DE2602639C2

DE2602639C2 - Verfahren und Maschine zum Bearbeiten wendelförmig geschweißter Rohre

Info

Publication number: DE2602639C2
Application number: DE2602639A
Authority: DE
Inventors: Klaus 4905 Spenge Bergmann; Herbert 4800 Bielefeld Mönkemöller; Günther Steffen
Original assignee: Bergmann et Steffen OHG
Current assignee: Bergmann et Steffen OHG
Priority date: 1975-01-30
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1983-05-19
Also published as: IT1053558B; DE2602639A1; ATA69475A; FR2299109B3; GB1537321A; US4129062A; AT338068B; BE838118A; FR2299109A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Mai.'hine zum Bearbeiten wendelförmig geschweißter Rohre nach dem Oberbegriff der Ansprüche und 2.

An die höherfesten wendelförmig geschweißten Rohre werden heute, wegen verschärfter Einsatzbedingungen seitens des Verbrauchers, immer höhere Anfordet ungen hinsichtlich der Sprödbruchsicherheit gestellt; dieses betrifft insbesondere solche wendelförmig geschweißten Rohre, die unter Wasser verlegt oder im Boden einer Biegebeanspruchung unterworfen werden.

Aus der Literatur ist es bekannt, daß beim Schweißen eine ungleichmäßige Spannungsverteilung auftritt sowie ein mehrachsiger Spannungszustand im Bereich Schweißnaht/Werkstoffübergang entsteht Beide Erscheinungen haben gemeinsam, daß sie bei einem duktilen Werkstoff die plastische Verformung erschweren und ein Versagen des geschweißten Teiles hervorrufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem in einfacher und sicherer Weise die Festigkeit der Rohre im Bereich der Wendelschweißnaht und dabei die Bruchdehnung der Wendelschweißnaht erhöht wird. Mit dem Verfahren sollen in einem Arbeitsgang gleichzeitig die Rohr-Außenseite und Rohr-Innenseite bearbeitet werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Maschx.e zu schaffen, die einfach und kostensparend aufgebaut ist und eine rationelle Arbeitsweise zum Bearbeiten der Rohre innen und außen ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Bearbeiten von wendelförmig geschweißten Rohren, wie es im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßt ist Diese spanabhebende Bearbeitung der Schweißnaht läßt sich vorteilhafterweise durch Fräsen oder Schleifen durchführen, wobei die Schweißnaht-Bearbeitung bei sich drehendem Rohr oder bei stillstehendem Rohr erfolgen kann, indem innerhalb und außerhalb des Rohres jeweils ein Werkzeug in Abhängigkeit von der Wendelnaht-Steigung verschiebbar bzw. verschiebbar und um das Rohr umlaufend eingesetzt wird.

Die erfindungsgemäße Maschine zum Bearbeiten der wendelförmig geschweißten Rohre und zur Durchführung des Verfahrens ist im Kennzeichen des Anspruchs erfaßt

Die gleichmäßige Abtragung der Schweißnahtüberhöhung wird entlang der Wendelnaht durch einen jedem Werkzeug zugeordneten Taster gewährleistet, der die Rohrwandung abtastet und somit ein zu tiefes Eindringen des Werkzeuges verhindert, insbesondere dieses bei Rohr-Unrundungen vermeidet.

Das innere und das äußere Werkzeug mit jeweils ihrem Antrieb stellen eine Bearbeitungseinheit dar, und beide Bcarbeitun&^inhei'en sind in der Verschiebebewegung bzw. in ihrer Umlaufbewegung und Verschiebebewegung synchronisiert und abhängig von der Steigung der Wendel-Schweißnaht.

Bei der Abtragung der Schweißnahtüberhöhung mit einem drehenden Werkzeug (Scheibenfräser/Schleifscheibe) wird dieses Werkzeug entsprechend der Schweißnahtsteigung verschwenkt, so daß Schweißnahtund Werkzeugachse einen rechten Winkel einschließen; durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß bei der Abtragung der Schweißnahtüberhöhung kein Anschneiden des Außen- bzw. Innenmantels des Rohres entsteht.

Zur Vermeidung einer Durchbiegung des Rohres durch Eigengewicht werden die Rohre bei der Bearbeitung durch rotierende Bearbeitungseinheiten innenseitig über mitfahrende Stützböcke abgestützt, und außenseitig von einfahrbaren Stützen, wie hydraulische Stützstreben, getragen, wogegen bei rotierendem Rohr dieses in einem Spannfutter einendig gehalten und von diesem verdreht wird und auf seiner Länge durch feststehende Stützen getragen wird. Beide Bearbeitungseinheiten werden von einem gemeinsamen Antrieb oder von gesonderten Antrieben in ihre Verschiebebewegung gebracht und sind in der Verschiebebewegung sowie in ihrer Umlaufbewegung synchronisiert.

Die im Innern des Rohres anfallenden Späne können durch eine Absaugeinrichtung abgeführt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Merkmale des Verfahrens- und Maschinen-Hauptanspruches ergeben sich aus den einzelnen Unteransprüchen.

