DE102017111613A1 - Präzisions-Schweißvorrichtung für ein zweistufiges Schweißen von spiralnahtgeschweißten Stahlrohren und Verfahren zu deren Verwendung - Google Patents

Präzisions-Schweißvorrichtung für ein zweistufiges Schweißen von spiralnahtgeschweißten Stahlrohren und Verfahren zu deren Verwendung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine1,5-Pitch-Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von spiralnahtgeschweißten Stahlrohren sowie ein diese Vorrichtung verwendendes Schweißverfahren. Die,5-Pitch-Fertigschweißvorrichtung gemäß der Erfindung umfasst eine feststehende Antriebsvorrichtung, eine Außenschweißvorrichtung, eine Innenschweißvorrichtung und eine bewegbare Antriebsvorrichtung, wobei die bewegbare Antriebsvorrichtung auf einer elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der bewegbaren Antriebsvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes in axialer Richtung bewegt, und wobei die Außenschweißvorrichtung auf einer elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes in axialer Richtung bewegt. Die Fertigschweißeinrichtung und das neue Schweißverfahren gemäß der Erfindung können bei der Hochqualitätsherstellung von Spiralnaht-Stahlrohren eingesetzt werden, um nachteilige Einflüsse auf die Schweißnaht zu vermeiden, die von der Resthitze des Innenseitenschweißens stammen und kann insbesondere bei der Herstellung von hochwertigen, dickwandigen Öl- und Gas-Stahlrohren mit hohen Anforderungen hinsichtlich des Verhaltens der Schweißnaht eingesetzt werden.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Herstellung von spiralnahtgeschweißten Stahlrohren unter Verwendung eines zweistufigen Schweißverfahrens und insbesondere eine 1,5-Pitch-Fertigschweißvorrichtung für spiralnahtgeschweißte Stahlrohre sowie ein diese Vorrichtung verwendendes Schweißverfahren.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Zum gegenwärtigen Zeitpunkt umfassen Herstellungsverfahren von spiralnahtgeschweißten Stahlrohren einstufige Stahlrohr-Spiralnahtschweißverfahren und Heft- und Fertigschweißverfahren.
  • Bei einem einstufigen Spiralnahtschweißverfahren zur Herstellung von Stahlrohren wird mithilfe eines drei Walzen umfassenden Formwalzwerks ein Stahlstreifen geformt, und es werden an dem Stahlstreifen synchron ein auf der Innenseite erfolgender 2-Draht-Unterpulverschweißvorgang und ein auf der Außenseite erfolgender 2-Draht-Unterpulverschweißvorgang durchgeführt, weshalb das Verfahren als „einstufiges“ Verfahren bezeichnet wird. Da bei diesem Verfahren das Unterpulverschweißen und das Formen des Stahlrohrs gleichzeitig durchgeführt werden, wird die Schweißqualität durch von der Maschine ausgehende Vibrationen beeinflusst, was zu Fehlern wie Heißrissbildung und Schlackeneinschlüssen führen kann. Daher verbieten internationale Standards für Öl- und Gaspipelines meistens die Anwendung dieses Verfahrens für die Herstellung von Öl- und Gas-Stahlrohren. Darüber hinaus ist die Effizienz dieses Verarbeitungsverfahrens wegen der beschränkten Geschwindigkeit des Unterpulverschweißens und der damit verbundenen geringen Geschwindigkeit der Stahlrohrherstellung gering.
