DE102010014287A1 - Longitudinal seam-welded multi-layer pipe is made of metal, particularly steel, where pipe has solid, pressure-resistant outer layer and thin, corrosion-resistant inner layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft zum einen ein längsnahtgeschweißtes Mehrlagenrohr mit dem Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Zum anderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohres der in Rede stehenden Art gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.The invention relates firstly to a longitudinally welded multilayer pipe having the features of the preamble of claim 1. On the other hand, the invention relates to a method for producing a longitudinally welded multilayer pipe of the type in question according to the preamble of claim 8.
Das bekannte längsnahtgeschweißte Mehrlagenrohr, von dem die Erfindung ausgeht (
Für den technologischen Hintergrund von längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohren der in Rede stehenden Art und zu deren Herstellungsverfahren darf zunächst auf die Abschnitte [0002] bis [0016] der
Wie sich aus dem zuvor genannten Stand der Technik ergibt, hat sich dort gezeigt, dass die bislang verwendeten metallurgischen und mechanischen Herstellungsverfahren für längsnahtgeschweißte Mehrlagenrohre beide ihre Tücken haben. Entsprechend hergestellte Mehrlagenrohre haben spezifische Vorteile und Nachteile, die ihren Einsatz nicht unter allen Umständen erlaubt.As can be seen from the aforementioned prior art, it has been shown that the hitherto used metallurgical and mechanical production methods for longitudinally welded multi-layer pipes both have their quirks. Correspondingly produced multilayer pipes have specific advantages and disadvantages that do not allow their use under all circumstances.
Demzufolge lag der zuvor angesprochenen Entwicklung das Problem zugrunde, ein längsnahtgeschweißtes Mehrlagenrohr und ein Verfahren zur Herstellung eines längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohres anzugeben, das die Vorteile der beiden zuvor erläuterten, grundsätzlich unterschiedlichen Herstellungsarten miteinander verbindet, jedoch deren jeweilige Nachteile möglichst vermeidet.Accordingly, the above-mentioned development was based on the problem of specifying a longitudinally welded multi-layer pipe and a method for producing a longitudinally welded multi-layer pipe, which combines the advantages of the two above-explained, fundamentally different production methods, but avoids their respective disadvantages as far as possible.
Die zuvor aufgezeigte Problemstellung ist im Stand der Technik dadurch gelöst worden, dass die Innenlage mit der Außenlage des längsnahtgeschweißten Mehr lagenrohrs mittels einer Klebstofflage auf Scherung beanspruchbar im Wesentlichen vollflächig verbunden worden ist.The above-indicated problem has been solved in the prior art, characterized in that the inner layer has been connected to the outer layer of the longitudinal seam welded Mehrlagenrohrs by means of an adhesive layer on shear claimable substantially over the entire surface.
Bei dem dort beschriebenen längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohr sind die beiden Lagen weder durch eine vollflächige metallurgische Bindung noch durch eine rein mechanische Bindung miteinander verbunden. Vielmehr sind die beiden Lagen mittels einer Klebstofflage miteinander vollflächig verklebt. Diese Klebstofflage ist von ihrer Zusammensetzung und ihrer Schichtdicke her so gestaltet, dass sie ausreichend auf Scherung beansprucht werden kann.In the longitudinal seam-welded multilayer pipe described there, the two layers are connected to each other neither by a full-surface metallurgical bond nor by a purely mechanical bond. Rather, the two layers are bonded to each other over the entire surface by means of an adhesive layer. This adhesive layer is designed in terms of their composition and their layer thickness ago that they can be sufficiently stressed on shear.