Der Erfindungsgegenstand erstreckt sich nicht nur auf die Merkmale der einzelnen Ansprüche, sondern auch auf deren Kombination.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden gleichzeitig die innen- und außenseitigen Schweißnahtüberhöhungen bei wendelförmig geschweißten Rohren abgetragen, so daß die Oberflächenspannung der Schweißnaht beidseitig reduziert und die Bruchdehnung im Bereich der Schweißnaht wesentlich erhöht wird, was eine größere Beanspruchung der Rohre ermöglicht. Durch Entfernen der Schweißnahtüberhöhungen werden auch gleichzeitig die Schweißnahtkerben beseitigt, und es besteht die Möglichkeit, nach der Abtragung der Schweißnahtüberhöhung die Rohre einer kontinuierlichen induktiven Vergütung zu unterwerfen, ohne daß sich Härterisse durch die Schweißnahtrisse ausbilden.

Das Verfahren gestattet in einem Arbeitsgang das gleichzeitige Abtragen der Schweißnahtüberhöhungen innen- und außenseitig, was ein rationelles und somit kostensparendes Bearbeiten der Rohre ergibt.

Die Maschine gemäß der Erfindung ist einfach aufgebaut und ermöglicht durch die Konstruktion ihrer beiden Bearbeitungseinheiten ein sicheres spanabhebendes Abnehmen der Schweißnahtüberhöhungen in einem Durchlauf. Weiterhin wird das Entfernen der Schweißnahtüberhöhungen bis auf max. die Rohrwandstärke durch einfache und sicher wirkende Taster sowie einstellbare Werkzeuge unter Vermeidung von Einschneidungen einwandfrei gewährleistet

Das erfindungsgemäße wendelförmig geschweißte Rohr hat durch seine innen- und außenseitige Schweißnahtbearbeitung eine günstige Erhöhung der Bruchdehnung im Bereich seiner Schweißnaht erhalten, was das Einsatzgebiet und die Belastbarkeit des Rohres wesentlich erhöht

Bei Versuchen hat sich gezeigt daß bei Biegeproben mit bearbeiteten Schweißraupen gemäß der Erfindung der Biegewinke! gegenüber unbearbeiteten Schweißraupen um ein Mehrfaches (wie z. B. 3faches) sich erhöht hat

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ganz speziell

nur für höherfeste Stähle geschaffen worden, und zwar für Stähle mit einer Streckgrenze (Festigkeit) von 40 bis 65 kp/mm², welches etwa 450 bis 700 N/mm² (Newton) entspricht.

Bei weicheren Stählen bringt die beidseitige Abarbeitung der Schweißnahtraupe nicht den Erfolg, wie bei härteren Stählen in der vorgenannten Festigkeit, so daß das erfindungsgemäße Verfahren und das damit

ίο hergestellte, wendelförmig geschweißte Rohr nur auf höherfeste Stähle abgestellt sein soll.

Nachgetragen (nachreichend) wird noch auf folgende Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens hingewiesen:

Das gleichzeitige Abtragen der Schweißraupen sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite eines vom Strang abgeschnittenen (abgetrennten) Einzelrohres ergibt auf der gesamten Rohrlänge eine gleiche und symmetrische Spannungsverteilung. Dabei werden auch nachteilige Druck- und Zugspannungen verkleinert. Diese gleichmäßige und symmetrische Spannungsverteilung auf der gesamten Rohrlänge jedes abgetrennten Einzelrohres erhöht dessen Festigkeit (Druck- bzw. Zugspannung) sowie Biegefestigkeit gegenüber vorbekannten Rohren erheblich.

Bei den nach der Wendelsrhweißung abgetrennten Rohren können in wirtschaftlicher Weise an der Innen- und Außenseite die Schweißraupen .-«bgetragen werden, da diese Abtragung unabhängig von der vorhergehen-

jo den Schweißung erfolgt.

Bei der bekannten Rohrstrangbearbeitung muß kontinuierlich gearbeitet werden, d. h. es muß geschweißt werden und Schweißraupen müssen sofort abgetragen werden.

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann auch nach dem Ausfallen der Schweißmaschine oder der spanabhebenden Maschine weitergearbeitet werden, da beide Maschinen vollkommen unabhängig voneinander arbeiten können. Die geschweißten Rohre werden auf Lager genommen, nachdem sie vom Strang abgetrennt sind, und können vom Lager stets zum Abtragen der Schweißraupe abgerufen werden. Fällt die Schweißmaschine aus, kann trotzdem abgetragen werden oder fällt die spanabhebende Maschine aus, kann trotzdem geschweißt werden. Dieses führt zu einer wirtschaftlichen Rohrherstellung, wie sie bisher noch nicht bekannt ist.

In Figuren sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt

so F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Maschine zum spanabhebenden Abnehmen der außen- und innenseitigen Schweißnahtüberhöhung an wendelförmig geschweißten Rohren mit feststehendem Rohr und sich drehenden sowie in Rohr-Längsrichtung verschiebenden Werkzeugen,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der um das Rohr rotierenden und in Abhängigkeit von der Steigung der Wendel-Schweißnaht in einem Führungsblock angeordneten Werkzeuge,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Werkzeuges mit zugeordnetem Taster,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht einer Maschine zum spanabhebenden Abnehmen der außen- und innenseitigen Schweißnahtüberhöhung an wendelför-

mig geschweißten Rohren mit rotierendem Rohr und sich in Rohr-Längsrichtung verschiebenden Werkzeugen,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht des Antriebes für

die Rohr-Verdrehung und die Werkzeugverschiebung der Maschine nach F i g. 4,

F i g. 6 einen Querschnitt durch eine Rohrwandung mit innen- und eußenseitiger Schweißnahtüberhöhung,

Fig.7 einen Querschnitt durch dieselbe Rohrwandung mit innen- und außenseitig abgenommener Schweißnahtüberhöhung,

F i j. 8 eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich des Rohres mit angegebenen Prtifstellen,

Fig.9 eine tabellarische Graphik der Prüfwerte gemäß der Prüfstellen nach F i g. 8,

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Vtrgleichsspannung a_y gegenüber dem Nahtsteigungswinkel φ.