  • Das Heft- und Fertigschweißverfahren ist ein fortgeschrittenes Bearbeitungsverfahren der Herstellung von spiralnahtgeschweißten Stahlrohren, das entwickelt wurde, um Mängel der Qualitätsinstabilität und der geringen Effizienz des herkömmlichen einstufigen Verfahrens zu überwinden. Dieses Verarbeitungsverfahren wird auch als „zweistufiges“ Verfahren bezeichnet, bei dem während der Formung eines Stahlstreifens in einem 3-Walzen-Formwalzwerk zunächst ein Hochgeschwindigkeits-Metall-Aktivgas-(MAG)-Vorschweißen durchgeführt und der Stahlstreifen unter Verwendung eines Plasmaschneiders auf eine spezielle Länge abgeschnitten und dann zu einer Reihe von Fertigschweiß-Produktionslinien weiterbewegt wird, um ein synchronisiertes von innen und von außen her stattfindendes durchzuführen. Die Vorgänge der Stahlrohrbildung und des Unterpulverschweißens werden bei dem Verfahren voneinander getrennt so durchgeführt, dass beide Seiten einer Nut des Stahlrohrs zueinander stationär sind, während ein von der Innenseite her erfolgendes Mehrdraht-Unterpulverschweißen (2 bis 3 Drähte) und ein von der Außenseite her erfolgendes Mehrdraht-Unterpulverschweißen (2 bis 3 Drähte) durchgeführt werden, wobei die Schweißqualität sichergestellt wird. Darüber hinaus kann deswegen, weil das Hochgeschwindigkeits-MAG-Vorschweißen eine Geschwindigkeit erreichen kann, die mehr als viermal so groß ist wie die des Unterpulverschweißens, die Kapazität des Formwalzwerkes in vollem Umfang genutzt werden, um die Produktionseffizienz mehr als zu verdoppeln. Somit ist das Zweistufen-Bearbeitungsverfahren wegen seiner großen Effizienz und ausgezeichneten Qualität international als das fortschrittlichste Bearbeitungsverfahren der Spiralnaht-Stahlrohr-Produktion anerkannt worden.
  • Um jedoch spiralnahtgeschweißte Stahlrohre unter Verwendung des Zweistufen-Schweißverfahrens zu erzeugen, wird gemäß dem Stand der Technik ein Außenseiten-Mehrdraht-Unterpulverschweißvorgang (2 bis 3 Drähte) in einem Abstand von 0,5 Pitch (12:00 Uhr-Position) von der Stelle durchgeführt, an welcher der Innenseiten-Mehrdraht-Unterpulverschweißvorgang (2 bis 3 Drähte) durchgeführt worden ist. (Ungefähr an der 6:00 Uhr-Position des Stahlrohrs). Wenn dieses Bearbeitungsverfahren beim Schweißen eines dickwandigen Öl- oder Gas-Stahlrohrs hoher Qualität angewendet wird, wird das Stahlrohr einem von der Außenseite her erfolgenden Unterpulverschweißvorgang unmittelbar nach dem von der Innenseite her erfolgten Unterpulverschweißvorgang mit nicht ausreichender Abkühlzeit unterworfen, sodass viele nachteilige Effekte an den Mikrostrukturen und den Eigenschaften der Schweißnaht unter dem kombinierten Einfluss der Resthitze der von innen her erfolgten Schweißung und der von den Schweißbögen der von außen her erfolgenden Schweißung freigesetzten Hitze verursacht werden können. Unter dem Einfluss der Resthitze der von innen her erfolgten Schweißung wird die Kerbschlagenergie (Charpy-Schlagenergie) sowohl der Schweißnaht als auch der durch die Hitze beeinflussten Zone (HAZ) deutlich vermindert und deren Zähigkeit bzw. Härte zeigt eine abnehmende Tendenz und ein Mikrostrukturenwachstum unterschiedlichen Ausmaßes.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Um die bei existierenden Einrichtungen zur Spiralnaht-Fertigschweißung von Stahlrohren auftretenden Probleme zu überwinden, die durch die Resthitze des von innen her erfolgten Schweißvorganges bei der Durchführung des von außen her erfolgenden Schweißvorganges in einem Abstand von 0,5 Pitch von der Stelle, an welcher der von innen her erfolgte Mehrdraht-Unterpulverschweißvorgang durchgeführt worden ist, verursacht werden, schafft die vorliegende Erfindung eine Fertigschweißvorrichtung, die beim 1,5-Pitch-Schweißen eines Spiralnaht-Stahlrohrs verwendbar ist, sowie ein Schweißverfahren, bei dem diese Fertigschweißvorrichtung Verwendung findet.