Das dort beschriebene längsnahtgeschweißte Mehrlagenrohr mit verklebten Lagen hat eine Klebstofflage, deren Elastizität auch bei dem kleinsten in der Praxis interessanten Durchmesser des Mehrlagenrohrs von 406 mm (16'') die mechanische Verformung bei der Formung des Mehrlagenrohres auf einer Biegevorrichtung aushält. Dabei hat die Klebstofflage eine solche Elastizität, dass sie auch in der weiteren Praxis bei dem Verlegen entsprechender Rohrleitungen der Biegung der Rohrleitung insgesamt (Rohrverlegeverfahren; S-Lay) standzuhalten vermag.The longitudinally welded multi-layer pipe with bonded layers described therein has an adhesive layer whose elasticity withstands the mechanical deformation during the shaping of the multilayer pipe on a bending device, even at the smallest practical diameter of the multilayer pipe of 406 mm (16 "). In this case, the adhesive layer has such an elasticity that it is able to withstand the bending of the pipeline as a whole (pipe laying method, S-Lay) in further practice when laying corresponding pipelines.
Das dort beschriebene Mehrlagenrohr, bei dem die Lagen im Wesentlichen vollflächig verklebt sind, hat eine ausreichend hohe Zug- und Scherfestigkeit. Ein Kollabieren der Innenlage in einem Unterdruckzustand im Rohr findet hier praktisch nicht statt. So gesehen ist es einem nach einem mechanischen Herstellungsverfahren hergestellten Mehrlagenrohr (lined pipe) deutlich überlegen. Von den Herstellungskosten liegt das dort beschriebene Mehrlagenrohr deutlich günstiger als das nach einem metallurgischen Verfahren hergestellte Mehrlagenrohr.The multilayer pipe described therein, in which the layers are glued substantially over the entire surface, has a sufficiently high tensile and shear strength. A collapse of the inner layer in a negative pressure state in the tube does not practically take place here. Seen in this way, it is clearly superior to a multilayer tube (lined pipe) produced by a mechanical manufacturing process. From the production costs, the multi-layer pipe described there is significantly cheaper than the multilayer pipe produced by a metallurgical process.
Kernstück des dort beschriebenen Mehrlagenrohres ist die Klebstofflage. Auf deren Eigenschaften kommt es entscheidend an. Sie ist für die Qualität des fertigen längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohrs von entscheidender Bedeutung. Die wesentlichste Eigenschaft der Klebstofflage ist ihre Fügeeigenschaft (bonding). Die Klebstofflage muß eine innige Verbindung der metallischen Innenlage mit der metallischen Außenlage herbeiführen. Zugfestigkeit, Dehnung, Harte, Scherfestigkeit und Schälfestigkeit sind wesentliche Parameter, die bei der dort beschriebenen eingesetzten Klebstofflage angepasst werden müssen.The core of the multilayer pipe described there is the adhesive layer. Their properties are crucial. It is of decisive importance for the quality of the finished longitudinally welded multilayer pipe. The most important property of the adhesive layer is its bonding property. The adhesive layer must bring about an intimate connection of the metallic inner layer with the metallic outer layer. Tensile strength, elongation, hardness, shear strength and peel strength are important parameters that must be adapted to the adhesive layer used there.
Im Weiteren beschreibt die zuvor genannte Entgegenhaltung eine Vielzahl von Varianten für die Klebstofflage und weitere Komponenten des längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohrs. Auf diese Erläuterungen darf ich hier nochmals ausdrücklich verwiesen werden.Furthermore, the cited reference describes a variety of variants for the adhesive layer and other components of the longitudinally welded multilayer pipe. I can here again expressly refer to these explanations.
Gegenstand der zuvor beschriebenen Offenbarungsstelle ist auch ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohres aus Metall mit entsprechenden Verfahrensschritten, die ebenfalls in der Entgegenhaltung erläutert werden. Auch darauf darf in vollem Umfang verwiesen werden.The object of the above-described disclosure is also a corresponding method for producing a longitudinally welded multi-layer pipe made of metal with corresponding method steps, which are also explained in the citation. This may also be referred to in full.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass die Anforderungen an die Klebstofflage bei dem bekannten längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohr bzw. bei dem bekannten Herstellungsverfahren vergleichsweise hoch sind und nicht unter allen Randbedingungen immer eingehalten werden können. Demzufolge liegt der Lehre der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, das bekannte längsnahtgeschweißte Mehrlagenrohr so zu optimieren, dass die Abhängigkeit von der Qualität der Klebstofflage etwas geringer ist. Entsprechendes gilt für das hier vorgeschlagene Herstellungsverfahren.It has been shown in practice that the requirements for the adhesive layer in the known longitudinally welded multi-layer pipe or at the known manufacturing process are relatively high and can not be met under all conditions. Accordingly, the teaching of the present invention is based on the problem to optimize the known longitudinally welded multi-layer pipe so that the dependence on the quality of the adhesive layer is slightly lower. The same applies to the manufacturing method proposed here.