Eine erfindungsgemäße Maschine zum Bearbeiten von insbesondere wendelförmig (spiralförmig) geschweißten Rohren 10 weist ein Maschinenbett 12 auf, an dem mindestens ein, vorzugsweise mehrere, das zu bearbeitende Rohr 10 lagemäßig haltende Lager 13 und zwei in Rohr-Längsrichtung in Abhängigkeit von der Steigung der Wendel-SchweiUnaht 11 verschiebbare, motorisch angetriebene Werkzeuge, und zwar ein innerhalb des Rohres 10 liegendes Werkzeug 14 und ein außerhalb des Rohres 10 vorgesehenes Werkzeug 15 angeordnet sind, die gleichzeitig die außen- und innenseitige Schweißnahtüberhöhung (Schweißraupe) 11a bis auf maximal die Rohr-Wandstärke spanabhebend abnehmen, so daß die Schweißnaht 11 außen- und innenseitig eine mit der jeweiligen Rohrfläche mindestens nahezu bündig verlaufende, ebene Fläche 11b aufweisen.

A¹S Werkzeuge 14, 15 sind in bevorzugter Weise Fräser, insbesondere Scheibenfräser, vorgesehen, die mit ihrer Drehachse rechtwinklig zum Nahtverlauf stehen und somit mit ihrer spanabhebenden Fräsfläche im Längsverlauf der wendeiförmigen Schweißnaht U arbeiten.

Anstelle der Fräswerkzeuge 14, 15 lassen sich auch Schleifwerkzeuge einsetzen oder Formfräser bzw. Formschleifer verwenden.

Zunächst wird jetzt auf die Ausführung der Maschine nach F i g. 1 und 2 Bezug genommen.

Auf dieser Maschine wird ein Rohr 10 gleichzeitig innen- und außenseitig bearbeitet, welches in den Lagern 13 feststehend gehalten ist und bei der die beiden Werkzeuge 14, 15 entsprechend der wendelförmig'^ Schweißnaht 11 rotieren und in Rohr-Längsrichtung verschoben werden.

An dem Maschinenbett 12 sind unterhalb und seitlich des zu bearbeitenden Rohres 10 jeweils mehrere in Rohr-Längsrichtung im Abstand hintereinander angeordnete Stützstempel als Lager 13 vorgesehen, die schräg nach oben und zueinander hin geneigt sind und dem Rohr 10 ein Auflager geben; immer zwei sich gegenüberliegende Stützstempel 13 stehen schräg nach oben und zueinander hin geneigt und greifen mit obenendigen Auflagestücken 13a an der Rohr-Außenseite an, so daB die beiden sich gegenüberliegenden Stützstempel 13 eine prismaartige Rohrauflage (Stützbock) bilden.

Diese Stützstempel 13 sind zum Ausgleich von evtL Unrundheiten der Rohre 10 in sich abgefedert ausgebildet in bevorzugter Weise von Druckmittelzylindern, wie Hydraulikzylindern, gebildet, die einerseits Rohrunrundungen ausgleichen und andererseits auf Rohre 10 mit in einem gewissen Bereich unterschiedlich großen Durchmessern einstellbar sind.

Auf dem Maschinenbett 12 lagert ein in Rohr-Längsrichtung verschiebbarer Führungsblock 16, der das Rohr 10 umfaßt und an dem das außenseitige Werkzeug 15 rotierend gehalten ist.

In einem Längenendbereich des Maschinenbettes 12

ist ein Getriebe 17 bzw. Getriebegehäuse 17 vorgese hen, das eine in Rohr-Längsrichtung verschiebbare

Vorschubspindel 18 (Gewindespindel) aufnimmt, die in

das Rohr 10 hineinfaßt und an ihrem freien Ende mittelbar das innere Werkzeug 14 trägt.

An dem Getriebe 17 lassen sich radial einstellbare

ίο Spannklauen 19 vorsehen, die in das Rohr 10 eingreifen und dieses zentrieren. Das außenseitige Werkzeug 15 ist mit seinem Antriebsmotor, wie Elektromotor, an einem Schlitten 21 gehalten, der in einer Schlittenführung 22 in radialer Richtung — im Abstand zum Rohrmantel — stufenlos veränderbar lagert. Diese Schlittenführung 22 greift mit einem Führungsstück 23 in eine kreisförmige umlaufende Führungsnut 24 mit hinterschnittenem Querschnitt, wie T-Querschnitt, schwalbenschwanzförmigen Querschnitt, des Führungsblockes 16 ein und ist in dieser Nut 24 um das Rohr iö herumlaufend gehalten. An dem FUhrungsblock 16 ist ein Zahnkranz (innenverzahnter Zahnkranz) 25 befestigt, in dem ein Zahnrad 26 kämmt. Das Zahnrad steht mit seiner Welle 27 mit der Schlittenführung 22 und einem eigenen Antrieb 28, wie Elektromotor, in Verbindung. Durch den Antrieb 28 wird die Welle 27 und somit das Zahnrad 26 angetrieben, welches sich an dem Zahnkranz 26 abwälzt und somit eine Umlaufbewegung der Schlittenführung 2.1 in der Nut 24 bewirkt, so daß auch damit das

Werkzeug 15 um das Rohr 10 außenseitig umläuft.