  • Die Fertigschweißvorrichtung zum Fertigschweißen eines Spiralnaht-Stahlrohrs umfasst eine feststehende Antriebsvorrichtung, eine Außenschweißvorrichtung, eine Innenschweißvorrichtung und eine bewegbare Antriebsvorrichtung, wobei die bewegbare Antriebsvorrichtung auf einer elektrischen Gleitschiene für eine Axialbewegung der bewegbaren Antriebsvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes in axialer Richtung bewegt, und wobei die Außenschweißvorrichtung auf einer elektrischen Gleitschiene für eine Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes in axialer Richtung bewegt.
  • Vorzugsweise sind eine Winkelantriebsvorrichtung, eine Antriebswalze und eine Hebevorrichtung für die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der feststehenden Antriebsvorrichtung vorgesehen, wobei die Antriebswalze eine stufenlose von 0° bis 90° reichende Präzisionseinstellung gemäß dem Spiralwinkel des Spiralnaht-Stahlrohrs durchführt, während das Stahlrohr von der Winkelantriebsvorrichtung angetrieben wird. Die Hebevorrichtung für die Antriebswalze wird verwendet, um das Ineingrifftreten und das Außereingrifftreten der Antriebswalze und des Spiralnaht-Stahlrohrs zu steuern. Stärker bevorzugt führt die Antriebswalze eine stufenlose von 40° bis 78° reichende Präzisionseinstellung gemäß dem Spiralwinkel des Spiralnaht-Stahlrohrs durch, während das Stahlrohr von der Winkelantriebsvorrichtung angetrieben wird.
  • Vorzugsweise umfasst die Fertigschweißvorrichtung mehrere Gruppen von Orthogonalwalzenvorrichtungen, von denen jede zwei überkreuzte Ballwalzen umfasst, und das Stahlrohr kann auf den Orthogonalwalzenvorrichtungen durch die Antriebswalze in Umfangsrichtung, in horizontaler Richtung und spiralförmig bewegt werden. Die Orthogonalwalze dient als separates Teil dazu, das Stahlrohr abzustützen, die Bewegung des Stahlrohrs zu unterstützen und den Widerstand gegen die Bewegung des Stahlrohrs zu vermindern.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird mit der Unterstützung der Orthogonalwalzenvorrichtungen das Stahlrohr abwechselnd durch die Antriebswalzen an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und an der feststehenden Antriebsvorrichtung angetrieben, die auf einen gewünschten Winkel eingestellt sind, um Bewegungen des Stahlrohrs, wie zum Beispiel eine lineare Zufuhr, einen Suchvorgang für den Startpunkt der Schweißung in Umfangsrichtung und eine Spiralschweißung zu erzielen.
  • Vorzugsweise umfasst die Fertigschweißvorrichtung weiterhin eine Verriegelungsvorrichtung, um die bewegbare Antriebsvorrichtung durch die Verriegelungsvorrichtung zu verriegeln.
  • Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Durchführung eines 1,5-Pitch-Synchronschweißvorganges mit der obigen Fertigschweißvorrichtung, das Folgendes umfasst:
  • Axiales Bewegen der bewegbaren Antriebsvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der bewegbaren Antriebsvorrichtung vor dem Beginn des Schweißvorgangs, um so die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung mit dem Stahlrohr in Berührung zu bringen und dabei eine Schweißnaht zu vermeiden, und Verhindern einer Störung der bewegbaren Antriebsvorrichtung durch Außenschweißvorrichtung; Bewegen der Außenschweißvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung, um so einen Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung in eine Schweißnahtposition zu bewegen, in der die Schweißnahtposition, in der sich ein Schweißbrenner der Innenschweißvorrichtung befindet, und die Schweißnahtposition, in der sich der Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung befindet, um eineinhalb Pitch voneinander verschieden sind; und Antreiben des Spiralnaht-Stahlrohrs durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung und durch die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung, um eine 1,5-Pitch-Synchronschweißung durchzuführen.
