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Verfahren zur Herstelung eines doppelwandigen Rohres
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Rohren und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Rohren, deren Wandstärke im Verhältnis zum
Rohrdurchmesser verhältnismässig gross ist, so dass die Rohre hohem Innendruck standhalten und im übrigen grosse Widerstandsfähigkeit auf- weisen.
Zur Herstellung doppelwandiger Rohre ist bereits vorgeschlagen worden, ein Innenrohr mit offener Naht in ein äusseres Rohr einzufügen und danach das Aussenrohr zwecks Festlegung des Innenrohres und Zusammenpressung seiner Stossflächen zu verjüngen. Das Aussenrohr kann bei der Einfügung des Innenrohres längs seiner Naht noch offen sein ; die Naht wird in diesem Fall nachträglich geschlossen. Bei dieser bekannten Verfahrensart wird von als Vollzylinder ausgebildeten Rohren ausgegangen. Die Verjüngung beschränkt sich auf das Aussenrohr.
Die Erfindung hat mit dem vorerwähnten bekannten Verfahren die Einfügung eines Innenrohres mit offener Naht in ein äusseres Rohr und die anschliessende Verjüngung des gegebenenfalls nachträglich geschlossenen Aussenrohres gemeinsam. Die Besonderheit der Erfindung besteht nun zunächst darin, dass das Innenrohr als vorgebogene Rinne mit breitem Längsspalt in das Au- ssenrohr eingesetzt wird. Dieser breite Längsspalt erleichtert die Einführung des Innenrohres in das Aussenrohr. Infolge der Federung des Innenrohres werden Verkantungen, die das Einschieben erschweren oder sogar verhindern könnten, vermieden.
Da der breite Längsspalt eine entsprechend grosse Aufweitung der das Innenrohr bildenden Rinne bedingt, so besteht die Möglichkeit, die Rinne ohne Beeinträchtigung der leichten Einführungsmöglichkeit so in das Aussenrohr einzufügen, dass sie bei den Bearbeitungsvorgängen ihre Lage innerhalb des Aussenrohres beibehält. Die Ausstattung der Rinne mit breiter öffnung its ausserdem deshalb vorteilhaft, weil bei der Verjüngung des Aussenrohres eine starke Relativbewegung zwischen den beiden Rohrteilen zustande kommt, welche ein Aneinanderschmiegen der einander zuweisenden Rohrflächen er- leichtert und dadurch eine optimale Flächenpres- sung zwischen den heiden Rohrkörpern fördert.
In weiterer Ausbildung empfiehlt die Erfindung, das Aussenrohr und das Innenrohr nach Schlie- sung des Innenrohr-Längsspaltes gemeinsam weiter zu verjüngen. Der aus den beiden Rohrkörpern gebildete Verband erhält dadurch eine noch stärkere Zusammenfügung und eine entsprechend höhere Festigkeit.
Weitere Empfehlungen der Erfindung beziehen sich auf die Einfügung von Bindemetall zwischen den Stossflächen und Anpressflächen, wobei das Bindemetall im Voraus als Beschichtung auf die in Frage kommenden Flächen aufgetragen wird. Das auf der Anpressfläche befindliche Bindemetall erleichtert im übrigen den Festigungvorgang, da es wegen seiner geringen Härte bei der Relativbewegung der Anpressflächen als Schmiermittel wirkt.
Für die Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens kann das Aussenrohr aus einem eisenhaltigen Metall, z. B. einem geeigneten Stahl bestehen ; auch das Innenrohr kann in gleicher Weise aus Stahl bestehen.
Ausser Stahl können auch andere Materialien für die Rohrfertigung Verwendung finden. Das äussere Rohr oder das innere Rohr kann aus Monel-Metall gefertigt werden, je nachdem, ob das fertige Rohr aussen oder innen eine hohe Korrosionsfestigkeit besitzen soll. Als Bindemetall kann neben Kupfer beispielsweise Lotmetall, insbeson- dere Hart-tLotmetall Verwendung finden, z. B. eine Silberlegierung mit verhältnismässig hoher Temperaturbeständigkeit.