Die zuvor aufgezeigte Problemstellung wird bei einem erfindungsgemäßen längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohr durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.The above-indicated problem is solved in a longitudinally welded multi-layer pipe according to the invention by the features of the characterizing part of claim 1.
In verfahrensmäßiger Hinsicht löst die zuvor aufgezeigte Aufgabe der kennzeichnende Teil von Anspruch 8.In terms of the method, the object indicated above solves the characterizing part of claim 8.
Zusätzlich sind bei dem erfindungsgemäßen längsnahtgeschweißten Mehrlagenrohr neben der Klebstofflage auf der gesamten Fläche Punktschweißverbindungen verteilt, die die Außenlage und die Innenlage zusätzlich zur Klebstofflage auch metallurgisch verbinden. Die Punktschweißverbindungen in der Fläche dienen dazu, eine vollflächige Verpressung der Außenlage mit der Innenlage ohne äußere Kraftanwendung während des Klebeprozesses und während des Aushärtens des Klebers zu erreichen.In addition, in the longitudinal seam-welded multilayer pipe according to the invention, in addition to the adhesive layer, spot welds are distributed over the entire surface, which metallurgically connect the outer layer and the inner layer in addition to the adhesive layer. The spot welds in the surface serve to achieve a full-surface compression of the outer layer with the inner layer without external force application during the bonding process and during the curing of the adhesive.
Bereits der Anpressdruck der Punktschweißzange führt zu einer Erhöhung des Anpressdrucks auf die Klebestofflage in diesem Bereich. Ist die Punktschweißverbindung erst einmal hergestellt, so ist an dieser Stelle der Kleber verdrängt worden. Das Metall an dieser Stelle kühlt ab und zieht sich geringfügig zusammen. Damit wird der Druck auf die Klebstofflage erhöht. Mit diesem System wird so eine optimale Verbindung von Klebstofflage und Außenlage bzw. Innenlage erreicht.Even the contact pressure of the spot welding gun leads to an increase in the contact pressure on the adhesive layer in this area. Once the spot welded connection has been made, the adhesive has been displaced at this point. The metal at this point cools and contracts slightly. This increases the pressure on the adhesive layer. With this system, an optimal connection of adhesive layer and outer layer or inner layer is achieved.
In den an den Bereich der Schweißnaht angrenzenden Randbereichen wirken die hier vorzugsweise enger gesetzten Punktschweißverbindungen zusätzlich dahingehend, die Wärmeeinflusszone von Kleber weitgehend freizuhalten und außerdem dazu, die beim Einformen auftretenden Scher- und Zugkräfte zur Unterstützung der Wirkung der Klebstofflage mit aufzunehmen.In the edge regions adjacent to the region of the weld, the spot welds, which are preferably narrower, additionally act to largely protect the heat-affected zone of adhesive and also to absorb the shear and tensile forces encountered in molding to aid in the action of the adhesive layer.
Im Grundsatz empfiehlt es sich, die Punktschweißverbindungen im Wesentlichen gleichmäßig verteilt anzuordnen, wobei sich insbesondere eine rasterartige Anordnung empfiehlt.In principle, it is recommended to arrange the spot welded joints substantially evenly distributed, with a grid-like arrangement is particularly recommended.
Allerdings empfiehlt es sich auch, in den Randbereichen eine höhere Dichte, bei ebenfalls vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung der Punktschweißverbindungen vorzusehen.However, it is also advisable to provide a higher density in the edge regions, also preferably uniform distribution of the spot welds.