  • Das Spiralnaht-Stahlrohr wird gemeinsam durch die Antriebswalzen an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der feststehenden Antriebsvorrichtung angetrieben, um eine kontinuierliche Bewegung des Stahlrohrs in Spiralrichtung und geradliniger Richtung zu erzielen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen technischen Lösung berührt die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung das Stahlrohr an einer Stelle außerhalb der Schweißnaht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen technischen Lösung berührt die Orthogonalwalzenvorrichtung das Stahlrohr an einer Stelle außerhalb der Schweißnaht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen technischen Lösung sind sowohl die bewegbare Antriebsvorrichtung als auch die feststehende Antriebsvorrichtung mit einer an ihnen befindlichen Antriebswalze ausgestattet. Die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung steht mit dem Stahlrohr an einer Stelle außerhalb der Schweißnaht in Berührung und die Orthogonalwalzenvorrichtung steht mit dem Stahlrohr an einer Stelle außerhalb der Schweißnaht in Berührung.
  • Vorzugsweise wird die Position der bewegbaren Antriebsvorrichtung verriegelt, nachdem sie in axialer Richtung eingestellt worden ist.
  • Vorzugsweise wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung nach dem Beginn des Schweißvorganges zu dem Zeitpunkt, in welchem das Stahlrohr stabil angetrieben wird, angehoben, sodass das Stahlrohr nur noch von der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben wird. Das Stahlrohr wird durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung nur nach dem Beginn des Schweißvorganges stabil angetrieben. Nachdem das Stahlrohr zu der Stelle unter der bewegbaren Antriebsvorrichtung bewegt worden ist, wird das Stahlrohr durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung und die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung stabil angetrieben. Nachdem der Antrieb des Stahlrohrs stabil abläuft, wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung angehoben, und das Stahlrohr wird nur noch durch die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben.
  • Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Durchführung eines 0,5-Pitch-Schweißvorganges mit der obigen Vorrichtung, das Folgendes umfasst:
  • Axiales Bewegen der bewegbaren Antriebsvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der bewegbaren Antriebsvorrichtung vor dem Beginn des Schweißvorgangs, um so die Antriebswalze mit dem Stahlrohr in Berührung zu bringen und dabei eine Schweißnaht zu vermeiden, und Verhindern einer Störung der bewegbaren Antriebsvorrichtung durch die Außenschweißvorrichtung; Bewegen der Außenschweißvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung, um so einen Schweißbrenner, der auf der Außenschweißvorrichtung montiert ist, in eine Schweißnahtposition zu bewegen, wobei die Schweißnahtposition, in der sich ein Schweißbrenner der Innenschweißvorrichtung befindet, und die Schweißnahtposition, in der sich der Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung befindet, um 0,5 Pitch voneinander verschieden sind; und Antreiben des Stahlrohrs durch die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung, um eine 0,5-Pitch-Synchronschweißung durchzuführen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen technischen Lösung berührt die Antriebswalze an der bewegbaren und/oder der feststehenden Antriebsvorrichtung das Stahlrohr an einer Stelle außerhalb der Schweißnaht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen technischen Lösung berührt die Orthogonalwalzenvorrichtung das Stahlrohr an einer Stelle außerhalb der Schweißnaht.
  • Bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind sowohl die bewegbare Antriebsvorrichtung als auch die feststehende Antriebsvorrichtung mit einer Antriebswalze ausgestattet, wobei die Antriebswalzen an der feststehenden Antriebsvorrichtung mit dem Stahlrohr an einer Stelle außerhalb der Schweißnaht in Berührung stehen.
  • Vorzugsweise wird die Position der bewegbaren Antriebsvorrichtung verriegelt, nachdem sie in axialer Richtung eingestellt worden ist.
  • Vorzugsweise wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung nach dem Beginn des Schweißvorganges zu dem Zeitpunkt, in welchem das Stahlrohr stabil angetrieben wird, angehoben, sodass das Stahlrohr nur noch von der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben wird. Das Stahlrohr wird durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung nur nach dem Beginn des Schweißvorganges stabil angetrieben. Nachdem das Stahlrohr zu der Stelle unter der bewegbaren Antriebsvorrichtung bewegt worden ist, wird das Stahlrohr durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung und die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung stabil angetrieben. Nachdem der Antrieb des Stahlrohrs stabil abläuft, wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung angehoben und das Stahlrohr wird nur noch durch die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben.