Der Antrieb 28 mit Zahnrad 26 werden durch die Welle 27 an der Schlittenführung 22 gehalten und laufen mit dieser um. Um das freie Ende der Vorschubspindel 18 ist ein Zahnkranz (innenverzahnter Zahnkranz) 29 angeordnet, der mittels Abstandshaltestreben 30 im Abstand um die Vorschubspindel 18 lagert. Diese Abstandshaltestreben 30 sind an einem Lager 31 befestigt, welches auf dem freien Ende der Vorschubspindel 18 lagert und diese in sich aufnimmt. Das Lager

*o 31 mit Streben 30 und Zahnkranz 29 bilden ein Gehäuse, in dem das innere Werkzeug 14 umläuft. Der Zahnkranz 29 stützt sich mit mehreren radialen Stützstempeln 32 auf der Innenfläche des Rohres 10 ab; zum Ausgleich von Rohr-Unrundungen bzw. für unterschiedlich große Rohr-Durchmesser sind die Stützstempel 32 in sich federnd ausgebildet und somit längenänderbar, vorzugsweise von längeneinstellbaren Mitteln, wie Druckmittelzylindern, gebildet Jeder Stützstempel 32 hat eine sich an der Rohr-Innenfläche abwälzende Rolle 32a. An der Stirnseite eines Verdrehteiles 31a des Lagers 31 ist eine Schlittenführung 33 befestigt die einen radial verstellbaren Schlitten 34 hält an dem ein Antrieb 35, wie Elektromotor, gelagert ist, der das innere Werkzeug 14 füV die Bearbeitung antreibt

Die Umlaufbewegung des inneren Werkzeuges 14 erfolgt durch einen gesonderten Antrieb 36, wie Elektromotor, der mit seiner Antriebswelle 37 an der Schlittenführung 33 gelagert ist und auf dieser Weile 37 ein mit dem Zahnkranz 29 kämmendes Zahnrad 38 hat

Das angetriebene Zahnrad 38 wälzt sich in dem

feststehenden Zahnkranz 29 ab und nimmt dabei über seine Welle 37 die Schlittenführung 33 und somit den

Schlitten 34 mit Werkzeug 14 mit Das Lager 31 mit Zahnkranz 29 ist unverdrehbar und

das an dem Lager 31 vorgesehene und um die Welle 18 fassende Verdrehten 31 a bildet mit der Schlittenführung 33 eine Vardreheinheh. Beide Werkzeuge 14, 15 werden gleichlaufend in

Längsrichtung des Rohres 10 verschoben. Das äußere Werkzeug 15 erhält seine Verschiebebewegung durch den Führungsblock 16, an dem ein Antrieb 39, wie Elektromotor oder Hydraulikmotor, gelagert ist, der mit einem Zahnrad 40 in einer Zahnstange 41 des Maschinenbettes 12 kämmt.

Das innere Werkzeug 14 wird durch Längsbewegung der Vorschubspindel 18 verschoben; diese Spindel 18 greift durch eine in dem Getriebe 17 drehbar gelagerte und in Spindel-Längsrichtung festgehaltene Mutter 42 mit Zahnrad 43 hindurch. Ein im Getriebe 17 gelagerter Antrieb 44, wie Elektromotor oder Hydraulikmotor, hat ein mit dem Zahnrad 43 kämmendes Ritzel 45, welches bei seiner Verdrehung eine Verdrehbewegung der Mutter 42 bewirkt, die wiederum durch ihre Verdrehung eine Längsverschiebung der Vorschubspindel 18 erreicht, so daß dadurch das innere Werkzeug 14 in Rohr-Längsrichtung verschoben wird.

Die Längsverschiebung beider Werkzeuge 14, 15 durch ihre Verschiebeieiie 16, 35, 4G₁ 4i bzw. 18, 42, 43, 44, 45 und deren Umlaufbewegung durch den eigenen Antrieb 28 bzw. 36 ist abhängig von der Steigung der Wendel-Schweißnaht 11.

Für das Abnehmen (Abfräsen) der Schweißnahtüberhöhungen 11a werden beide Werkzeuge 14, 15 in den getriebeseitigen Endbereich des Maschinenbettes 12 gefahren und dann ein Rohr 10 auf seinen Lagern 13,19 und in den endseitigen Spannmitteln 19 festgelegt. Nun erhalten die beiden Werkzeuge 14, 15 durch ihren eigenen Antrieb 20, 35 ihre Rotation und durch die Antriebe 28 und 36 ihre Umlaufbewegung um das Rohr 10 und durch die Antriebe 39,44 ihre Verschiebebewegung in Rohr-Längsrichtung, so daß sie entsprechend dem Verlauf der Wendel-Schweißnaht 11 gleichzeitig innen- und außenseitig die Schweißraupe Hj abarbeiten.

