DE102016010162A1 - Method for producing a multilayer pipe and multilayer pipe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus Metall, das eine Außenlage aus einem ersten Metall mit einer bestimmten ersten Streckgrenze und eine Innenlage aus einem zweiten Metall mit einer zweiten Streckgrenze, die niedriger ist als die erste Streckgrenze, aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: 1. Ein die Außenlage bildendes Außenrohr mit einem bestimmten Innendurchmesser wird bereitgestellt. 2. Ein die Innenlage bildendes Innenrohr mit einem bestimmten Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohrs, wird bereitgestellt. 3. Das Innenrohr wird in das Außenrohr eingeführt, wobei beim Einführen vorzugsweise eine Berührung der Oberflächen von Außen- und Innenrohr vermieden wird. 4. Das Innenrohr wird so stark radial aufgeweitet, dass es selbst bis weit in seinen plastischen Verformungsbereich verformt wird, und das Außenrohr mitgenommen wird und ebenfalls bis in seinen plastischen Verformungsbereich verformt wird. 5. Das Innenrohr wird vom Aufweitungsdruck entlastet und die Rückfederung des Außenrohrs und Innenrohrs wird zugelassen.The invention relates to a method for producing a metal multilayer pipe comprising an outer layer of a first metal having a certain first yield strength and an inner layer of a second metal having a second yield strength which is lower than the first yield strength, comprising the following process steps: 1. An outer tube forming the outer layer having a certain inner diameter is provided. 2. An inner tube forming the inner layer with a certain outer diameter, which is slightly smaller than the inner diameter of the outer tube is provided. 3. The inner tube is inserted into the outer tube, wherein during insertion preferably a contact of the surfaces of the outer and inner tube is avoided. 4. The inner tube is radially expanded so much that it is deformed even far into its plastic deformation range, and the outer tube is taken along and is also deformed into its plastic deformation range. 5. The inner tube is relieved of the expansion pressure and the springback of the outer tube and inner tube is permitted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus Metall, das eine Außenlage aus einem ersten Metall mit einer bestimmten ersten Streckgrenze und eine Innenlage aus einem zweiten Metall mit einer zweiten Streckgrenze, die niedriger ist als die erste Streckgrenze, aufweist. Gegenstand der Erfindung ist auch ein nach einem entsprechenden Verfahren hergestelltes Mehrlagenrohr.The invention relates to a method for producing a multilayer pipe made of metal, which has an outer layer of a first metal having a certain first yield strength and an inner layer of a second metal having a second yield strength, which is lower than the first yield strength. The invention also provides a multilayer tube produced by a corresponding process.

Besondere Bedeutung haben Mehrlagenrohre, insbesondere längsnahtgeschweißte Mehrlagenrohre aus Stahl mit erheblichen Durchmessern insbesondere in der Erdölindustrie und bei der Herstellung von großen Bauwerken aus Metall.Of particular importance are multilayer pipes, in particular longitudinally welded multi-layer pipes made of steel with considerable diameters, in particular in the oil industry and in the manufacture of large structures made of metal.

Ein Problem besteht darin, dass in einem solchen Rohr in der Praxis Fluide, insbesondere Flüssigkeiten oder Gase strömen, die das Material des Rohrs angreifen, wenn es sich nicht um ein besonders widerstandsfähiges, insbesondere ein besonders korrosionsbeständiges Material handelt. Letzteres ist aber zum einen teuer, zum anderen schwierig zu verarbeiten, insbesondere bei größeren Wandstärken.One problem is that in practice fluids, in particular liquids or gases, which attack the material of the tube flow in such a tube, unless it is a particularly resistant material, in particular a material which is particularly resistant to corrosion. The latter is on the one hand expensive, on the other difficult to process, especially for larger wall thicknesses.

Seit langem ist es daher bekannt, dass man Mehrlagenrohre dadurch kostengünstiger herstellen kann, dass man eine feste, druckbeständige Außenlage, z. B. aus typischem Kohlenstoff-Manganstahl, vorsieht und zum Zwecke des Schutzes der inneren Oberfläche dieser Außenlage dort eine dünne, korrosionsbeständige Innenlage aufbringt. Letztere besteht bei einem aus Stahl bestehenden Mehrlagenrohr zweckmäßigerweise aus nichtrostendem Edelstahl. Dadurch kann der Großteil der Masse des Mehrlagenrohrs aus einem kostengünstigen Stahlwerkstoff herstellt werden.For a long time, it is therefore known that it is possible to produce multilayer pipes thereby more cost-effective, that one has a solid, pressure-resistant outer layer, for. B. of typical carbon-manganese steel, provides and applies for the purpose of protecting the inner surface of this outer layer there a thin, corrosion-resistant inner layer. The latter is expediently made of stainless steel in the case of a steel multilayer pipe. As a result, the majority of the mass of the multi-layer pipe can be made from a cost-effective steel material.