Bei vorheriger Beschichtung eines oder beider Rohrteile mit Bindemetall genügt eine einzige Wärmebehandlung bzw. ein einziger Verlötungsvorgang um die Stoss- und Anpressflächen miteinander zu verbinden oder zusammenzulöten. Die Beschränkung der Erwärmung oder der Lötung auf einen einzigen Vorgang ist im Sinne der Erfindung wesentlich. In Verbindung mit der Rohrfestigung ist die Versorgung von Nahtstellen mit Bindemetall bekannt. Nach einem älteren Vorschlag zur Herstellung doppelwandiger Roh-
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hiebei keine Verjüngung des zusammengesetzten Rohres stattfindet, kann das Bindemetall lediglich eine Nahtülberbrückung nicht aber eine gefügemässige Verbindung der Stossflächen bewirken.
Eine gefügemässige Verbindung der einander zuweisenden Anpressflächen der beiden Rohrkörper besteht ebenfalls nicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren und das damit erzielbare Erzeugnis sollen an Hand der Zeichnung noch näher erläutert werden ; in der Zeichnung zeigt : Fig. 1 den Querschnitt eines Aussenrohres mit Längs-Schweissnaht ; Fig. 2 den Querschnitt des Aussenrohres nach dem ersten Be- handlungsvorgang ; Fig. 3 eine, der Fig. 2 entsprechende Querschnittsdarstellung, wobei eine vorgebogene Rinne in das Aussenrohr eingesetzt ist : Fig. 4 einen vergrösserten Teilquerschnitt der vorgebogenen Rinne gemäss Fig. 3 mit Darstellung des Überzugs auf der Aussen- und Innenseite der Rinne ; Fig. 5 einen Querschnitt durch das zusammengesetzte Rohr nach Durchführung des Ziehvorgangs ;
Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Querschnittsdarstellung, nachdem das Rohr eine Wärmebehandlung erfahren hat und die Zwischenflächen miteinander verbunden worden sind ; Fig. 7 einen Querschnitt des fertigen, auf die endgültige Grösse verjüngten Rohres.
Für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein Aussenrohrteil vorbereitet, welcher der Darstellung gemäss Fig. 1 entsprechen kann. Ein solcher Rohrteil wird zweckmässig aus einem Metallstreifen, z. B. einem Stahlband gefertigt, u. zw. durch entsprechende Verformung, so dass ein Rohrkörper 1 entsteht. Die Längskanten des Streifens stossen stumpf aneinander und werden längs der Naht 2 zusammengeschweisst.
Das geschweisste Rohr weist einen Innenwulst 3 auf, welcher unter dem Einfluss der Wärme und des Druckes bei der Schweissung der Naht 2 durch Stauchung des Metalls entsteht. Auch auf der Aussenseite des Rohres kann ursprünglich ein Längswulst an der Naht bestanden haben, die durch Metallstauchung gebildet wurde. Ein solcher Aussenwulst lässt sich aber leicht abtragen, so dass die Aussenfläche gemäss Fig. 1 entsteht.
Für die Herstellung eines Rohres gemäss Fig. 1 kann man eine elektrische Rohrschweissmaschine bekannter Art verwenden.
Das Rohr 1 wird nunmehr einem Ziehvorgang unterworfen, wobei das Rohr durch eine Matrize und über einen Dorn geführt wird. Der wesentliche Zweck dieses Ziehvorgangs besteht darin, dass durch Verdrängung des den Innenwulst 3 bildenden Metalls die Innenfläche des Rohres geglättet wird. Auf diese Weise erhält das Rohr eine auf dem gesamten Umfang gleichmässig glatte Fläche.
Danach wird ein Metallstreifen 5 in das Rohr 1 eingesetzt. Dieser Metallstreifen hat die Form einer Rinne, welche derart vorgebogen ist, dass
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stand voneinander haben, wie es bei 6 in Fig. 3 veranschaulicht ist. Der Metallstreifen 5 ist mit
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auf seiner Aussenfläche 8. Zweckmässig ist es jedoch, dass auch die Innenfläche 9 mit einem Überzug aus Bindemetall ausgestattet wird. Auf diese Weise enthält das äussere Rohr 1 einen noch
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Rohr-Werkstück.
