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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung gemäß den Oberbegriffen der beiden selbständigen Patentansprüche.
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Es ist bekannt, mittels der Längsnahtschweißmaschine ELENA® der Anmelderin vergleichsweise kurze Rohre (typisch von bis zu 4 Metern Länge bei 50 bis 800 Millimetern Innendurchmesser) dadurch herzustellen, dass eine Tafel (der Stärke von typisch 0,15 bis 10 Millimetern) bis zu gegenseitiger Anlage ihrer einander gegenüberliegenden Ränder zum Rohr gebogen wird, um dann dies Ränder als Erzeugende des Rohrmantels auf Stoß miteinander zu verschweißen. Dadurch hängt die Qualität des Rohres insbesondere von der Güte seiner Längsschweißnaht ab. Deren Festigkeit ist von besonderer Bedeutung, wenn in die Mantelfläche des Rohres später Verformungen eingebracht werden sollen, etwa lokale oder umlaufende Sicken oder ein Stirnende des Rohres trichterförmige Aufweitungen. Um bedarfsweise die Qualität solcher Längsnaht beurteilen und erforderlichenfalls die Schweißparameter optimieren zu können, wird aus einem der Stirnenden des Rohres in der Umgebung des Schweißnahtendes eine Probe herausgeschnitten und dem genormten Tiefungsversuch nach Erichsen unterzogen. Solche zerstörende Prüfung mit Herausschneiden einer Probe aus dem Rohr beiderseits seiner Schweißnaht ist aber vergleichsweise sehr zeitaufwändig.
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Auch zur gemäß
DE 1 98 24 600 A1 modifizierten Auswertung des Tiefungsversuches wird eine aus zwei miteinander verschweißten Blechen, dort unterschiedlicher Stärken, beiderseits der Schweißnaht ausgeschnittene Probe zwischen einer ringförmigen Auflage und einer dazu konzentrischen ringförmigen Matrize etwas größeren Innendurchmessers eingespannt, bei deren gemeinsame Achse kreuzender Schweißnaht; dort mit der Besonderheit, dass ein beim Eindrücken des Erichsen-Kugelstempels in die Schweißnaht und deren unmittelbare Umgebung auftretender Verlauf der Kraft-Weg-Kurve mit etwa gleichzeitig auftretenden Körperschallerscheinungen verglichen wird. Deren Auftreten ist aber derart vielgestaltig, dass mit hinreichend reproduzierbaren Prüfergebnissen schwerlich zu rechnen ist.
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Zu dagegen zerstörungsfreier Kontrolle der Stumpfschweißnähte, hier zum Zusammenfügen von Bändern mit Längserstreckung quer zum Nahtverlauf, ist es aus der
DE 6 92 07 476 T2 bekannt, unmittelbar nach dem Legen der Naht die Temperaturverteilung im umgebenden Material zu messen und punktweise mit empirisch ermittelten zulässigen Temperaturspannen zu vergleichen, die dazu in dort so genannten thermischen Karten beigestellt werden. Die Aussagekraft solcher Karten ist aber derart abhängig von den tatsächlichen, aktuellen Produktions- und Materialparametern, dass die ohnehin geringen zulässigen Temperaturspannen bei den einzelnen Testpunkten, zumal an den Rändern des Blechbandes am Anfang und am Ende der Schweißnaht, letztlich keine große Aussagekraft für die Qualität der zum Durchlaufband verschweißten Bleche erwarten lassen.
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In Erkenntnis solcher Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine auf dem genormten Tiefungsversuch nach Erichsen basierende Qualitätsüberprüfung der Schweißnähte an Rohren ohne arbeits- und zeitaufwändige Vorarbeiten durchführen zu können und dabei möglichst noch erweiterte Erkenntnisse über die Qualität der geprüften Schweißnaht gewinnen zu können.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen wesentlichen Merkmale gelöst. Danach wird das Rohr mit der qualitativ interessierenden Schweißnaht, ohne Erfordernis irgendwelcher vorbereitender Arbeiten, mit einem Stirnende voraus in Längsrichtung auf einen von der Prüfeinrichtung vorkragenden Auflage-Ausleger geschoben.