Da sich der Führungsblock 16 nahezu über die gesamte Länge des Maschinenbettes 12 verschiebt, müssen die in dessen Verschiebebereich hineinragenden Stützstempel 13 eingefahren werden, damit der Führungsblock 16 vorbei kann. Hierfür ist jedem Stützstempel 13 mindestens ein an dem Maschinenbett 12 festgelegter, elektrischer Schalter 46, wie mechanischer Endschalter, Fotozelle od. dgl, zugeordnet, der von dem Führungsblock 16 einen Impuls durch Anschlagen oder Überdecken erhält und dadurch den dem Führungsblock 16 vorgelagerten Stützstempel 13 einfährt Es wird somit immer nur der in den Bewegungsbereich des Führungsblockes 16 hineinragende Stützstempel 13 eingefahren und alle anderen Stützstempel 13 verbleiben in ihrer ausgefahrenen Rohr-Unterstützungsstellung. Hat der Führungsblock 16 den Bereich des eingefahrenen Stützstempels 13 passiert, fährt dieser durch den Schalter 46 betätigte Stützstempel 13 wieder in seine unterstützende Lagerstellung aus.

Nun wird Bezug auf die Ausführung nach F i g. 4 und 5 genommen. Hierbei führen die beiden Werkzeuge 14,15 keine Umlaufbewegung durch, sondern sie werden nur in Rohr-Längsrichtung in Abhängigkeit von der Steigung der Wendel-Schweißnaht 11 verschoben und das zu bearbeitende Rohr 10 macht die Drehbewegung. Das Rohr 10 stützt sich dabei wieder auf den stempelartigen Lagern 13 ab und ist mit einem Ende in einem angetriebenen Futter (Spannfutter) 47 gehalten, von dem es seine Drehbewegung erhält Die Stützstem pel 13 sind dabei für die Verdrehbewegung des Rohres 10 endseitig mit sich an dem Rohr-Außenmantel abwälzenden Rollen 13i> ausgestattet.

Das äußere Werkzeug 15 lagert mit seinem Antrieb 20 an dem Schlitten 21, der in der Schlittenführung 22 im Abstand zum Rohr 10 einstellbar bzw. veränderbar ist.

Diese Schlittenführung 22 ist auf einem weiteren Schlitten 48 gehalten, welcher in einer in Längsrichtung des Maschinenbettes i2 verschiebbaren Schlittenführung 49 quer zur Rohr-Längsrichtung verschiebbar und einstellbar gelagert ist.

Die Schlittenführung 49 dient zur Längsverschiebung des äußeren Werkzeuges 15 in Längsrichtung des Rohres 10, welche abhängig ist von der Umlaufgeschwindigkeit des Rohres 10 und der Steigung der Wendel-Schweißnaht 11. Die Schlittenführung 49 wird durch eine im Maschinenbett 12 drehbar gelagerte Vorschubspindel (Gewindespindel) 50 hin- und herbe wegt. Das innere Werkzeug 14 ist mit seiner Schlittenführung 33, dem Schlitten 34 und dem Antrieb 35 am freien Ende der in das Rohr 10 hineinfassenden, in Rohr-Längsrichtung verschiebbaren Vorschubspindel (Gewindespindel) 18 gelagert.

Der Antrieb beider Spindeln 18, 50 für die Vorschubbewegung der beiden Werkzeuge 14, 15 und die Verdrehbewegung des Rohres 10 erfolgt von einem gemeinsamen Antrieb 51, wie Elektromotor, und durch mehrere Übertragungsmittel: Antrieb 51 und Übertragungsmittel sind im Getriebe 17, welches ein Gehäuse bildet, angeordnet.
Der Antrieb 51 ist über einen Umschlingungs- oder Zahnradtrieb 52 mit einer Antriebswelle 53 gekoppelt, die mit einem Zahnrad 54 mit einem Zahnrad 55 kämmt, welches auf einer das Spannfutter 47 haltenden und verdrehenden Spindel 56 sitzt, die von der Vorschubspindel 18 durchfaßt wird. Auf der Welle 53 ist ein

weiteres Zahnrad 57 befestigt, das mit einem Übertragungszahnrad 58 einer parallel zur Spindel 18 und Welle 53 verlaufenden Welle 59 in Eingriff steht.

Ein zweites, auf dieser Welle 59 lagerndes Zahnrad 60 kämmt mit einem Zahnrad 61 eines Vorschubgetriebes 62, welches den Vorschub beider Spindeln 18 und 50 regelt.

Eine aus dem Vorschubgetriebe 62 heraitragende Antriebswelle 63 trägt ein Zahnrad 64, das einerseits mit einem Zahnrad 65 einer die Gewindespindel 18 formschlüssig umfassenden, drehbar und gegen Längsverschieben gesichert im Getriebe 17 angeordneten Mutter 66 für die Längsverschiebung der Gewindespindel 18 kämmt und andererseits über ein Zwischen.-ad 67 mit einem Antriebsrad 68 der Gewindespindel 50 für deren Verdrehung und die dadurch entstehende Verschiebung der Schlittenführung 49 in Eingriff steht (vgl. F ig. 5).

Für die Bearbeitung des Rohres 10 mit der Maschine nach Fig.4 und 5 wird die Schlittenführung 49 nahe dem Getriebe 17 und die innere Vorschubspindel 18 ebenfalls nahe dem Getriebe 17 in die Ausgangsstellung verfahren, so daß die beiden Werkzeuge 14,15 in ihrer Arbeits-Anfangsstellung stehen.

Nun läßt sich ein Rohr 10 in das Spannfutter 47 einspannen und auf den Lagern 13 abstützen. Danach wird der Hauptantrieb 51 in Betrieb gesetzt und die eigenen Werkzeugantriebe 20, 35 eingeschaltet Der Hauptantrieb 5 J bewirkt die axiale Verdrehung des Rohres 10 und gleichzeitig die Vorschubbewegung der beiden Werkzeuge 14,15, die dann bei der Rohrverdrehung sich gleichmäßig entsprechend der Wendelnaht-Steigung in Längsrichtung des Rohres 10 verschieben und die Nahtüberhöhung 11a außen- und innenseitig

abnehmen (abfräsen).