Der nächste Schritt bei dem erfindungsgemä- ssen Verfahren besteht darin, dass das zusammengefügte Gebilde gemäss Fig. 3 einer Treibbehandlung unterworfen wird. Bei diesem Vorgang wird das zusammengesetzte Gebilde durch eine Matrize hindurchgezogen, welche an der Aussenseite des Rohres 1 angreift und den Durchmesser desselben verkleinert. Ein innerer Dorn findet hiebei keine Verwendung. Bei dieser Behandlung bleibt die Wandstärke der Rohrteile im wesentlichen erhalten. An Stelle der Treibbehandlung zur Verringerung des Durchmessers des äusseren Rohrteils, kann auch eine andere Behandlungsart Anwendung finden, beispielsweise eine Einschnürung oder ein Walzvorgang.
Die Verjüngung des Rohres 1 wird so durchgeführt, dass die innere, vorgebogene Rinne 5 zusammengedrückt und in eine geschlossene Rohrform überführt wird, wobei die Stossflächen der Rinne 5 gegeneinander ! gedrückt und zur Deckung gebracht werden, wie es bei 11 in Fig. 5 veranschaulicht ist. Dabei liegen die Aussenseite des inneren Rohrteils 5 und die Innenseite des Aussenrohres 1 dicht aneinander, wie es bei 12 in Fig. 5 gezeigt ist. Der Treiboder Ziehvorgang ist in der einschlägigen Technik an sich bekannt, so dass sich die Darstellung der dazu erforderlichen Matrize erübrigt.
Danach wird der zusammengesetzte Rohrkör- per einer Wärmebehandlung unterworfen. Wenn Kupfer oder ein Hartlotmetall verwendet werden, so bezeichnet man diese Wärmebehandlung überlicherweise als Hartlötung. Dabei wird ein zusammengesetztes Rohrstück zweckmässig in der Längsrichtung durch eine Erwärmungszone ge- : führt, wobei die auf den Rohrkörper übertragene Temperatur genügend hoch ist, um das Bindemetall zu schmelzen. Dieses Bindemetall befindet sich bereits zwischen den Wandteilen. Ein Teil des flüssig gemachten Bindemetalls dringt unter dem Einfluss der Kapillarität zwischen die einander zuweisenden, die Naht 11 begrenzenden Flächen, so dass ein Teil des Bindemetalls die zylindrische Fuge zwischen den Wandteilen verlässt.
Die einander zuweisenden, die Naht 11 bil- denden Flächen können jedoch eine Saugwirkung auf das Metall des Oberzugs 9 (Fig. 4) ausüben, so dass eine ausreichende Versorgung mit Bindemetall gewährleistet ist. Bei Verwendung von Kupfer als Bindemetall ist die Naht um so zuverlässiger, je fester die die Fugen 11 und 12 begrenzenden Flächen gegeneinander gepresst werden. Es hat den Anschein, dass das geschmolzene Kupfer um so leichter in die Fugen
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eindringt, je fester die Längskanten aneinander gepresst werden.
Damit ist der Rohrkörper fertig. Das Rohr kann auf jede gewünschte Grösse verjüngt werden, z. B. mittels eines Treibvorgangs, wobei das Rohr durch eine Matrize geschoben wird, welche auf die Aussenseite des Rohres einwirkt und dadurch den Aussendurchmesser des Rohres verkleinert. Bei diesem Vorgang wird auch der Innendurchmesser des Rohres verkleinert ; die Wandstärke bleibt jedoch im wesentlichen erhalten.
Das folgende Beispiel, welches jedoch keine einschränkende Bedeutung haben soll, mag zur zusätzlichen Erläuterung dienen.
Das geschweisste Rohr gemäss Fig. 1 kann zunächst mit einem Aussendurchmesser von rund 0, 625" und einer Wandstärke von rund 0, 049"
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Matrize und eines Dorns verjüngt, so dass ein Rohr mit einem Aussendurchmesser von 0, 535" und einer Wandstärke von rund 0, 042" erhalten wird. Die Rinne 5 kann eine Breite von rund 1, 132" und eine Stärke von 0, 035" aufweisen.