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In der Nachbarschaft seines freien Stirnendes ist in diesem Ausleger quer zu seiner Längserstreckung der Erichsen-Stempel längsverschiebbar gelagert. Koaxial zum Stempel mit seinem kugelförmigen Stirnende ist in der Oberfläche dieses Auslegers eine Rohr-Auflage vorzugsweise flächenbündig angeordnet. Die weist einen gegenüber dem Stempel geringfügig größeren kreisförmigen inneren Durchmesser auf. Der wird von der aufgeschobenen Schweißnaht mittig, diametral gequert.
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Parallel zu jenem Auflage-Ausleger kragt von der Prüfeinrichtung ein Spann-Ausleger vor. Von diesem aus wird mittels einer Spanneinrichtung eine zur Rohr-Auflage konzentrische aber mit größerem Innendurchmesser bemessene Matrize auf die Außenmantelfläche des mit seiner Schweißnaht auf den Auflage-Ausleger aufgeschobenen Rohres gedrückt. Rohre kleinen Durchmessers werden dadurch zwar geringfügig aus der idealen Hohlzylinderform heraus verformt, was aber für die Qualitätsuntersuchung unkritisch ist. Infolge des nun einsetzenden, dem Matrizen-Andruck entgegen gerichteten Vorschubs des Stempels wird die Schweißnaht des Rohres mitsamt der ihr benachbarten Wandung lokal hohlkugelkappenartig in den Innenraum der Matrize hinein ausgebeult; bis mit visuell oder akustisch feststellbarem Einsetzen eines Aufreißens der Naht oder des Rohres seiner Umgebung der Vorschub des Stempels gestoppt wird. Die seit Anlage gegen die Rohrinnenmantelfläche bis zum Einsetzen des Materialbruches erfolgte Axialverlagerung des Stempels beziehungsweise, apparativ einfacher zu messen, die dann gegebene Ausbeulung der Kugelkappe aus der ursprünglichen Rohraußenmantelfläche heraus ist der Tiefungswert, also das gesuchte empirische Erichsen-Vergleichsmaß bei der gegebenen Rohrwandungsstärke, hier nun erfindungsgemäß ein Maß für die Qualität der in Längs- oder Querrichtung im Rohr verlaufenden Schweißnaht.
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Aussagekräftiger wird das Untersuchungsergebnis noch, wenn die Schweißnaht an mehreren gegeneinander versetzten Orten auf diese Weise geprüft wird. Dazu braucht erfindungsgemäß lediglich das Rohr mit seiner Schweißnaht mehr oder weniger weit auf den Auflage-Ausleger geschoben beziehungsweise um einen gewissen Winkel verdreht und dann jeweils wieder mittels des Andruckes der Matrize für den aktuellen Tiefungsversuch festgespannt zu werden. Durch in Längsrichtung des Auslegers gegeneinander versetzte Markierungen wird ein definiertes, schrittweises Verschieben einer Längsschweißnaht um vorgegebene Abstände, vom Beginn der Schweißnaht am Rohr-Stirnende aus, gefördert.
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Durch einfaches Umdrehen des auf den Auflage-Ausleger axial aufzuschiebenden Rohres können längs verlaufende oder rundum verlaufende Schweißnähte beim axial gegenüberliegenden Stirnende des Rohres in gleicher Weise geprüft und beurteilt werden.
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Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiterten Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung einer nicht ganz detail- und maßstabsgetreu verkleinert, auf das Funktionswesentliche abstrahiert skizzierten Prüfeinrichtung und deren Handhabung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Längsschnitt durch deren Ausleger einen bevorzugten Aufbau einer erfindungsgemäß ausgelegten Prüfeinrichtung, anhand derer auch das erfindungsgemäße Prüfverfahren, hier bei einer Längs-Schweißnaht, exemplarisch näher erläutert wird.