Die Nahtüberhöhung 11a soll so weit abgefräsi werden, daß die dann entstehende ebene Nahtfläche 116 mit der Aui3en- bzw. Innenfläche des Rohres 10 bündig verläuft. Um ein zu tiefes Abarbeiten der Nahtüberhöhung Ha zu verhindern, ist der Schlitten 21 bzw. 34 beider Werkzeuge 14, 15 mit einem Taster 69, wie Taststift, Tastrolle od. dgl. versehen, dessen Tastfläche an der Außen- bzw. innenfläche des Rohres 10 anliegt und gleichzeitig mit der arbeitenden Werkzeugfläche in einer Ebene liegt, so daß entsprechend der die Rohrwandung abtastenden Tastfläche des Tasters 69 das Werkzeug 14, 15 mehr oder weniger weit in Richtung Rohrwandung bewegt wird. Dieser Taster 69 fühlt insbesondere Unrundungen der Rohre 10 ab, durch die ggf. ein zu tiefes Abfräsen der Schweißraupe 11a entstehen könnte.

Der Schlitten 21, 34 ist über eine Ausgleichseinrichtung 70, wie Druckmittelzylinder, Federeinheit od. dgl., mit der Schlittenführung 22, 33 verbunden, die in ihrer Druckkraft größer als die erforderliche spanabhebende Arbeitskraft der Werkzeuge 14, 15 ist, so daß diese Druckeinrichtung 70 den Schlitten 2,, 34 mit dem Taster 69 immer unter Anlage an der jeweiligen Rohrfläche hält. Dir Taster 69 wirkt dieser, einerseits an der Schlittenführung 22,33 gelagerten und andererseits mit dem Schlitten 21, 34 verbundenen Druckeinrichtung 70 entgegen. Weiterhin ist der Antrieb 20, 35 jedes Werkzeuges 14, 15 an dem Schlitten 21, 34 um eine Schwenkachse 71 schwenkbar und einstellbar gelagert, mit der die Werkzeug-Drehachse entsprechend der Steigung der Wendel-Sc'nweißnaht 11 eingerichtet werden kann, so daß diese Werkzeug-Drehachse mit dem Verlauf (der Längsrichtung) der Spiralnaht 11 immer einen rechten Winkel einschließt

Durch die Abfräsung der Schweißnahtüberhöhungen lla innen- und außenseitig am Rohr 10 wird die Bruchdehnung des Rohres im Bereich der Schweißnaht U gegenüber einer nicht abgearbeiteten Schweißnaht 11 wesentlich erhöht.

In F i g. 8 und 9 der Zeichnung ist graphisch dargestellt, welche Werte sich bei einem Rohr 10 aus einem Stahl mit einer Streckgrenze von 49 kp/mm² und einem Durchmesser von 914,4 mm sowie einer Wandstärke von 14,5 mm ergeben, wenn dabei eine Probe P\ aus dem Grundwerkstoff (Materialbereich ohne Schweißnaht), eine Probe P2 aus der Schweißnaht 11 mit Schweißnahtüberhöhung lla und eine Probe Pj aus der Schweißnaht 11 mit abgenommener Nahtüberhöhung 11a genommen wird.

Die Bruchdehnung wird bei der entfernten Schweißraupe lla gegenüber der Schweißnaht 11 mit Schweißraupe lla z. B. um über 160% erhöht, was eine wesentliche Verbesserung in der Festigkeit des Rohres 10 ergibt

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Maschine sind insbesondere für die gleichzeitige spanabhebende Bearbeitung der Schweißnahtüberhöhung lla innen- und außenseitig an wendelförmig gtschveißten Rohren 10 bestimmt — es besteht jedoch die Möglichkeit, mit dieser Maschine auch längsgeschweißte Rohre gleichzeitig innen- um! außenseitig von der Nahtüberhöhung Ha zu befreien.

Die beiden Werkzeuge 14, 15 liegen in bevorzugter Weise sich gegenüber an der Außen- und Innenfläche des Rohres 10, so daß die Schweißnaht 11 an einer Stelle beidseitig bearbeitet wird.

Zu welchem Ausmaß das Vorhandensein von Kerben die Vergleichspannung erhöht, zeigt Fig. 10 als Funktion des Nahtsteigungswinkels φ, wobei die eingetragenen W—te aufgrund der nachfolgenden Gleichungen (1) — (4) berechnet wurden, die sich aus der Fig. 8 ergeben.

<V = o_u ■ sin² φ + o_r · cos²?»
20

Oy- = o_u ■ cos²?» + σ, · sin²}»

Γ./ ⁼ \O_U - σ,) · sin φ cos φ

Οχ = α_Κα ■ σ_χ·

Oy = Oy. + μ ■ α_Κα- O_x. .·. μ = 0,3

σ, = '/2 (σ, + Oy) + [¹A (σ_χ - σ_ν)² + r_tv2] ¹A ο_: - ¹Zi(O_x + Oy) - [^ι/*(σ_χ - Oy)² + τ_χν] ¹A

Die Kerbfaktoren οίκ<, von 7,32 bzw. a*_r von 4,16 entsprechen einer üblichen Schweißnahtkerbe von 1 mm Tiefe (t) und einem Kerbradius ρ (ro) von 0,1 mm und werden gemäß Neubers-Gleichungen berechnet, d.h.