Entsprechende Anforderungen sind auch bei anderen Metallen, beispielsweise bei Aluminium, bekannt, wenn auch in der Praxis nicht so bedeutsam. Die vorliegenden Erläuterungen befassen sich daher primär mit Mehrlagenrohren aus Stahl insbesondere für die Erdöl-, Erdgas- und Off-Shore-Industrie. Grundsätzlich sind die Erläuterungen in dieser Anmeldung aber auch für Mehrlagenrohre aus anderen Metallen anwendbar.Corresponding requirements are also known for other metals, for example aluminum, although not so significant in practice. The present explanations are therefore primarily concerned with multilayer pipes made of steel, in particular for the oil, gas and off-shore industries. In principle, the explanations in this application are also applicable to multilayer pipes of other metals.

Grundsätzlich handelt es sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Mehrlagenrohren für die zuvor beschriebenen Anwendungen zumeist um längsnahtgeschweißte Mehrlagenrohre. Grundsätzlich sind die Erläuterungen in dieser Anmeldung aber auch für nicht längsnahtgeschweißte, sondern auf andere Weise hergestellte Mehrlagenrohre, insbesondere nahtlose Mehrlagenrohre anwendbar.Basically, the multilayer pipes known from the prior art for the applications described above are mostly longitudinally welded multilayer pipes. In principle, the explanations in this application are also applicable to non-longitudinally welded, but produced in other ways multilayer pipes, in particular seamless multilayer pipes.

Wesentlich ist für die Mehrlagenrohre, dass die Innenlage mit der Außenlage dauerhaft fest auf Zug und auf Scherung beanspruchbar verbunden ist. Generell sind dafür zum einen metallurgische Verfahren ( US 1,712,090 A ), andererseits mechanische Verfahren ( WO 05/008116 A1 ) bekannt. Vorliegend geht es um ein mechanisches Verfahren.It is essential for the multi-layer pipes that the inner layer with the outer layer permanently permanently connected to train and shear stress is connected. In general, metallurgical processes ( US 1,712,090 A ), on the other hand mechanical methods ( WO 05/008116 A1 ) known. In the present case, it is a mechanical process.

Bei einem mechanischen Verfahren werden die Außenlage und die Innenlage durch eine mechanische Bindung miteinander verbunden. An den Stirnseiten eines solchen Mehrlagenrohres kann eine solche mechanische Bindung durch eine Schweißverbindung komplettiert werden. Bei einem Mehrlagenrohr arbeitet man hier also mit mehreren, im Beispielsfall zwei fertigen Rohren, wobei das Außenrohr die Außenlage und das Innenrohr die Innenlage bildet. Die Metalle der beiden Lagen müssen in diesem Fall so ausgewählt werden, dass das Metall der Außenlage eine höhere Streckgrenze aufweist als das Metall der Innenlage. Das Außenrohr muss stärker rückfedern als das Innenrohr, damit sich im Ergebnis der gewünschte Presssitz zwischen Außenrohr und Innenrohr ergibt. Die Differenz der Rückfederung ist ein Mail für die Güte der mechanischen Bindung zwischen Außenrohr und Innenrohr.In a mechanical process, the outer layer and the inner layer are joined together by a mechanical bond. At the end faces of such a multilayer pipe, such a mechanical bond can be completed by a welded joint. In the case of a multi-layer pipe, one thus works here with several, in the example, two finished pipes, the outer pipe forming the outer layer and the inner pipe the inner layer. The metals of the two layers must be selected in this case so that the metal of the outer layer has a higher yield strength than the metal of the inner layer. The outer tube must rebound more strongly than the inner tube, so that the result is the desired interference fit between outer tube and inner tube. The difference of the springback is an email for the quality of the mechanical bond between outer tube and inner tube.

Ein besonderes Problem bei Mehrlagenrohren mit mechanischer Bindung zwischen der Innenlage und der Außenlage stellt das Risiko der Ablösung der Innenlage von der Außenlage bei einem Unterdruckzustand im Rohr dar (Kollabieren der Innenlage). Derartige Zustände treten beispielsweise in Erdölpipelines bei plötzlichen Druckstößen auf.A particular problem with multilayer pipes with mechanical bonding between the inner layer and the outer layer represents the risk of detachment of the inner layer from the outer layer in a negative pressure state in the pipe (collapse of the inner layer). Such conditions occur, for example in petroleum pipelines in sudden pressure surges.

