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Verfahren zur Herstellung geschweißter Rohre aus Bandmaterial Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschweißten Rohren aus Bandstahl,
wobei die sich berührenden Kanten des rohrförmig gebogenen Bandes durch Stumpfschweißüng
miteinander verbunden sind. Es ist bekannt und empfehlenswert, die S tumpfschweißung
in einer Schutzgasatmosp!häre durchzuführen..
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Die Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß der Rohrkörper vor
dem Schließen der Schweißnaht mittels Preßschweißung längs der Stoßfuge durch Punktschweißung
geheftet wird. Durch diese punktweise Heftung des rohrförmig gebogenen Werkstücks
wird dessen Handhabung bei der Vervollständigung der Nahtsdhweißung erleichtert.
Dies gilt insbesondere für die Herstellung von Rohren mit geringem Durchmesser und
geringer Wandstärke. Es besteht somit volle Gewähr dafür, daß die noch nicht durch
Schweißung verbundenen Stoßstellen der Naht genau zueinander gerichtet sind und
in der richtigen Lage festgehalten werden.
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Die durch die Punktschweißung geschaffenen Heitsteellenm dienen außerdem
als Mittelpunkte der Umkristallisation bei der plastischen Verformung während des
Preßschweißungsvorganges. - Das Kristallwachstum erstreckt sich von den Heftstellen
aus nach allen Richtungen; es ist daher lediglich erforderlich, den Abstand der
Heftstellen so zu bemessen, daß die dazwischenliegenden, noch nicht durch Sdhweißung
verbundenen Stoßstellen
bei dem Kristallwachstum überbrückt werden
und ein vollständiger Abschluß der Längsnaht verwirklicht wird.
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Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden; in
dar Zeichnung zeigt Fig. i das Schema einer Vorrichtung zur Herstellung von Rohren
aus Bandstahl, Fig.2 ein Rohrstück nach Durchführung der Heftschweißung, Fig. 3
ein Rohrstück nach teilweiser Durchführung der Preßschweißung, Fig. q. ein Rohrstück
nach Abschluß der Preßsch-weißung, Fig. 5 ein fertiggeschweißtes Rohrstück in perspektivischer
Darstellung, Fig. 6 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung eines Rohrstücks mit anderer
Gestaltung der Stoßkanten, Fig. 7 eine weitere der Fig. 2 ähnliche Darstellung eines
Rohrstückes, wobei die Stoßkanten abweichend von Fig. 6 gestaltet sind, Fig. Seine
Darstellung, welche die Struktur des niedriggekohlten Stahlmaterials an einer Zwischenstelle
zwischen zwei benachbarten Heftstellen und vor der Fertigstellung der Naht erkennen
läßt, Fig.9 eine der Fig.8 ähnliche Darstellung, welche die Struktur einer Zwischenstelle
nach dem Ausglühen, aber noch vor der Fertigstellung der Naht wiedergibt, Fig. io
eine den Fig. 8 und 9 ähnliche Darstellung, welche die Kristallstruktur einer Zwischenstelle
nach Fertigstellung der Naht erkennen läßt.
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Nach Fig. i enthält die Einrichtung zum Formen eines Rohres eine Anzahl
von Formwalzen i, die Bandstahle von einem Haspel 3 abziehen und in die Rohrform
5 umformen. Bevor die Naht des Rohres geschlossen wird, wird ein inertes oder reduzierendes
Gas durch ein Rohr 6 in das Rohr 5 eingeführt, um die Oberfläche zu reinigen, die
Oxyde zu .reduzieren bzw. die Bildung von Oxyden zu verhindern.