Wenn für die Beschichtung Kupfer verwendet wird, so kann die Beschichtungsstärke einem Auftrag von 60g Kupfer pro m2 beschichteter Rohrfläche entsprechen. Das gemäss Fig. 3 zusammengesetzte Rohrgebilde wird dann einem Treilbvor- gang unterworfen, Ibis ein Aussendurchmesser zwischen 0, 433" und etwa 0, 450" erreicht ist. Das fertige und gemäss Fig. 7 verjüngte Rohr kann einen Aussendurchmesser von rund 0, 220", eine Wandstärke von rund 0, 066" und einen Innendurchmesser von 0, 088" haben. Bei Verwendung von Kupfer und Fertigung der Rohre aus Stahl beträgt die Temperatur für die Durchführung der Hartlötung rund 11200 C.
Es empfiehlt sich, die miteinander in Berührung kommenden Flächen, die miteinander verbunden werden sollen, vor Einführung des Rohrteils 5 in das äussere Rohr zu reinigen, um CM, Schmutz, Oxyde und andere Fremdstoffe zu entfernen. Die endgültige Wandstärke des Rohres kann leicht durch entsprechende Auswahl des Ausgangsmaterials für den inneren Rohrteil im voraus festgelegt werden.
Da nur ein einziger Hartlötvorgang durchgeführt wird, um sämtliche, einander zuweisenden Flächen miteinander zu verbinden, u. zw. sowohl die einander zuweisenden Flächen der beiden Rohrteile, als auch die Flächen an den zusammenstossenden Längskanten des inneren Rohrteils, so kann kein Mangel an Bindemetall auftreten.
Das ist von besonderer Bedeutung bei Verwendung von Kupfer als Bindemetall. Wenn mehr als eine Wärmebehandlung oder Hartlötung angewendet wird und die Rohrteile aus eisenhaltigem Metall bestehen, während Kupfer als Bindemetall Verwendung findet, so kann das Kupfer
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spanne derart eindiffundieren, dass das Kupfer den Verbindungsstellen mehr oder weniger entzogen wird und diese Verbindungsstellen geschwächt werden. Das kann so weit gehen, dass die Verbindung zwischen den einander zuweisenden Flächen verlorengeht. In Anbetracht dieser Umstände ist die Anwendung von nur einem Hartlötvorgang für das erfindungsgemässe Verfahren wesentlich.
Es ist noch darauf hinzuweisen dass im Falle von Stahlrohr die einander zuweisenden Flächen an den Längskanten des inneren Rohrteils teilweise zusammengeschweisst werden ; das bedeutet, dass die von eisenhaltigem Metall gebildeten Flächen an der Naht 11 Teile aufweisen, innerhalb welcher Kornbrücken aus eisenhaltigem Metall zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen gebildet sind. Das scheint auf der Tatsache zu beruhen, dass die Flächen an der Stossverbindung in innigen Eingriff gebracht werden und dass der Druck bei dem Hartlötungsvorgang nicht vollständig ausgeglichen wird. Diese Erscheinung beeinträchtigt jedoch die Festigkeit des Rohres nicht.
Andere Teile der einander gegen- überliegenden Flächen werden zusammengepresst, wobei das Lotmetall alle Stellen vollständig umschliesst, wo Kornbrücken aus eisenhaltigem Metall zwischen den zu verbindenden Flächen bestehen.
Das erläuterte Rohr ist als Rohr für hohen Druck bezeichnet worden. Diese Bezeichnung ist natürlich relativ. Indessen eignet sich das Rohr, dank seiner Ausbildung mit einer Mehrfachwandung und dank der Verbindung der Einzelwandungen für die Leitung von Flüssigkeiten, die unter relativ hohem Druck stehen, wie es z. B. bei
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Rohr auch in anderer Hinsicht sehr widerstandsfähig und eignet sich daher in allen Fällen, wo kräftige Rohrausführungen benötigt werden. Das Rohr bietet hohe Sicherheit gegen Leckwerden, u. zw. dank der Zusammenwirkung einer Schweiss- und Hartlotabdichtung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines doppelwandigen Rohres durch Einfügung eines Innenrohres mit offener Naht in ein äusseres Rohr und anschliessende Verjüngung des gegebenenfalls nachtäglich geschlossenen Aussenrohres, zwedks Festlegung des Innenrohres und Zusammenpressung seiner Stossflächen, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr als vorgebogene Rinne mit breitem Längsspalt in das Aussenrohr eingesetzt wird.