Um hier eine weitere Verbesserung für ein Mehrlagenrohr der in Rede stehenden Art zu schaffen, ist in einem diesbezüglichen Stand der Technik ( DE 10 2008 024 009 A1 ) vorgeschlagen worden, die Außenlage und die Innenlage mittels einer Klebstofflage auf Scherung beanspruchbar im Wesentlichen vollflächig miteinander zu verbinden. Damit ist das Mehrlagenrohr mittels Presssitz und zusätzlich mittels Verklebung gesichert. Im Einzelnen wird für die diesbezüglichen Überlegungen auf die zuvor genannte vorveröffentlichte Druckschrift verwiesen.In order to provide here a further improvement for a multi-layer pipe of the type in question, is in a related art ( DE 10 2008 024 009 A1 ) have been proposed, the outer layer and the inner layer by means of an adhesive layer on shear claimable substantially over the entire surface to connect together. Thus, the multilayer pipe is secured by means of press fit and additionally by means of bonding. More specifically, reference is made to the above-mentioned prior published document for the purpose of this regard.

Das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus Metall mit mechanischer Bindung von Außenlage und Innenlage, von dem die Erfindung ausgeht ( WO 2004/103603 A1 ), läuft so ab, dass zunächst ein die Außenlage bildendes Außenrohr mit einem bestimmten Innendurchmesser bereitgestellt wird und außerdem ein die Innenlage bildendes Innenrohr mit einem bestimmten Außendurchmesser bereitgestellt wird, wobei der Außendurchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohrs. Das Innenrohr besteht aus einem Metall mit einer Streckgrenze, die niedriger ist als die Streckgrenze des Metalls des Außenrohrs. Mit anderen Worten, das Metall des Innenrohrs hat eine geringere Festigkeit als das Metall des Außenrohrs. Das Innenrohr wird in das Außenrohr eingeführt. Dabei wird darauf geachtet, dass die Oberflächen von Außenrohr und Innenrohr nicht beschädigt werden. Insbesondere wird eine Berührung der Oberflächen beim Einführen möglichst vermieden. Allerdings können die einander zugewandten Oberflächen der Rohre in bestimmter Weise bearbeitet werden, um eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen, beispielsweise eine bestimmte Rauigkeit, um die mechanische Bindung im späteren Presssitz zu optimieren.The known method for producing a multilayer pipe Metal with mechanical bonding of outer layer and inner layer, from which the invention proceeds ( WO 2004/103603 A1 ), so that initially an outer tube forming outer tube is provided with a certain inner diameter and also an inner tube forming the inner layer is provided with a certain outer diameter, wherein the outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the outer tube. The inner tube is made of a metal with a yield strength lower than the yield strength of the outer tube metal. With in other words, the metal of the inner tube has a lower strength than the metal of the outer tube. The inner tube is inserted into the outer tube. Care is taken to ensure that the surfaces of the outer tube and inner tube are not damaged. In particular, contact with the surfaces during insertion is avoided as far as possible. However, the mutually facing surfaces of the tubes can be machined in a certain way in order to achieve a certain surface finish, for example a certain roughness, in order to optimize the mechanical bond in the later press fit.

Bei dem bekannten Verfahren wird das Innenrohr nach dem Einführen in das Außenrohr so stark radial aufgeweitet, dass es selbst bis in seinen plastischen Verformungsbereich hinein verformt wird. Dabei wird zunächst der noch verbliebene Spalt zum Außenrohr geschlossen und dann das Außenrohr radial nach außen aufweitend mitgenommen und ebenfalls verformt. Dabei wird allerdings sorgfältig darauf geachtet, dass das Außenrohr seinen elastischen Verformungsbereich nicht verlässt. Nach Durchführen dieses Verformungsschrittes wird das Innenrohr vom Aufweitungsdruck entlastet und Außenrohr und Innenrohr können nach innen zurückfedern. Da sich das Außenrohr noch im elastischen Verformungsbereich befindet, federt es deutlich stärker zurück als das Innenrohr, das sich bereits im plastischen Verformungsbereich befindet. Durch diese Differenz der Rückfederung ergibt sich die gewünschte mechanische Bindung. Je größer die Differenz der Rückfederung ist, desto stärker ist die mechanische Bindung.In the known method, the inner tube is so strongly radially expanded after insertion into the outer tube that it is even deformed into its plastic deformation area. Initially, the remaining gap is closed to the outer tube and then the outer tube widened radially outwardly and also deformed. However, care is taken to ensure that the outer tube does not leave its elastic deformation range. After performing this deformation step, the inner tube is relieved of the expansion pressure and the outer tube and inner tube can spring back inwards. Since the outer tube is still in the elastic deformation range, it springs back much stronger than the inner tube, which is already in the plastic deformation range. This difference in springback results in the desired mechanical bond. The greater the difference in springback, the stronger the mechanical bond.