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Die skizzierte, mittels ihrer Bodenplatte 11 am Betriebsort verschraubbare Prüfeinrichtung 12 weist ein Maschinengehäuse 13 mit massiver Frontplatte 14 auf. An der sind, vorzugsweise parallel zueinander orientiert und hier übereinander, zwei vorkragende massive Ausleger 15, 16 distanziert zueinander biegesteif gehaltert. Der im dargestellten Beispielsfalle untere Ausleger 15 dient der Aufnahme der Innenmantelfläche 17 eines Rohres 18 längs einer hier zur Längsachse des Rohres 18 achsparallel skizzierten Schweißnaht 19; während die Schweißnaht bei einem hohlkegelförmigen Rohr gegenüber dessen Längsachse geneigt verlaufen würde (nicht dargestellt). Das Rohr 18 ist mit seiner Schweißnaht 19 mittels einer hier manuell zu betätigenden Spanneinrichtung 20 vom anderen, hier oberen Ausleger 16 her auf dem Rohrauflage-Ausleger 15 wieder lösbar festgelegt.
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Flächenbündig in die vorzugsweise ebene Oberfläche 21 des Auflage-Auslegers 15 ist, in der Nachbarschaft seines frei vorkragenden Stirnendes, eine, gewöhnlich ringförmige, Auflage 22 mit kreisförmigem Innendurchmesser eingesetzt. Durch die kann das kugelförmige Stirnende 23 eines Stempels 24 hindurchtreten, um es gegen die Rohr-Innenmantelfläche 17 und die dort verlaufende Schweißnaht 19 anzudrücken. Das erfolgt mittels eines Vortriebes 25, der in dem Auflage-Ausleger 15 ausgebildet ist oder der durch diesen hindurch wirkt und manuell oder maschinell betreibbar ist. Bei solchem Vortrieb 25 kann es sich etwa um ein Hebel- oder Rädergetriebe handeln.
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Im Interesse leicht handhabbaren großen aber verschleißarmen Krafteintrags wird jedoch ein hydraulischer Vortrieb 25 bevorzugt. Der weist eine elektromotorisch oder manuell betätigbare, umschaltbare Pumpe 26 auf, die über Druckleitungen 27 in einen Zylinder 28 im Auflage-Ausleger 15 münden, nämlich je eine beiderseits eines mit dem Stempel 24 bestückten Kolbens 29. So kann der Stempel 24, je nach Beaufschlagung einer der beiden Druckleitungen 27 aus der Pumpe 26, unter lokalem Ausbeulen der Schweißnaht 19 und der beiderseits an sie grenzenden Wandung 30 des Rohres 18 aus dem Auflage-Ausleger 15 heraus- und wieder zurückbewegt werden.
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Der Gegendruck gegen die Rohr-Wandung 30 und die in ihr verlaufende Schweißnaht 19 erfolgt dabei vom Spann-Ausleger 16 her mittels einer zur kreisförmigen Öffnung in der Auflage 22 konzentrischen, ringförmigen Matrize 31 etwas größeren Innendurchmessers. Bevorzugt werden die Auflage 22 und die Matrize 31, ebenso wie das kugelförmige Stirnende 23 des Stempels 24, in den aufeinander abgestimmten Abmessungen eingesetzt, die in Zusammenhang mit der herkömmlichern Erichsen-Tiefung genormt sind. Die Matrize 31 wird mittels der Spanneinrichtung 20 mit definiertem Druck gegen die Außenmantelfläche 32 des mit seiner Schweißnaht 19 auf den Ausleger 15 aufgeschobenen Rohres 18 angelegt. Dazu kann auch die Spanneinrichtung 20 hydraulisch oder getrieblich wirken und manuell oder motorisch betrieben werden. Beim skizzierten Ausführungsbeispiel ist ein, zur Axialeinstellung der Matrize 31 mittels Handhaben 33 im Spann-Ausleger 16 manuell verdrehbarer, Schraubbolzen 34 vorgesehen, der über eine Feder 35, vorzugsweise in der Bauform einer steifelastischen Tellerfeder mit nur kurzem Hub, einen federelastischen Axialdruck gegen die Matrize 31, und über diese auf die Schweißnaht 19 in der Rohrwandung 30, ausübt, welche auf der Auflage 22 des Auslegers 15 abgestützt sind.