  • Die neue 1,5-Pitch-Fertigschweißeinrichtung und das zugehörige Schweißverfahren sind geeignet, ein Mehrdraht-Unterpulverschweißen eines Spiralnaht-Stahlrohrs mit einem Pitch von 0,5 oder 1,5 auszuführen, und sind dabei in der Lage, das Problem nachteiliger Einflüsse auf die Struktur und das Verhalten der Schweißnaht zu vermeiden, die von der Resthitze des Innenseitenschweißens bei der Durchführung des Fertigschweißens von Spiralnaht-Stahlrohren hoher Qualität für Öl oder Gas verursacht werden können, und kann beim Fertigschweißen bei der Herstellung von Spiralnaht-Stahlrohren durch das 2-Schritt-Verfahren angewendet werden.
  • Um das Problem der Einflüsse der Resthitze des Innenseiten-Schweißens nach der Durchführung eines auf der Innenseite erfolgten Mehrdraht-Unterpulverschweißens eines Spiralnaht-Stahlrohrs bei der Verwendung der Fertigschweißvorrichtung zu überwinden, werden elektrische Gleitschienen verwendet, um es der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der Außenschweißvorrichtung zu ermöglichen, sich als Ganzes über eine große Entfernung zu bewegen, um so in der Lage zu sein, wahlweise ein 0,5-Pitch- oder ein 1,5-Pitch-Schweißen entsprechend den Produkterfordernissen durchzuführen. Das neue 1,5-Pitch-Fertigschweißverfahren gemäß der Erfindung kann in erfolgreicher Weise die Effekte der vom Innenschweißen stammenden Resthitze beseitigen, um den Produktionsanforderungen für Spiralnaht-Stahlrohre hoher Qualität mit guten Ergebnissen besser gerecht zu werden.
  • Bei der Fertigschweißvorrichtung und dem neuen 1,5-Pitch-Schweißverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Schweißnaht nach dem von innen her erfolgenden Schweißvorgang ausreichend abgekühlt, sodass die Verbindung zwischen den thermischen Zyklen des inneren und des äußeren Schweißvorganges in wirksamer Weise isoliert ist, wodurch in wirksamer Weise die nachteiligen Effekte überwunden werden, die sich aus der vom Innenschweißvorgang induzierten Resthitze ergeben. Bezüglich der Struktur der Schweißnaht und der durch die Hitze beeinflussten Zone (HAZ) werden eine feinere Korngröße, eine beträchtliche Erhöhung der Kerbschlagenergie (Charpy-Schlagenergie) und eine bessere Zähigkeit bzw. Belastbarkeit der Schweißnaht im Vergleich zu existierenden Fertigschweißverfahren erzielt, und daher kann ein exzellentes Endleistungsverhalten von Stahlrohren erzielt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Diagramm der Endschweißvorrichtung für Spiralnaht-Stahlrohre, die eine 1,5-Pitch-Schweißung durchführt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist ein schematisches Diagramm der Endschweißvorrichtung für Spiralnaht-Stahlrohre, die eine 0,5-Pitch-Schweißung durchführt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine Seitenansicht einer Endschweißvorrichtung für Spiralnaht-Stahlrohre gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    bewegbare Antriebsvorrichtung
    2
    Außenschweißvorrichtung
    3
    feststehende Antriebsvorrichtung
    4
    elektrische Gleitschiene für eine bewegbare Axialbewegungsvorrichtung
    5
    Verriegelungsvorrichtung
    6
    Orthogonalwalzenvorrichtung
    7
    elektrische Gleitschiene für eine Außenschweiß-Axialbewegungsvorrichtung
    8
    Innenschweißvorrichtung
    10
    Winkelantriebsvorrichtung
    11
    Antriebswalze
    12
    Antriebswalzen-Hebevorrichtung
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die für die Erfindung lediglich erläuternd aber nicht einschränkend zu verstehen sind.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst eine Fertigschweißvorrichtung zum Fertigschweißen eines Spiralnaht-Stahlrohrs eine feststehende Antriebsvorrichtung 3, eine Außenschweißvorrichtung 2, eine Innenschweißvorrichtung 8 und eine bewegbare Antriebsvorrichtung 1, wobei die bewegbare Antriebsvorrichtung 1 auf einer elektrischen Gleitschiene 4 für eine bewegbare Axialbewegungsvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes in axialer Richtung bewegt, und die Außenschweißvorrichtung 2 auf einer elektrischen Gleitschiene 7 für eine Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes bewegt.