Bei dem zuvor erläuterten bekannten Verfahren erfolgt das Aufweiten des Innenrohrs abschnittsweise mittels eines hydraulisch angetriebenen, mechanischen Aufweitungswerkzeuges. Abschnitt für Abschnitt wird das Innenrohr und mit ihm gemeinsam das Außenrohr in der gewünschten Weise aufgeweitet. Da die Grenze des plastischen Verformungsbereiches den Aufweitungsdruck begrenzt, wird das Außenrohr in allen Aufweitungsabschnitten gleich weit verformt.In the known method explained above, the expansion of the inner tube takes place in sections by means of a hydraulically driven, mechanical expansion tool. Section by section, the inner tube and together with it the outer tube is widened in the desired manner. Since the limit of the plastic deformation range limits the expansion pressure, the outer tube is equally deformed in all expansion sections.

Im Stand der Technik kann man als Alternative zu einem abschnittsweisen Aufweiten mittels eines hydraulisch angetriebenen mechanischen Aufweitungswerkzeugs auch ein Aufweiten mittels einer hydraulischen Innen-Hochdruckumformung vorsehen, wie es in der DE 10 2008 024 009 A1 als eine Verfahrensalternative beschrieben wird.In the prior art can be provided as an alternative to a section expansion by means of a hydraulically driven mechanical expansion tool and a widening means of a hydraulic internal high-pressure forming, as shown in the DE 10 2008 024 009 A1 is described as a method alternative.

Im zuvor erläuterten Stand der Technik handelt es sich bei dem Metall des Außenrohrs um einen Kohlenstoff-Manganstahl mit einer Wandstärke von etwa 6 mm und bei dem Innenrohr um einen Edelstahl mit einer Wandstärke von etwa 1,5 mm. Das ist ein typisches Beispiel, das auch für die Erfindung anwendbar ist, wobei das aber nicht beschränkend zu verstehen ist.In the prior art described above, the metal of the outer tube is a carbon manganese steel having a wall thickness of about 6 mm and the inner tube is a stainless steel having a wall thickness of about 1.5 mm. This is a typical example which is also applicable to the invention, but this is not meant to be limiting.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass je nach Auswahl der Metalle von Außenlage und Innenlage die Differenz der Rückfederung nicht so groß ist, dass die weiter oben erläuterten Probleme in besonderen Situationen (z. B. Unterdruckzustand im Rohr) sicher beherrscht werden. Demzufolge liegt der Lehre das Problem zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus Metall so auszugestalten und weiterzubilden, dass eine größere Differenz bei der Rückfederung erreichbar ist.It has been found in practice that, depending on the selection of the metals of the outer layer and the inner layer, the difference in springback is not so great that the problems explained above are reliably controlled in special situations (eg negative pressure state in the tube). Accordingly, the teaching is based on the problem, the known method for producing a metal multilayer pipe in such a way and further develop that a greater difference in the springback can be achieved.

Das zuvor aufgezeigte Problem wird durch folgendes Verfahren gelöst:

  • 1. Ein die Außenlage bildendes Außenrohr mit einem bestimmten Innendurchmesser wird bereitgestellt.
  • 2. Ein die Innenlage bildendes Innenrohr mit einem bestimmten Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohrs, wird bereitgestellt.
  • 3. Das Innenrohr wird in das Außenrohr eingeführt, wobei beim Einführen vorzugsweise eine Berührung der Oberflächen von Außen- und Innenrohr vermieden wird.
  • 4. Das Innenrohr wird so stark radial aufgeweitet, dass es selbst bis weit in seinen plastischen Verformungsbereich verformt wird, und das Außenrohr mitgenommen wird und ebenfalls bis in seinen plastischen Verformungsbereich verformt wird.
  • 5. Das Innenrohr wird vom Aufweitungsdruck entlastet und die Rückfederung des Außenrohrs und Innenrohrs wird zugelassen.
The problem indicated above is solved by the following method:
  • 1. An outer tube forming the outer layer having a certain inner diameter is provided.
  • 2. An inner tube forming the inner layer with a certain outer diameter, which is slightly smaller than the inner diameter of the outer tube is provided.
  • 3. The inner tube is inserted into the outer tube, wherein during insertion preferably a contact of the surfaces of the outer and inner tube is avoided.
  • 4. The inner tube is radially expanded so much that it is even deformed far into its plastic deformation range, and the outer tube is taken along and is also deformed into its plastic deformation range.
  • 5. The inner tube is relieved of the expansion pressure and the springback of the outer tube and inner tube is permitted.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass das Innenrohr so stark aufweitend verformt wird, dass das Außenrohr nicht nur mitgenommen, sondern ebenfalls bis in seinen plastischen Verformungsbereich hinein verformt wird. Das Innenrohr wird also gerade nicht nur beschränkt verformt, um den elastischen Verformungsbereich nicht zu verlassen, sondern es wird gezielt bis in seinen plastischen Verformungsbereich verformt. Da voraussetzungsgemäß die Streckgrenze des Metalls des Innenrohrs ohnehin niedriger liegt als die Streckgrenze des Metalls des Außenrohrs wird bei diesem Verfahren das Innenrohr notgedrungen weiter in seinen plastischen Verformungsbereich hinein verformt als bei dem im Stand der Technik bekannten Verfahren. Dadurch ergibt sich bei Wegfall des Aufweitungsdruckes am Innenrohr eine wesentlich größere Differenz der Rückfederung zwischen Außenrohr und Innenrohr. Das Außenrohr federt wesentlich stärker zurück als das Innenrohr, weil das Innenrohr sich eben schon relativ weit im plastischen Verformungsbereich befindet und dort zum großen Teil die plastische Dehnung nicht mehr rückgängig gemacht werden kann.It is essential for the method according to the invention that the inner tube is deformed so strongly widening that the outer tube is not only taken along, but also deformed into its plastic deformation area. Thus, the inner tube is not only deformed to a limited extent in order not to leave the elastic deformation region, but rather it is deliberately deformed into its plastic deformation region. Since, according to the assumption, the yield strength of the metal of the inner tube is lower than the yield strength of the metal of the outer tube anyway, in this method the inner tube is forced to deform further into its plastic deformation area than in the method known in the prior art. This results in elimination of the expansion pressure on the inner tube a much larger difference in the springback between the outer tube and inner tube. The outer tube springs much more back than the inner tube, because the inner tube is already relatively far in the plastic deformation area and there, the plastic strain can not be reversed for the most part.

Gerade bei Metallen, die einen geringen Unterschied in der Streckgrenze haben, wird auf diese Weise eine ausreichende Differenz der Rückfederung erreicht und im Ergebnis resultiert daraus ein ausreichend stabiler Presssitz mit der entsprechenden mechanischen Bindung der beiden Rohre. Especially with metals that have a small difference in the yield strength, a sufficient difference in the springback is achieved in this way and as a result results in a sufficiently stable interference fit with the corresponding mechanical bonding of the two tubes.

Nach bevorzugter Lehre der Erfindung kann man das Verfahren so betreiben, dass zunächst nur der Spalt zwischen Innenrohr und Außenrohr überbrückt wird. Das erreicht man dadurch, dass das Innenrohr vor dem Verfahrensschritt Nr. 4 zunächst nur im elastischen Verformungsbereich bis zur Anlage am Innenumfang des Außenrohrs aufgeweitet wird. Erst danach beginnt dann das eigentliche Aufweitungs- und Verformungsverfahren mit Schritt Nr. 4 von Anspruch 1.According to a preferred teaching of the invention, the method can be operated so that initially only the gap between the inner tube and the outer tube is bridged. This is achieved by the fact that the inner tube is first expanded before the process step no. 4 initially only in the elastic deformation range to the system on the inner circumference of the outer tube. Only then does the actual expansion and deformation process begin with step # 4 of claim 1.

Für das erfindungsgemäße Verfahren stehen alle aus dem Stand der Technik bekannten Methoden zur Verfügung, also sowohl die Innen-Hochdruckaufweitung als auch das abschnittsweise Aufweiten mittels eines mechanischen Aufweitungswerkzeugs, insbesondere eines hydraulisch angetriebenen mechanischen Aufweitungswerkzeugs wie in der WO 2004/103603 A1 im Einzelnen beschrieben.All methods known from the prior art are available for the method according to the invention, ie both the inner high-pressure expansion and the section-wise expansion by means of a mechanical expansion tool, in particular a hydraulically driven mechanical expansion tool as in FIG WO 2004/103603 A1 described in detail.