Nach bevorzugter Lehre der Erfindung empfiehlt es sich, dass die Randbereiche jeweils eine Breite von etwa 50 mm bis 150 mm, vorzugsweise von etwa 100 mm, aufweisen.According to a preferred teaching of the invention, it is recommended that the edge regions each have a width of about 50 mm to 150 mm, preferably of about 100 mm.
Während sich im großen Mittelbereich seitliche Abstände der Punktschweißverbindungen von etwa 150 mm bis 300 mm, vorzugsweise von etwa 200 mm bis 250 mm, empfehlen, hat sich im jeweiligen Randbereich ein engeres Raster von 20 mm bis 60 mm, vorzugsweise von etwa 25 mm bis 50 mm, als praktisch herausgestellt.While in the large central region lateral distances of the spot welded joints of about 150 mm to 300 mm, preferably from about 200 mm to 250 mm recommend, has a narrower grid of 20 mm to 60 mm, preferably from about 25 mm to 50 in each edge region mm, as practically proven.
Nach bevorzugter Lehre liegen die Punktschweißverbindungen in Richtung der Längsachse des Mehrlagenrohrs jeweils in Reihen hintereinander. Die quer zur Längsachse benachbarten Reihen von Punktschweißverbindungen hingegen können zweckmäßigerweise gegeneinander versetzt angeordnet sein. Die oben angegebenen Abstandsmaße verstehen sich dabei als Rastermaße, also nicht als Abstände der Punktschweißverbindungen benachbarter Reihen sondern bei versetzt angeordneten Reihen als Abstände der Reihen selbst zueinander.According to a preferred teaching, the spot welded joints lie in rows one behind the other in the direction of the longitudinal axis of the multilayer pipe. The transverse to the longitudinal axis adjacent rows of spot welds, however, may conveniently be arranged offset from each other. The above-mentioned distance dimensions are understood as grid dimensions, ie not as distances of the spot welds of adjacent rows but staggered rows as distances of the rows themselves to each other.
Was das Herstellungsverfahren betrifft, so lehrt Anspruch 8, dass zweckmäßigerweise die Außenlage und die Innenlage mittels der Klebstofflage im Wesentlichen vollflächig als flache Bleche miteinander verklebt werden und dass die Außenlage und die Innenlage mit der dazwischen befindlichen Klebstofflage alsdann durch eine Vielzahl von auf der gesamten Fläche verteilt angeordneten Punktschweißverbindungen zusätzlich auch metallurgisch verbunden werden.As far as the manufacturing method is concerned, claim 8 teaches that expediently the outer layer and the inner layer are glued together by the adhesive layer substantially over the entire surface as flat sheets and that the outer layer and the inner layer with the adhesive layer therebetween then by a plurality of on the entire surface distributed spot welded joints are additionally metallurgically connected.
In einer ersten Verfahrensvariante kann danach unmittelbar der Klebstoff der Klebstofflage unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet werden und dann folgt das Biegen des mehrlagigen Werkstoffs zu dem Mehrlagenrohr und das Längsnahtverschweißen (Anspruch 9). Das ist eine besonders bevorzugte Verfahrensweise, bei der die volle Wirkung der Klebstofflage bereits vor dem Biegen des mehrlagigen Werkstoffs erreicht wird. Die stabile Druckverteilung in der Klebstofflage wird durch die Punktschweißverbindungen aufrechterhalten. Die weitere Handhabung des mehrlagigen Werkstoffs muss nicht in einer Heißpresse, sondern kann in einem ganz normalen Herdwagenofen o. dgl. erfolgen.In a first process variant, the adhesive of the adhesive layer can then be cured directly under the action of heat and then follows the bending of the multilayer material to the multilayer pipe and the longitudinal seam welding (claim 9). This is a particularly preferred procedure in which the full effect of the adhesive layer is achieved even before the multilayer material is bent. The stable pressure distribution in the adhesive layer is maintained by the spot weld joints. The further handling of the multilayer material does not have to be in a hot press, but can be done in a normal shuttle kiln or the like.