XKo= 1+2(ί/ρ)'Λ

«■Kr = 1 +{ti Q)V 2

Die wesentliche Aussage der Fig. 10 besteht darin, daß die Schweißnaht beim Biegen oder Verlegen der Rohre einer Vergleichsspannung von o_r von 6,42 bis bzw. 4,8fachen Wert der Rohrlängsspannung (bei einem Schweißnahtwinkel ψ von 10° bis 45°) ausgesetzt wird.

Das bedeutet, daß unter diesen Umständen die

Werkstoffkennwerte, wie Streckgrenze im Bereich der Schweißnaht erheblich sich erhöhen. Dieses hat zur Folge, daß mit einem Zerstören der längsgeschweißten Rohre zu rechnen ist

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Verfahren zum Bearbeiten von Rohren mit wendeiförmiger Schweißnaht aus Stahl mit einer Streckgrenze von 40 bis 65 kp/mm², bei denen die Schweißnahtüberhöhung (Schweißnahtraupe) spanabhebend bis auf maximal die Rohrwandstärke abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnahtüberhöhung(11 »Jan der Innen- und an der Außenseite des auf Länge abgetrennten Rohres (10) gleichzeitig und jeweils an der gegenüberliegenden Schweißnahtstelle und dem Schweißnaht-Wendelverlauf folgend abgearbeitet wird.
2. Maschine zum Bearbeiten von Rohren mit wendeiförmiger Schweißnaht bei Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem die Schweißnahtüberhöhung spanabhebenden Werkzeug, wie Fräser, Schleifscheibe od. dgl, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Maschinenbett (12) mindestens ein das Rohr (10) lagemäßig haltendes Lager (13), wie Stützstempel und Spann- bzw. Zentrierfutter, und ein innerhalb des Rohres (10) und ein außerhalb des Rohres (10) liegendes, motorisch angetriebenes Werkzeug (14, 15) in Abhängigkeit von der wendeiförmigen Schweißnaht (11) in Rohr-Längsrichtung verschiebbar und dem Schweißnaht-Wendelverlauf folgend angeordnet sind und dabei die Werkzeuge (14,15) beiderseits der Rohr-Wandstärke sich gegenüberliegen und mit ihrer Drehachse im rechten Winkel zur Schweißnaht (11) stehen.
3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Werkzeuge {-'A, 15) mit jeweils einem eigenen Werkzeugantrieb (20, 35) um das in mehreren Lagern (13, 19) verdrehfest gehaltene Rohr (10) entsprechend der Wendel-Schweißnahtsteigung umlaufend und in Rohr-Längsrichtung verschiebbar vorgesehen sind und dabei auf dem Maschinenbett (12) ein in Bett-Längsrichtung durch einen Antrieb (39), wie Elektromotor, mit einem mit einer am Maschinenbett (12) angeordneten Zahnstange (41) kämmendes Zahnrad (40) verschiebbaren Führungsblock (16) angeordnet ist, der das äußere Werkzeug (15) umlaufend aufnimmt, und in einem Längenendbereich des Maschinenbettes (12) ein Getriebe (17) lagen, welches eine das innere Werkzeug (14) in Rohr-Längsrichtung verschiebbar und innenseitig am Rohr (10) umlaufend haltende Vorschubspindel (18) aufnimmt.
4. Maschine nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Rohr (10) umfassende Führungsblock (16) in einer um das Rohr (10) mit Abstand umlaufenden Führungsnut (24) eine Schiittenführung (22) mit einem daran im Abrtand zum Rohr (10) veränderbar gehaltenen, einen Werkzeugantrieb (20) mit Werkzeug (15) tragenden Schlitten (21) hält und die Schlittenführung (22) mit einem Antrieb (28) mit Zahm ad (26) an einem an dem Führungsbloek (16) befestigten Zahnkranz (25) umlaufend vorgesehen ist.
5. Maschine nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem freien, in das Rohr (10) hineinragenden Ende der Vorschubspindel (18) ein Lager (31) angeordnet ist, welches über Abstandshalter (30) einen Zahnkranz (29) hält, der sich mit mehreren radialen Stützstempeln (32), vorzugsweise in sich längenänderbar ausgebildeten, wie abgefederten oder von Druckmittelzylindern gebildeten StQtzstenipeln (32), mit Rollen (32a) auf der Innenfläche des Rohres (10) abstütet und mit dem ein motorisch angetriebenes Zahnrad (38) für die Umlaufbewegung des inneren Werkzeuges (14) kämmt
6. Maschine nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Lager (3i) ein verdrehbares Stirnteil (31a) angeordnet ist, das eine Schlittenführung (33) und einen darin radial veränderbaren Schlitten (34) mit Werkzeugantrieb (35) und innerem Werkzeug (14) aufnimmt und daß diese Schlittenführung (33) eine von einem eigenen Antrieb (36), wie Elektromotor, verdrehbare Welle (37) aufweist, die mit ihrem Zahnrad (38) für die Umlaufbewegung des inneren Werkzeuges (14) mit dem feststehenden Zahnkranz (29) in Eingriff steht
7. Maschine nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Vorschubspindel (18) von einer Gewindespindel gebildet ist, die für ihre Längsverschiebung formschlüssig in eine im Getriebe (17) drehbar und in Spindellängsrichtung iagegesichert gehaltene Mutter (42) eingreift welche mit einem Zahnrad (43) von einem Antrieb (44), wie Elektromotor, durch ein Zahnrad (45) in Drehbewegung versetzbar ist.
8. Maschine nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß als Rohrlager (13) mehrere, beiderseits des Rohres (10) vorgesehene und in Rohr-LängsriehUing im Abstand hintereinander angeordnete, in Längsrichtung längenänderbare, wie abgefederte oder von Druckmittelzylindern gebildete, Stützstempel vorgesehen sind, die an ihrem oberen Endbereich je ein an der Rohr-Außenfläche anliegendes Auflagerstück (13a) besitzen und von denen jeweils zwei sich gegenüberliegende, schräg nach oben und zueinander hin gerichtete Stützstempel (13) eine prismaartige Auflage für das Rohr (10) bilden.
9. Maschine nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß jedem Stützstempel (13) ein am Maschinenbett (12) befestigter, elektrischer Schalter (46), wie Endschalter, Fotozelle od. dgl, zugeordnet ist der in Abhängigkeit von der Verschiebebewegung des Führungsblockes (16) ein Zusammenfahren in eine den Verschiebeweg des Führungsblockes (16) freigebende Stellung und ein Auseinanderfahren in die Rohr- Lagerst ellung der Stützstempel (13) bewirkt.
10. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (10) axial drehbar in einem am Getriebe (17) vorgesehenen Spannfutter (47) gelagert und von mit obenendigen Rollen (i3b) an der Rohr-Außenfläche anliegenden Stützstempeln