Bei der letztgenannten Verfahrensweise, die zu einem abschnittsweisen Aufweiten des Innenrohrs führt, kann man wegen der Besonderheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens so arbeiten, dass das Außenrohr in unterschiedlichen Aufweitungsabschnitten im Schritt Nr. 4 unterschiedlich weit verformt wird. Da man sich auch beim Außenrohr bereits gezielt im plastischen Verformungsbereich, also im flachen Abschnitt der Spannungs-Dehnungs-Kennlinie befindet, ergibt sich diese Möglichkeit.In the latter method, which leads to a section-wise widening of the inner tube, one can work because of the peculiarities of the method according to the invention that the outer tube is deformed to different degrees in different expansion sections in step No. 4. Since the outer tube is already targeted in the plastic deformation range, ie in the flat section of the stress-strain curve, this possibility arises.

Insgesamt empfiehlt es sich allerdings, dass das Außenrohr nur bis in den Anfang seines plastischen Verformungsbereiches verformt wird. Ein zu weites Eindringen in den plastischen Verformungsbereich wirft nämlich andere Probleme, beispielsweise hinsichtlich der dann wieder durchzuführenden zerstörungsfreien Prüfung auf.Overall, however, it is recommended that the outer tube is deformed only to the beginning of its plastic deformation range. Too much penetration into the plastic deformation range raises other problems, for example with regard to the then to be performed again non-destructive testing.

Natürlich ist das erfindungsgemäße Verfahren ebenso dafür einsetzbar, dass das Außenrohr in allen Aufweitungsabschnitten im Schritt Nr. 4 gleich weit verformt wird.Of course, the method according to the invention can also be used so that the outer tube is equally deformed in all expansion sections in step No. 4.

Im Stand der Technik ist es auch bekannt, die Außenlage eines Mehrlagenrohres nachträglich unter Einsatz von Wärme zu beschichten. Eine Wärmebehandlung auf der Außenseite eines Mehrlagenrohres zur Herstellung einer dort angeordneten Beschichtung kann jedoch die mechanische Bindung zwischen den Rohren beeinträchtigen. Je größer der Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Außenrohr und Innenrohr ist, desto stärker ist dieser Effekt. Beim Abkühlen verringert sich die mechanische Bindung, da das Innenrohr sich stärker zusammenzieht als das Außenrohr.In the prior art, it is also known to subsequently coat the outer layer of a multilayer pipe using heat. However, a heat treatment on the outside of a multilayer pipe for producing a coating arranged there can impair the mechanical bond between the pipes. The greater the difference in the coefficients of thermal expansion of the outer tube and inner tube, the stronger this effect. Upon cooling, the mechanical bond decreases as the inner tube contracts more than the outer tube.

Erfindungsgemäß kann man das zuvor erläuterte Problem dadurch umgehen, dass im Schritt Nr. 1 des Verfahrens ein zuvor bereits mit einer Außenbeschichtung versehenes Außenrohr verwendet wird.According to the invention, the problem described above can be circumvented by using an outer tube which has already been provided with an outer coating in step no. 1 of the method.

Wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann man auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine spezielle Oberflächenbeschaffenheit der einander zugewandten Oberflächen von Innenrohr und Außenrohr generieren, um eine Optimierung der mechanischen Bindung im Presssitz zu erhalten.As already known from the prior art, it is also possible in the method according to the invention to generate a special surface finish of the mutually facing surfaces of inner tube and outer tube, in order to obtain an optimization of the mechanical bond in an interference fit.

Auch die Verwendung einer zusätzlichen Schicht zwischen Innenrohr und Außenrohr, insbesondere also der im Stand der Technik bereits behandelten Klebstoffschicht, ist möglich.The use of an additional layer between the inner tube and the outer tube, in particular the adhesive layer already treated in the prior art, is also possible.

An den Rohrenden des Mehrlagenrohres empfiehlt es sich, wie auch im Stand der Technik verwirklicht ( WO 2004/103603 A1 ), die Stirnseiten der Rohre miteinander metallurgisch zu verbinden, insbesondere zu verschweißen. Das kann man bezogen auf die Aufweitungsschritte in unterschiedlichen Abschnitten des Verfahrens tun.At the tube ends of the multi-layer tube, it is recommended, as realized in the prior art ( WO 2004/103603 A1 ), metallurgically connect the end faces of the tubes with each other, in particular to weld. This can be done in relation to the expansion steps in different sections of the procedure.