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Hinter dem Verformungswalzwerk befinden sich rotierende Elektroden
8 für die Ausführung einer elektrischen Widerstandsschweißung. Diese Elektroden
erfassen das Rohr beiderseits der Naht unter Druck, und das Rohr wird durch Gegen
druckwalzen genalten. Die Elektroden 8, welche vorzugsweise mit Wechselstrom gespeist
werden, schweißen die Kanten stellenweise zusammen. In Fig. 2 sind diese Stellen,
durch gestrichelte Kreise io angedeutet, während die Stoßstellen der Kanten zwischen
den punktgeschweißten Stellen mit 1 i bezeichnet sind. Diese Stoßstellen sind noch
nicht geschweißt, aber die mit 12 bezeichnete ganze Naht ist durch eine genaue Ausrichtung
der Kanten festgelegt, und die Stoßstellen werden in der richtigen gegenseitigen
Lage gehalten. Die Frequenz des Wechselstromes und die Geschwindigkeit der Werkstücksbewegung
sind so aufeinander abgestimmt, daß die Heftschweißstellen genaue Abstände voneinander
haben. Je höher die Frequenz ist, desto schneller kann das Werkstück bei Einhaltung
eines bestimmten Abstandes bewegt werden. Hinter den Elektroden 8 befindet sich
eine Einrichtung zum Erhitzen des - Rohres längs der Naht und zur Fertigstellung
der Nahtschw°ißung. Es ist dazu eine elektrische Widerstandsheizvorrichtung vorgesehen,
welche in einem Gehäuse 15 mit Zuführung 16 besteht, in welchem zweckmäßig walzenförmige
Elektroden 17, 18 und i9 gelagert sind. Jeder dieser Elektroden ist eine Stützwalze
zugeordnet. E.inTransformator 16' ist mit dem einem Wicklungsende an die mittlere
Elektrode 18 und mit dem andern Ende an die vordere Elektrode 17 und die hintere
Elektrode i9 angeschlossen. Bei dieser Anordnung durchfließt der elektrische Strom
das Rohr in der Längsrichtung, so daß das ganze Rohr ziemlich gleichmäßig erhitzt
wird.
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Unmittelbar hinter den Elektroden und vorzugsweise noch in dem Gehäuse
15 ist ein Paar Reduzierwalzen 2o angeordnet, welche eine plastische Verformung
des Werkstückes besorgen. Gewünschtenfalls können auch zwei oder mehrere Reduzierwalzenpaare
vorgesehen sein. Das inerte oder reduzierende Gas wird vorzugsweise in das Gehäuse
15 eingeführt. Hierfür ist ein Rohr 21 vorgesehen. Das Gas kann an dem Stutzen 16
entweichen und dabei gegebenenfalls verbrennen.
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Hinter der Heizeinrichtung liegt eine Kühleinrichtung mit Kühlwassermantel,
der von einem inneren Durchgangsrohr 22 und einem äußeren Mantel 23' begrenzt ist.
Das Kühlwasser kann bei 24-eintreten und bei 26 austreten. Der Auslaß des Kühlers
kann bei 31 verengt sein, um an dieser Stelle den Gasaustritt zu verhindern. Hinter
dem Kühler sind geeignete Vorschub- und Kaliberwalzen 30 vorgesehen.
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Die in Fig. 2 veranschaulichte Heft- oder Punktschweißung hält im
Bereich der Stoßstellen i I die Rohrkanten in der richtigen Lage zueinander und
verdrängt Oxyde, absorbierte Gase, Schmutz u. dgl., die sich. an den die Heftstellen
bildenden Flächen befinden; sie bildet zugleich Mittelpunkte, von denen aus die
Umkristallisation bei einer angemessenen Temperatur und bei einer plastischen Verformung
fortschreitet, um die Verbindung der Stoßstellen zur geschlossenen Naht fertigzustellen.
Die Heftschweißungen sind in einem solchen Abstand voneinander ausgeführt, daß sich
das Wachstum der Umkristallisation von einer Heftstelle zur nächsten erstrecken
kann. Die Heftstellen können praktisch etwa 6 'bis 8 mm voneinander entfernt sein,
damit bei einer Erhitzung des Werkstückes auf etwa 1315° C der von den Reduzierwalzen
2o ausgeübte Druck eine plastische Verformung mit ausreichendem Kornwachstum veranlassen
kann: Dieses Komnwarih:stum verläuft sehr schnell und läßt sieh nur schwer beeinflussen.