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Die Matrize 31 ist dafür am freien, äußeren Stirnende 36 eines Druckbolzens 37 gehaltert, der in einem koaxialen sacklochartigen Innenraum 38 des Schraubbolzens 34 unter dem Einfluss der Feder 35 geringfügig axial verlagerbar ist. Dazu ist die Feder 35 zwischen einem Deckel 39 zum rückwärtigen Abschluss des Innenraumes 38 einerseits und andererseits dem von der Matrize 31 axial abgelegenen Boden 40 des an sich sacklochartig hohlen Druckbolzens 37 angeordnet. Dessen Innendurchmesser ist jedenfalls im Bereich hinter der Matrize 31 größer als deren lichter Innendurchmesser.
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Wenn demzufolge das Rohr 18 mit seiner Schweißnaht 19 auf den Ausleger 15 aufgeschoben ist, wird mittels der Handhaben 33 der Schraubbolzen 34 in seinem Ausleger 16 in Richtung gegen das Rohr 18 geschraubt, bis die Matrize 31 gegen dessen Außenmantelfläche 32 anliegt; und dann noch weiter, bis die Feder 35 auf Anschlag, also völlig gespannt ist. Damit wird auf das Rohr 18 quer zu seiner Wandung 30 ein reproduzierbarer Druck ausgeübt; und die Schweißnaht 19 in der Rohr-Wandung 30 ist quer zu ihrer Längserstreckung definiert zwischen der Matrize 31 und der Auflage 22 eingespannt. Nun kann das kugelförmige Stirnende 23 des Stempels 24 gegen die Innenmantelfläche 17 des Rohres 18 angedrückt und dadurch die Schweißnaht 19 samt der umgebenden Rohr-Wandung 30 in die Matrize 31 hinein sowie gegebenenfalls bis durch diese hindurch ausgebeult werden; bis ein Reißen der Rohr-Wandung 30 und/oder der Schweißnaht 19 einsetzt. Damit ist ein Erichsen-Tiefungswert erreicht.
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Das kann visuell oder bildgebend erfasst werden, wenn wie skizziert koaxiale, insbesondere zentrale Öffnungen 41 im Boden 40 des sacklochartig hohlen Druckbolzens 37 und im rückwärtigen Deckel 39 des ebenfalls sacklochartig hohlen Schraubbolzens 34 vorgesehen sind, sowie koaxial dazu auch durch die Axialdruck-Schrauben- oder Teller-Feder 35 hindurch. Durch diese Öffnungen 41–41 hindurch kann auch, etwa mittels eines elektronischen Abstandsmessers oder eines mechanischen Tasters, der Tiefungswert in Form der Höhe der kugelkappenähnlichen Ausbeulung bei Einsetzen des Materialbruches gemessen werden, ohne dafür das Rohr 18 erst wieder aus der Prüfeinrichtung 12 herausnehmen zu müssen; wenn nur zuvor, in einem Kalibriervorgang, die Lage der noch unverformten Außenmantelfläche 32 des Rohres 18 durch diese koaxialen Öffnungen 41–41 hindurch dokumentiert wurde.
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Dann kann der Andruck der Matrize 31 gegen das Rohr 18 aufgehoben und dessen Wandung 30 mit der Schweißnaht 19 auf dem Ausleger 15 in eine andere Position verschoben werden, um einen weiteren derartigen Tiefungsversuch durchzuführen.
