0,4 mm geschnitten und so
behandelt, daß es eine Si-Konzentration von 2,1 Gew.-% enthält. Durch
Wellformen wird ein Rohr gebildet und sodann elektrisch verschweißt, um einen
zylindrischen Körper von 17 mm Rohrdurchmesser zu bilden. Sodann wird eine
Wellfabrikation durch Wellformen des zylindrischen Körpers vorgenommen, um
einen gewellten Teil mit einer Höhe von 3,0 mm und einer Wellsteigung von 5,0
mm zu bilden.
Das so erhaltene Wellrohr wird auf eine Länge von 300 mm geschnitten, an
einem Ende durch einen Dorn gehalten und an dem anderen Ende zwischen einem
Paar von Rollen ergriffen, und es wird ein Biege-Verschleißtest mit einer
Biegefrequenz von 1200 mal pro Minute in einer horizontalen Richtung
durchgeführt, um einen rechten Winkel, bezogen auf die axiale Linie des
gewellten Rohres hervorzurufen, während ein Verbrennungs-Abgas auf 500°C
durch einen Brenner aufgeheizt der Innenseite zugeführt wird und Luft mit 20°C
auf die äußere Umfangsfläche geblasen wird. Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-
Grenzwert 64,1 MPa und es tritt kein Bruch auf.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, wie in Beispiel 1, wird so
behandelt, daß es 2,7 Gew.-% Si enthält, auf die gleiche Breite zugeschnitten und
hat die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1. Es wird elektrisch verschweißt und
der gleichen Wellrohrfabrikation wie in Beispiel 1 unterzogen und sodann der
gleiche Biege-Verschleißtest wie in Beispiel 1 ausgeführt.
Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-Grenzwert 62,1 MPa und es tritt kein Bruch
auf.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, wie in Beispiel 1, wird so
behandelt, daß es 1,5 Gew.-% Si enthält und auf die gleiche Breite geschnitten
und besitzt die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1. Es wird elektrisch
verschweißt, um einen zylindrischen Körper zu bilden, und es wird eine Ni-
Plattierungsschicht von 10 µm Dicke elektrisch auf der Außenfläche unter
Verwendung eines Ni-Plattierungsbades gebildet, das NiSO4, NiCl2 und H3BO3
aufweist. Sodann wird nach Durchführung der gleichen Wellfabrikation wie in
Beispiel 1 der gleiche Biege-Verschleißtest wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-Grenzwert 65,1 MPa und es tritt kein Bruch
auf.
Sodann werden fünf Testproben präpariert, indem das erhaltene Wellrohr jeweils
in eine Länge von 150 mm geschnitten wird. Nach Aufheizen der fünf Testrohre
in einer Heizvorrichtung (Ofen) bei 250°C während 2 Stunden werden sie 2
Stunden bei Raumtemperatur belassen, sodann für 2 Stunden in eine
Korrosionsflüssigkeit eingetaucht, die 1000 mg/l NH4NO3, 70 mg/l (NH4)2SO4, 40
mg/l NH4Cl und 450 mg/l HCHO (80°C ± 5°C) aufweist, dann 2 Stunden bei
Raumtemperatur belassen, wiederum für 2 Stunden in die gleiche
Korrosionsflüssigkeit wie zuvor eingetaucht und sodann 14 Stunden bei
Raumtemperatur belassen. Wenn ein Korrosions-Beständigkeitstest so
durchgeführt wird, daß er die zuvor erwähnten Schritte als einen Zyklus aufweist,
so wird roter Rost nach Ablauf von 8 Zyklen (mittlere Anzahl von Zyklen)
gebildet.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, das weniger als 1 Gew.-%
Si enthält und auf die gleiche Größe geschnitten wird
und die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1 besitzt, wird elektrisch verschweißt,
um einen zylindrischen Körper zu bilden.
