DE4124689A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens zum beseitigen von formfehlern und abbauen schaedlicher eigenspannungen in laengsnahtgeschweissten rohrstraengen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Beseitigen von Formfehlern und Abbauen von Eigenspannungen in längsnahtgeschweißten Rohrsträngen mit einem Durchmesser < 16′′ durch Aufweiten des Rohres mittels eines innenliegenden Aufweitedornes.

Bei der zur Zeit üblichen Fertigung von WIG- und/oder Plasma­ längsnahtgeschweißten austenitischen und ferritischen Wärmetauscher- und Leitungsrohren werden fertigungsbedingt hohe Eigenspannungen in den Rohren erzeugt, die zu einer erhöhten Anfälligkeit gegen Spannungsrißkorrosion sowie zu einer elastischen Deformation, besonderes an den Rohrenden führen. Hohe Anforderungen nach Rohren mit guter Spannungsriß-Korrosionsbeständigkeit und mit engen Durchmesser- und Qualitätstoleranzvorgaben werden insbesondere aus dem Bereich der chemischen Industrie und für Wärmetauscher- und Kondensatorrohre gestellt, die in Abhängigkeit des Kühlwassers und/oder der entsprechenden aggressiven Medien korrosionsgefährdet sind. Die hohen Anforderungen an die Toleranzhaltigkeit sind auch wichtig im Hinblick auf die konstanten Bedingungen zum Einwalzen der Rohre in Lochplatten, z. B. bei Wärmetauschern. Auch für Fittingrohre ist, wegen der Paßgenauigkeit der zusammenzufügenden Bauteile, Toleranzhaltigkeit gefordert. Da ein spannungsrißfreies Rohr die Voraussetzung für die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion ist und die elastische Deformation im Rohrkörper und insbesondere an den Trennstellen zu minimieren ist, sind besondere Maßnahmen durchzuführen.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem von Spannungen und Unrundheiten ist seit langem, insbesondere an geschweißten Rohren mit größerem Durchmesser (< 16′′) erkannt. Derartige Rohre weisen nach dem Verschweißen der Naht Formabweichungen von unzulässiger Größe auf. Außerdem sind Spannungen vorhanden, die von den beim Schweißen auftretenden Temperaturbeanspruchungen herrühren. Die Spannungen lassen sich zwar durch geeignete Glühbehandlungen verringern, jedoch werden dabei die Unrundheiten noch verstärkt. Diese Formfehler beseitigt man bei Großrohren entweder durch intermittierendes mechanisches Aufweiten der Rohre mittels eines Spreizdornes oder mit Hilfe sogenannter Expander auf hydraulischem Wege. Dabei wird der Rohrwerkstoff genügend weit über die Fließgrenze beansprucht, also plastisch verformt (DE-AS 10 86 655). Dadurch werden die Unrundheiten beseitigt und etwa nach dem Glühen noch vorhanden gewesene Eigenspannungsspitzen abgebaut.

Die Anlagen zum Aufweiten von Rohren sind aber umfangreich, aufwendig und entsprechend teuer. Andere bekannte Maßnahmen wie Wärmebehandlung, spannungsarmes Richten, Recken usw. erfüllen nur unbefriedigend die heutigen Spezifikationen, die immer höhere Anforderungen an Maßhaltigkeit und Abbau von Eigenspannung stellen.

Ausgehend von den dargestellten Problemen und Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches geeignet ist, die insbesondere bei der Herstellung von schmelzgeschweißten Edelstahlrohren bis zu Durchmessern von 16′′ auftretenden Eigenspannungen abzubauen und ein maßkalibriertes Rohr zu schaffen, welches den derzeitig hohen Anforderungen an Toleranz und Korrosionsbeständigkeit entspricht.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Aufweiten des Rohrstranges kontinuierlich in einem solchen Maß erfolgt, daß in Umfangsrichtung vorhandene Eigenspannungen weitestgehend abgebaut werden.