Eine starke Hemmung besteht aber, wenn Verunreinigungen zu überwinden sind.
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In Fig.3 veranschaulichen die getüpfelten Flächen 35 ein Zwischenstadium
des Kristallwachstums, während nach Fig. q. die Umkristallisierung äuf der ganz
getüpfelten Fläche 36 beendet igt. Die Kristalle sind über die ursprünglich ungeschweißten
Stoßstellen gewachsen. Die ursprünglichen
Mittelpunkte io der Umkristallisation
sind in Fig. 3 und 4 noch dargestellt; in Wirklichkeit jedoch sind diese Heftschweißungen
an dem fertigen Rohr gemäß Fig. 5 nicht mehr erkennbar.
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Wenn das Rohr gleichförmig erhitzt wird, wird die plastische Verformung
im wesentlichen gleichförmig über den Umfang des Rohres verteilt sein. Praktisch
genügt jedoch die plastische Verformung in der unmittelbaren Nachbarschaft der Naht.
Wenn das Metall nun in der Nähe der Naht erhitzt und plastisch verformt wird, kann
der Hauptteil der Durchmesserverringerung des Rohres in dem Bereich der Naht konzentriert
werden. Es ist daher möglich, bei dem Schweißvorgang die Erhitzung des Rohres auf
die Nahtzone zu beschränken.
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Diese Möglichkeit hat besondere Bedeutung z. B. bei der Herstellung
von dünnwandigen Rohren; das geheftete, auf dem ganzen Umfang bis zu der für die
U.mkristalliseion erforderlichen Temperatur erhitzte, Rohr würde keine ausreichende
Festigkeit besitzen. Die auf die Nahtzone beschränkte Erhitzung ist jedoch ungefährlich.
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Die Fig. 6 veranschaulicht einen Weg zur Durchführung der örtlichen
Erhitzung. Hier haben die Kanten des Rohres 5b die Form einer übertrieben dargestellten
Bogenreihe. Die Kanten setzen sich aus Teilen 40, die aneinanderstoßen und durch
Punktschweißung verbunden sind, und Teilen 41, die voneinander Abstand haben, zusammen.
Wenn dieses Rohr erhitzt und einer Pressung ausgesetzt wird, wird in dem Bereich
der Heftstellen io eine verhältnismäßig weitgehende plastische Verformung eintreten
und eine gute örtliche Umkristallisation stattfinden. Die plastische Verformung
ist derart, daß die offenen Stellen geschlossen werden.
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Eine andere Ausführungsart ist in Fig.7 dargestellt, wo die zusammenstoßenden
Kanten mit kleinen Auszackungen 42 versehen sind. Diese Kanten werden zunächst durch
Heftschweißungen io verbunden; die anschließende plastische Verformung läßt sich
bei der Fertigstellung des Rohres nicht leicht örtlich begrenzen, da die Vorsprünge
oder Zacken verformt und mehr oder weniger flach gedrückt werden.
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Die Fig. 8, 9 und io zeigen Nachbildungen von Mikrophotographien bei
ioofacher Vergrößerung und lassen die Kornstruktur erkennen. Die Trennungslinie
der Stoßstellen, welche zwischen den Heftstellen liegen, ist aus Fig.8 erkennbar.
In Fig 9 sind die gleichen Stoßstellen vor dem Schweißen und nach. der Wärmebehandlung
bei ungefähr 8i5° C dargestellt. Die Trennungslinie der Stoßstellen ist auch hier
aus der unterschiedlichen Kristallstruktur .erkennbar. Der gleiche Bereich ist in
Fig. io nach dem Schweißen und einer darauffolgenden Glühung bei ungefähr ii5o°
C gezeigt. Strukturelle Unterschiede an der Nahtfläche sind nicht mehr zu erkennen.