Weiter kann man vorsehen, das Mehrlagenrohr mittels einer speziellen Richttechnik zu richten, um die evtl. vorhandene Ovalität zu verringern, ohne aber die mechanische Bindung zu beeinträchtigen (siehe DE 10 2016 007 550.3 der Anmelderin).Furthermore, it can be provided to direct the multilayer pipe by means of a special straightening technique, in order to reduce the possibly existing ovality, but without affecting the mechanical bond (see DE 10 2016 007 550.3 the applicant).

Schließlich empfiehlt es sich natürlich auch im Rahmen der Verwendung eines Mehrlagenrohres gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechende zerstörungsweise Prüfmethoden anzuwenden wie im Stand der Technik beschrieben.Finally, it is of course also in the context of using a multi-layer pipe according to the present invention to apply appropriate destructive testing methods as described in the prior art.

Gegenstand der Erfindung ist im Übrigen auch ein Mehrlagenrohr mit einer Außenlage aus einem ersten Metall mit einer bestimmten ersten Streckgrenze und einer Innenlage aus einem zweiten Metall mit einer zweiten Streckgrenze, die niedriger ist als die erste Streckgrenze, wobei die Außenlage durch ein Außenrohr gebildet ist und die Innenlage durch ein im Außenrohr befindliches Innenrohr gebildet ist und wobei das Außenrohr und das Innenrohr im Presssitz miteinander verbunden sind. Die erfindungsgemäße Herstellungsweise dieses Mehrlagenrohrs erkennt man daran, dass sowohl das Innenrohr als auch das Außenrohr in den jeweiligen plastischen Verformungsbereich des jeweiligen Metalls hinein verformt sind.The invention also provides a multilayer pipe with an outer layer of a first metal having a specific first yield strength and an inner layer of a second metal having a second yield strength lower than the first yield strength, the outer layer being formed by an outer tube and the inner layer is formed by an inner tube located in the outer tube and wherein the outer tube and the inner tube are connected to each other in a press fit. The method of manufacturing this multilayer pipe according to the invention can be recognized by the fact that both the inner pipe and the outer pipe are deformed into the respective plastic deformation region of the respective metal.

In der beigefügten Abbildung ist ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für ein beispielhaftes System gezeigt. Mit ”1” ist der Expansionspunkt identifiziert, der im Stand der Technik erreicht wird. Bei diesem befindet sich das Außenrohr (strichpunktierte Linie) noch im Bereich elastischer Verformung. Es verformt sich nach Wegfall des Aufweitungsdruckes praktisch auf derselben Linie wieder zurück. Anders das Innenrohr, dessen Spannungs-Dehnungs-Verlauf in durchgezogener Linie dargestellt ist. Hier ist beim Expansionspunkt 1 bereits der plastische Verformungsbereich erreicht, die gestrichelt dargestellte Rückkehrlinie berücksichtigt dies. Unten sieht man eingetragen die Differenz D1 für die Rückfederung bei Erreichen des Expansionspunktes 1.In the attached figure is a stress-strain diagram for an example System shown. With "1" the expansion point is reached, which is achieved in the prior art. In this case, the outer tube (dash-dot line) is still in the range of elastic deformation. It deforms after elimination of the expansion pressure practically on the same line back. Unlike the inner tube whose stress-strain curve is shown in a solid line. Here is the point of expansion 1 already reaches the plastic deformation range, the dashed return line takes this into account. Below you can see the difference D1 for the springback on reaching the expansion point 1 ,