Entgegen den bisherigen Vorschlägen nach dem Stand der Technik, die ausschließlich ein diskontinuierliches intermitierendes Aufweiten des Rohres oder der Rohrenden vorsah, wird durch die Erfindung vorgeschlagen, das Aufweiten des Rohrstranges kontinuierlich durchzuführen. Eine Umwandlung vorhandener Restspannungen von Zug- und Druckspannungen ist hinsichtlich der Korrosionsgefahr unschädlich. Die Druckspannungen dürfen jedoch nicht ein Maß überschreiten, bei dem die Maßhaltigkeit des Rohres beeinträchtigt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens an einer Längsnahtrohrschweißanlage mit auslaufseitiger Transporteinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Aufweitedorn in Durchlaufrichtung des geschweißten Rohrstranges hinter der Transporteinrichtung an einer Dornhaltestange gehalten ist, welche vor der Schweißeinrichtung - den Spalt des zusammenzuführenden Rohres durchgreifend - befestigt ist. Bei längsnahtgeschweißten Rohren ist die Befestigung der Dornstange in dem Bereich vor der Schweißeinrichtung leicht möglich, weil der vorhandene Spalt vor dem Zusammenschweißen das Durchgreifen der entsprechend geformten Dornstange erlaubt. Die Dornstange reicht durch den Bereich der Schweißeinrichtung und der Transporteinrichtung hindurch und trägt an ihrem freien Ende den Aufweitedorn.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der Dornhaltestange ein Dichtring befestigt ist, der, an der Rohrinnenoberfläche gleitend, einen Schmiermittelraum zwischen dem Aufweitedorn und dem Dichtring abschließt. Auf diese Weise läßt sich, z. B. durch die Dornstange hindurch, der Schmiermittelraum mit einem Medium füllen, das sich während des Rohraufweitevorganges zwischen die Rohrinnenoberfläche und den Aufweitedorn drückt und das Aufweiten erleichtert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in grob vereinfachter Darstellung das Schweißen und Aufweiten eines längsnahtgeschweißten Rohrstranges und

Fig. 2 den Bereich des Aufweitedornes im vergrößerten Maßstab.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Rohrstrang bezeichnet, wobei aus einem bandförmigen Vormaterial in einer WIG-Schweißeinrichtung ein geschlossenes Rohr geformt wird. Durch anschließende Kalibriergerüste 3 wird das während des Schweißvorganges durch Spannungen verformte Rohr im wesentlichen kalibriert, weil ein kreisrunder Querschnitt anzustreben ist.

Da infolge der beim Schweißen entstehenden starken Spannungszustände eine gleichmäßige Querschnittsform des Rohres durch bloßes Kalibrieren nicht zu erreichen ist und starke innere Zugspannungen im Rohr wirksam sind, ist das erfindungsgemäße kontinuierliche Aufweiten des Rohrstranges 1 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist am freien Ende 4 der Dornhaltestange 5 ein Aufweitedorn 6 angeordnet, dessen Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des geschweißten Rohrstranges 1. Die Dornhaltestange ist durch die Kalibriergerüste 3 und durch den Schweißbereich 2 hindurchgeführt und bei 4 außerhalb des Rohrstranges befestigt. Zu diesem Zweck ist ein Halteteil 7 der Dornstange 5 durch den Spalt im Rohrstrang 1 hindurchgeführt, der vor der Schweißeinrichtung noch vorhanden ist.

In Fig. 2 ist der Aufweitedorn 6 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, ist auf der Dornstange 5 im Abstand von ihrem den Aufweitedorn tragenden freien Ende 4 ein Dichtring 8 angeordnet, der, an der Innenoberfläche 9 des aufzuweitenden Rohrstranges 1 gleitend, einen Raum 10 zwischen dem Aufweitedorn 6 und dem Dichtring 8 abschließt. Dieser Raum 10 ist mit einem Schmiermittel wie Öl oder dergleichen gefüllt, welches während des Aufweitens des Rohrstranges 1 in den Spalt 11 zwischen dem Rohrstrang 1 und dem Aufweitedorn 6 eindringt und dort durch seine Gleitwirkung den Aufweitevorgang erleichtert.

Das nach diesem Verfahren und mit dem Aufweitedorn aufgeweitete Rohr ist derartig plastisch verformt, daß Zugspannungen mit Sicherheit in Umfangsrichtung des Rohres nicht mehr vorhanden sind, sondern allenfalls Druckspannungen auftreten, die jedoch gleichmäßig im Rohr verteilt sind und unschädlich sind. Der Querschnitt des Rohres ist kreisrund kalibriert, Spannungsrisse können nicht mehr entstehen.

Claims (3)

1. Verfahren zur Beseitigung von Formfehlern und Abbauen schädlicher Eigenspannungen in längsnahtgeschweißten Rohrsträngen durch Aufweiten des Rohres mittels eines innenliegenden Aufweitedornes, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweiten des Rohrstranges kontinuierlich in einem solchen Maß erfolgt, daß in Umfangsrichtung vorhandene Eigenspannungen weitestgehend abgebaut werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 an einer Längsnahtrohrschweißanlage mit auslaufseitiger Transporteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufweitedorn (6) in Durchlaufrichtung des geschweißten Rohrstranges (1) hinter der Transporteinrichtung (3) an einer Dornhaltestange (5) gehalten ist, welche vor der Schweißeinrichtung (2), den Spalt des zusammenzuführenden Rohres durchgreifend, befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Dichtring (8), der auf der Dornhaltestange (5) befestigt ist und an der Rohrinnenoberfläche (9) gleitend einen Schmiermittelraum zwischen dem Aufweitedorn (6) und dem Dichtring (8) abschließt.