In einer anderen Variante folgt bei noch nicht ausgehärteter Klebstofflage aber fixierten Punktschweißverbindungen das Biegen des mehrlagigen Werkstoffs zum Mehrlagenrohr. Dem folgt dann erst das Aushärten der Klebstofflage unter Wärmeeinwirkung und schließlich die Längsnahtverschweißung (Anspruch 10).In another variant, when the adhesive layer has not yet hardened but fixed spot welded joints, the bending of the multilayer material to the multilayer pipe follows. This then follows only the curing of the adhesive layer under the action of heat and finally the Längsnahtverschweißung (claim 10).
In einer dritten Variante folgt dann zunächst das Biegen zum Mehrlagenrohr, dann die Längsnahtverschweißung und erst ganz am Schluss das Aushärten der Klebstofflage unter Wärmeeinwirkung (Anspruch 11). In a third variant then follows first bending to multilayer pipe, then the Längsnahtverschweißung and only at the very end the curing of the adhesive layer under the action of heat (claim 11).
Schließlich gibt es auch eine Variante mit einer Klebstofflage aus einem chemisch aushärtbaren Zweikomponentenkleber. Dieser wird bereits während des Herstellens der zusätzlichen Punktschweißverbindungen beginnen chemisch aus zuhärten. Bei diesem Verfahren wird dann der so gebildete mehrlagige Werkstoff anschließend mit Hilfe einer Biegevorrichtung zu dem Mehrlagenrohr geformt und danach längsnahtverschweißt (Anspruch 12).Finally, there is also a variant with an adhesive layer of a chemically curable two-component adhesive. This will begin to chemically harden during the production of the additional spot welds. In this method, the multi-layered material thus formed is then formed by means of a bending device to the multilayer pipe and then longitudinally welded (claim 12).
Im übrigen gelten auch für die Lehre der vorliegenden Patentanmeldung alle besonderen Vorschläge der den Ausgangspunkt für die Lehre darstellenden Veröffentlichung
Im folgenden wird die Erfindung nun anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigtIn the following, the invention will now be explained with reference to a purely schematically exemplary embodiment of a drawing. In the drawing shows
Das in
Im Einzelnen darf dazu auf die einleitenden Zitate aus dem Stand der Technik hingewiesen werden.In detail, reference may be made to the introductory citations from the prior art.
Das erfindungsgemäße Mehrlagenrohr hat eine feste, druckbeständige Außenlage
Das dargestellte Mehrlagenrohr ist an der Außenlage
Wesentlich für die Lehre der Erfindung ist hier, dass die Außenlage
Insgesamt ergibt sich durch das Zusammenwirken der Klebstofflage
In
Es empfiehlt sich nach besonders bevorzugter Lehre, dass die Randbereiche jeweils eine Breite von etwa 50 mm bis 150 mm, vorzugsweise von etwa 100 mm, aufweisen.It is recommended according to a particularly preferred teaching that the edge regions each have a width of about 50 mm to 150 mm, preferably of about 100 mm.
Ein besonders bevorzugtes Beispiel für eine passende Verteilung von Punktschweißverbindungen
Demgegenüber kann in dem zuvor erläuterten, in
Wie man
Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Klebstofflage
Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt, dass die Klebstofflage
Angedeutet ist in
Das Mehrlagenrohr mit dem geringsten Außendurchmesser in der Erdölindustrie ist ein solches mit einem Außendurchmesser von 16'', was etwa 406 mm entspricht. Wenn die Klebstofflage
Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel kann man anhand der Größenverhältnisse nachvollziehen, dass hier die Außenlage
Wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung mitgeteilt worden ist, kann man die Lagenfolge erfindungsgemäß auch genau umdrehen, also die dünne, korrosionsbeständige Lage als Außenlage verwenden.As has already been disclosed in the general part of the description, it is also possible according to the invention to turn the layer sequence exactly over, ie to use the thin, corrosion-resistant layer as the outer layer.
Das in
Insbesondere erkennt man in
Bei der Darstellung in
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Mehrlagenrohres empfiehlt es sich, dass die Außenlage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: VON ROHR PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE Representative=s name: VON ROHR PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT, DE |
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Effective date: 20121101 |