Der so erhaltene zylindrische Körper hat jedoch kristallines Kornwachstum in der
Nähe des Wulstbereiches, was einen axialen Bruch bei der plastischen
Fabrikation, wie beispielsweise der Ausdehnung und dem Zusammenziehen nach
dem elektrischen Verschweißen verursachte, und ein solcher Bruch wurde
ebenfalls hervorgerufen bei der Wellfabrikation unter Verwendung des Zylinders,
ohne daß er der plastischen Fabrikation unterzogen wurde, wobei die Formung
eines Wellrohres nicht gelingt.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom gewöhnlichen austenitischen Typ wird
auf die gleiche Breite zurechtgeschnitten und besitzt die gleiche Wanddicke wie in
Beispiel 1. Es wird elektrisch verschweißt und der gleichen Wellfabrikation wie
in Beispiel 1 und sodann dem gleichen Biegetest wie in Beispiel 1 unterzogen.
Im Ergebnis ist der Verschleiß-Grenzwert 52,3 MPa.
Fünf Muster werden präpariert, indem das Wellrohr der gleichen Größe, das
unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erhalten wird, jeweils auf eine
Länge von 150 mm geschnitten wird. Wenn der gleiche Korrosions-
Beständigkeitstest wie in Beispiel 3 für die Musterrohre durchgeführt wird, so
wird roter Rost nach dem Ablauf von zwei Zyklen (mittlere Anzahl von Zyklen)
gebildet.
Wie zuvor gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist, da das
Wellrohr durch elektrisches Verschweißen von rostfreiem Stahlmaterial vom
Ferrit-Typ gebildet wird, das nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr
als 3 Gew.-% Si enthält, die Temperaturdifferenz zwischen den Innen- und
Außenflächen aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit gering und die thermischen
Spannungen sind nur geringfügig, und es entsteht kein kristallines Kornwachstum
in der Nähe des Wulstbereiches beim elektrischen Schweißen und kein Bruch bei
der Wellrohrherstellung. Somit ist das Wellrohr ausgezeichnet in seiner
mechanischen Festigkeit und zeigt zusätzlich eine ausgezeichnete
Korrosionsbeständigkeit bezüglich eines korrosiven, innen befindlichen Fluids
oder der Außenatmosphäre, da eine Plattierungsschicht der Ni-Reihe auf
wenigstens einer Oberfläche vorgesehen wird.
Claims (9)
1. Wellrohr, gekennzeichnet durch elektrisches Verschweißen eines
dünnwandigen Bandmaterials aus einem rostfreien Stahl vom Ferrit-Typ,
der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält.
2. Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Si-Gehalt
zwischen 1,5 und 2,5 Gew.-% liegt.
3. Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Plattierungsschicht vom Ni-Typ auf wenigstens einer Oberfläche des
Bandmaterials aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ vorgesehen ist.
4. Wellrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der
Ni-Plattierungsschicht zwischen 0,2 µm und 15 µm liegt.
5. Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewellte Teil
im wesentlichen in einer U-förmigen oder Ω-förmigen
Querschnittskonfiguration ausgebildet ist, als Spiral- oder
Ringkonfiguration geformt ist und eine Höhe in einem Verhältnis von
1 : 1,1 bis 1,5 relativ zum Durchmesser des Rohrrohlings (zylindrischer
Körper) besitzt.
6. Wellrohr, gekennzeichnet durch elektrisches Verschweißen eines
dünnwandigen Bandmaterials aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, der
nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält und
eine Ni-Plattierungsschicht auf wenigstens einer Oberfläche aufweist.
7. Wellrohr nach Anspruch 6, dadurch gekenzeichnet, daß der Si-Gehalt
zwischen 1,5 und 2,5 Gew.-% liegt.
8. Wellrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der
Ni-Plattierungsschicht zwischen 2,0 µm und 15 µm liegt.
9. Wellrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gewellte Teil
im wesentlichen in einer U-förmigen oder Ω-förmigen
Querschnittskonfiguration ausgebildet ist, als Spiral- oder
Ringkonfiguration geformt ist und eine Höhe in einem Verhältnis von
1 : 1,1 bis 1,5 relativ zum Durchmesser des Rohrrohlings (zylindrischer
Körper) besitzt.
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