(13) getragen ist und das innere Werkzeug (14) in Rohr-Umfangsrichtung feststehend an einer in Rohr-Längsrichtung verschiebbaren Vorschubspindel (18) gehalten und das äußere Werkzeug (15) in Rohr-Umfangrichtung feststehend an einem auf dem Maschinenbett (12) in Rohr-Längsrichtung verschiebbaren Schlitten (49) gelagert ist.
11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Getriebe (17) ein Hauptantrieb (51) angeordnet ist, der über Übertragungsmittel für den Antrieb des Spannfutters (47) und den Vorschub der Vorschubspindel (18) für das innere Werkzeug

(14) und einer maschinenbettseitigen Vorschubspin-

del (50) for das äußere Werkzeug (15) verbunden ist
12. Maschine nach Anspruch to qnd 11, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hauptantrieb (51), wie Elektromotor, Ober einen Umschlingungs- oder Zahnradtrieb (52) mit einer Antriebswelle (53) verbunden ist, die ein Zahnrad (54) trägt, welches mit einem Zahnrad (55) einer von der Vorschubspindel (18) durchfaßten und das Spannfutter (47) verdrehenden Spindel (56) kämmt, daß auf der Antriebswelle (53) ein weiteres, über ein Zahnrad (58) eine Welle (59) antreibendes Zahnrad (57) gelagert ist und die Welle (59) über einen Zahnradtrieb (60, Gi) mit einem Vorschubgetriebe (62) gekoppelt ist, welches einerseits Ober einen is Zahnradtrieb (64, 65) eine in dem Getriebe (17) drehbar und in Spindel-Längsrichtung lagegesichert gelagerte, mit der von einer Gewindespindel gebildeten Vorschubspindel (18) formschlüssig verbundenen Mutter (66) für die Vorschubspindel-Längsverschiebung antreibt, und andererseits über einen Zahnradtrieb (64, 67) mit einem 7ahnrad (68) der im Maschinenbett (12) drehbar gelagerten, von einer Gewindespindel gebildeten und den Schlitten (49) des äußeren Werkzeuges (15) längsverschiebenden Vorschubspindel (50) kämmt
13. Maschine nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Werkzeug (15) mit seinem Antrieb (20) an einem Schlitten (21) gelagert ist, der in einer Schlittenführung (22) im Abstand zum Rohr (10) bewegbar ist und diese Schlittenführung (22) über ein Schlittenteil (48) i.i einem auf dem Maschinenbett (12) gelagerten, von der Vorschubspindel (50) längsverschiebbaren Schlitten (49) im Abstand zum Rohr (10) einstellbar ist
14. Maschine nach den Ansprüchen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Werkzeug (14) mit seinem Antrieb (35) an einem Schlitten (34> gelagert ist, der an einer an der Spindel (18) gehaltenen Schlittenführung (33) radial bewegbar gelagert ist
15. Maschine nach den Ansprüchen 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (20, 35) des inneren und des süßeren Werkzeuges (14,15) um eine quer zur Rohr-Längsrichtung verlaufende Achse (17) schwenkbar und mit der Werkzeug-Drehachse rechtwinklig zum Längsverlauf der wendeiförmigen Schweißnaht (11) einstellbar ist
16. Maschine nach den Ansprüchen 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß der Schlitten (21, 34) mit einem die zu bearbeitende Rohrwandfläche abtastenden Taster (69), wie i'astrollen, Taststift od. dgl., ausgestattet ist der mit seiner Tastfläche mit der Arbeitsfläche des Werkzeuges (14,15) in einer in Rohr-Längsrichtung verlaufenden Ebene liegt und der Schlitten (21,34) unter Zwischenschaltung einer den Taster (69) gegen die Rohrwandung drückenden Einrichtung (70), wie Federeinheit, Druckmittelzylinder od. dgL in Richtung Rohrwandung verschiebbar an der Führung (22, 33) gelagert ist, wobei die Druckkraft der Druckeinrichtung (70) größer als die erforderliche spanabhebende Arbeitskraft der Werkzeuge (14,15) ist