Rechts daneben sieht man, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein späterer Aufweitungspunkt 2 erreicht wird. Hier befindet sich auch das Metall des Außenrohrs im Bereich plastischer Verformung. Die punktierte Rückkehrlinie für die Verformung des Außenrohrs stimmt nicht mehr mit der anfänglichen strichpunktierten Aufwärtslinie überein. Das Innenrohr befindet sich weit im plastischen Verformungsbereich, so dass sich in Summe eine größere Differenz D2 der Rückfederung ergibt. Die mechanische Bindung ist also demzufolge wesentlich stärker, der Presssitz besser.Right next to it can be seen that in the method according to the invention a later expansion point 2 is reached. Here is also the metal of the outer tube in the area of plastic deformation. The dotted return line for the deformation of the outer tube is no longer consistent with the initial dash-dotted upward line. The inner tube is located far in the plastic deformation range, so that in total results in a larger difference D2 of the springback. The mechanical bond is therefore much stronger, the press fit better.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Mehrlagenrohres aus Metall, das eine Außenlage aus einem ersten Metall mit einer bestimmten ersten Streckgrenze und eine Innenlage aus einem zweiten Metall mit einer zweiten Streckgrenze, die niedriger ist als die erste Streckgrenze, aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: 1. Ein die Außenlage bildendes Außenrohr mit einem bestimmten Innendurchmesser wird bereitgestellt. 2. Ein die Innenlage bildendes Innenrohr mit einem bestimmten Außendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrohrs, wird bereitgestellt. 3. Das Innenrohr wird in das Außenrohr eingeführt, wobei beim Einführen vorzugsweise eine Berührung der Oberflächen von Außen- und Innenrohr vermieden wird. 4. Das Innenrohr wird so stark radial aufgeweitet, dass es selbst bis weit in seinen plastischen Verformungsbereich verformt wird, und das Außenrohr mitgenommen wird und ebenfalls bis in seinen plastischen Verformungsbereich verformt wird. 5. Das Innenrohr wird vom Aufweitungsdruck entlastet und die Rückfederung des Außenrohrs und Innenrohrs wird zugelassen.Method for producing a multilayer pipe made of metal, comprising an outer layer of a first metal having a certain first yield strength and an inner layer of a second metal having a second yield strength lower than the first yield strength, with the following process steps: 1. An outer tube forming the outer layer having a certain inner diameter is provided. 2. An inner tube forming the inner layer with a certain outer diameter, which is slightly smaller than the inner diameter of the outer tube is provided. 3. The inner tube is inserted into the outer tube, wherein during insertion preferably a contact of the surfaces of the outer and inner tube is avoided. 4. The inner tube is radially expanded so much that it is deformed even far into its plastic deformation range, and the outer tube is taken along and is also deformed into its plastic deformation range. 5. The inner tube is relieved of the expansion pressure and the springback of the outer tube and inner tube is permitted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr vor dem Verfahrensschritt Nr. 4 zunächst nur im elastischen Verformungsbereich bis zur Anlage am Innenumfang des Außenrohrs aufgeweitet wird.A method according to claim 1, characterized in that the inner tube is first expanded before the process step no. 4 initially only in the elastic deformation range until it rests against the inner circumference of the outer tube. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweiten des Innenrohrs hydraulisch mittels einer Innen-Hochdruckumformung erfolgt.The method of claim 1 or 2, characterized in that the widening of the inner tube is effected hydraulically by means of an internal high-pressure forming. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufweiten des Innenrohrs abschnittsweise mittels eines vorzugsweise hydraulisch angetriebenen mechanischen Aufweitungswerkzeuges erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the expansion of the inner tube is partially performed by means of a preferably hydraulically driven mechanical expansion tool. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr in allen Aufweitungsabschnitten im Schritt Nr. 4 gleich weit verformt wird.A method according to claim 4, characterized in that the outer tube is deformed in all the expansion portions in step no. 4 equidistant. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr in unterschiedlichen Aufweitungsabschnitten im Schritt Nr. 4 unterschiedlich weit verformt wird.A method according to claim 4, characterized in that the outer tube is deformed in different widening sections in step no. 4 differently wide. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenrohr nur bis in den Anfang seines plastischen Verformungsbereiches verformt wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the outer tube is deformed only to the beginning of its plastic deformation range. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt Nr. 1 ein zuvor bereits mit einer Außenbeschichtung versehenes Außenrohr bereitgestellt wird.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in method step no. 1, a previously provided with an outer coating outer tube is provided. Mehrlagenrohr mit einer Außenlage aus einem ersten Metall mit einer bestimmten ersten Streckgrenze und einer Innenlage aus einem zweiten Metall mit einer zweiten Streckgrenze, die niedriger ist als die erste Streckgrenze, wobei die Außenlage durch ein Außenrohr gebildet ist und die Innenlage durch ein im Außenrohr befindliches Innenrohr gebildet ist und wobei das Außenrohr und das Innenrohr im Presssitz miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Innenrohr als auch das Außenrohr in den jeweiligen plastischen Verformungsbereich des jeweiligen Metalls hinein verformt sind.Multi-layer tube having an outer layer of a first metal having a certain first yield strength and an inner layer of a second metal having a second yield strength lower than the first yield strength, wherein the outer layer is formed by an outer tube and the inner layer by an inner tube located in the outer tube is formed and wherein the outer tube and the inner tube are connected to each other in an interference fit, characterized in that both the inner tube and the outer tube are deformed into the respective plastic deformation region of the respective metal. Mehrlagenrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall des Außenrohrs ein Kohlenstoff-Manganstahl und das Metall des Innenrohrs ein nicht rostender Edelstahl oder ein auf Nickelbasis basierender Stahl ist.Multilayer pipe according to claim 9, characterized in that the metal of the outer pipe is a carbon manganese steel and the metal of the inner pipe is a stainless steel or a nickel base based steel.
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