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Zum Prüfen einer in Längsrichtung oder einer rundum verlaufenden Schweißnaht 19 eines Rohres 18 wird dieses also erfindungsgemäß mit einem Stirnende, dabei mit seiner Schweißnaht 19 die ringförmigen Auflage 22 kreuzend, auf den Ausleger 15 aufgeschoben und dann die Rohr-Wandung 30 zwischen der Auflage 22 und der konzentrisch dazu auf die Wandung 30 aufgesetzten, ebenfalls ringförmigen Matrize 31 eingespannt. Daraufhin kann der Stempel 24 mit seinem kugelförmigen Stirnende 23 durch die Auflage 22 hindurch gegen die Innenmantelfläche 17 des Rohres 18 angedrückt und dadurch die Rohr-Wandung 30 in die Matrize 31 hinein ausgebeult werden. Sobald dadurch Materialbruch in der Schweißnaht 19 oder in der sie umgebenden Rohr-Wandung 30 auftritt, wird der Vorschub des Stempels 24 abgebrochen und die Höhe der Ausbeulung messtechnisch erfasst. Vorzugsweise wird dieser Prüfvorgang in verschiedenen Abständen von den beiden Stirnenden des Rohres 18 her beziehungsweise unter verschieden Drehwinkelstellungen des dafür jeweils erneut aufgespannten Rohres 18 wiederholt. Die dazu vorgesehene Prüfeinrichtung 12 weist erfindungsgemäß einen vorkragender Auflage-Ausleger 15 auf, und distanziert dazu, vorzugsweise darüber parallel, einen Spann-Ausleger 16. Die gelochte Auflage 22 liegt im vorkragenden Stirnbereich dieses Auslegers 15 und koaxial dazu die gelochte Matrize 31, die mittels der Spanneinrichtung 20 vom Spann-Ausleger 16 her, vorzugsweise durch eine Schraubbewegung und zusätzlich federbelastet, in Richtung auf die Auflage 22 zu bewegbar ist. Der im Auflage-Ausleger 15 gegen die Rohr-Innenmantelfläche 17 axial verschiebbar gelagerte Stempel 24 ist, bevorzugt mittels hydraulischen Vortriebes 25, für einen Tiefungsversuch nach Erichsen mit seinem kugelkappenförmigen Stirnende 23 durch die Auflage 22 hindurch bewegbar, bis die Rohrwandung 30 mit ihrer Schweißnaht 19 in die Querschnittsebene der Matrize 31 hinein lokal ausgebeult ist.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Bodenplatte (für 12)
- 12
- Prüfeinrichtung
- 13
- Maschinengehäuse (von 12)
- 14
- Frontplatte (von 12)
- 15
- (Auflage-)Ausleger (vor 14)
- 16
- (Spann-)Ausleger (vor 14)
- 17
- Innenmantelfläche (von 30/18)
- 18
- Rohr (mit 19 auf 15 zwischen 22 und 31)
- 19
- (Längs- oder Rundum-)Schweißnaht (in 18)
- 20
- Spanneinrichtung (an 16, für 18 auf 15)
- 21
- Oberfläche (von 15)
- 22
- Auflage (in 21)
- 23
- (kugelförmiges) Stirnende (von 24)
- 24
- Stempel (mit 23; in 15, unter 22)
- 25
- Vortrieb (für 24)
- 26
- Pumpe (von 25)
- 27
- Druckleitungen (zwischen 26 und 28)
- 28
- Zylinder (in 15 unter 22)
- 29
- Kolben (in 28 mit 24)
- 30
- Wandung (von 18)
- 31
- Matrize (vor 20/37, koaxial zu 22 und 24)
- 32
- Außenmantelfläche (von 30/18)
- 33
- Handhabe (für 34)
- 34
- Schraubbolzen (von 20)
- 35
- (Axialdruck-)Feder (vor 31; zwischen 34 und 37)
- 36
- Stirnende (von 37, mit 31)
- 37
- Druckbolzen (in 38 von 34)
- 38
- Innenraum (von 34)
- 39
- Deckel (hinter 38 von 34)
- 40
- Boden (von 37; 31 axial gegenüber)
- 41
- Öffnungen (in 39–40, koaxial mit 22 und 31)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19824600 A1 [0003]
- DE 69207476 T2 [0004]