  • Gemäß 3 sind eine Winkelantriebsvorrichtung 10, eine Antriebswalze 11 und eine Hubvorrichtung 12 für die Antriebswalze auf der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der feststehenden Antriebsvorrichtung vorgesehen. Die Antriebswalze kann in einem Bereich von 0° bis 90° (vorzugsweise 40° bis 78°) entsprechend dem Spiralwinkel des Spiralnaht-Stahlrohrs präzise stufenlos eingestellt werden, wobei das Stahlrohr durch die Winkelantriebsvorrichtung angetrieben wird. Die Antriebswalzen-Hubvorrichtung wird verwendet, um das Ineingriffbringen und das Außereingriffbringen der Antriebswalze und des Spiralnaht-Stahlrohrs zu steuern. Die Antriebswalzen an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der feststehenden Antriebsvorrichtung können entsprechend den Erfordernissen während des Schweißvorganges voneinander getrennt oder gemeinsam angetrieben werden, um ein stabiles und zuverlässiges Laufen des Stahlrohrs während des gesamten Vorganges sicherzustellen.
  • Die Fertigschweißvorrichtung umfasst mehrere Gruppen von Orthogonalwalzenvorrichtungen, von denen jede zwei überkreuzte Ballwalzen umfasst. Dadurch, dass das Stahlrohr von den Orthogonalwalzenvorrichtungen getragen wird, kann es durch die Antriebswalze in Umfangsrichtung, in axialer Richtung und spiralförmig bewegt werden. Es kann eine unterschiedliche Anzahl von Orthogonalwalzenvorrichtungen entsprechend der Länge des Stahlrohrs vorgesehen werden. Durch die Abstützung durch die Orthogonalwalzenvorrichtungen wird das Stahlrohr durch die Antriebswalzen-Vorrichtungen getrennt oder gemeinsam entsprechend dem vorgegebenen Winkel angetrieben, um die Bewegungen des Stahlrohrs, wie zum Beispiel einen linearen Vorschub, ein in Umfangsrichtung erfolgendes Suchen eines Schweiß-Anfangspunktes oder eine Spiralschweißung zu erzielen.
  • Die Fertigschweißvorrichtung umfasst weiterhin eine Verriegelungsvorrichtung, um ein Verriegeln der bewegbaren Antriebsvorrichtung durch die Verriegelungsvorrichtung zu ermöglichen.
  • Gemäß 1 umfasst ein Verfahren zur Durchführung einer 1,5-Pitch-Synchronschweißung mit der oben beschriebenen Endschweißvorrichtung folgende Schritte:
  • Axiales Bewegen der bewegbaren Antriebsvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die bewegbare Antriebsvorrichtung vor dem Beginn des Schweißvorgangs, um so die bewegbare Antriebsvorrichtung mit dem Stahlrohr in Berührung zu bringen und dabei die Schweißnaht zu vermeiden und Verhindern, dass es zu einer gegenseitigen Störung der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der Außenschweißvorrichtung kommt; Bewegen der Außenschweißvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Außenschweißvorrichtung, um so die Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung in eine Schweißnahtposition zu bewegen, wobei sich die Schweißnahtposition, in der sich die Schweißbrenner der Innenschweißvorrichtung befinden, und die Schweißnahtposition, in der sich der Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung befindet, um 1,5 Pitch voneinander unterscheiden; und Antreiben des Stahlrohrs durch die bewegbare Antriebsvorrichtung und die feststehende Antriebsvorrichtung, um eine 1,5-Pitch-Synchronschweißung durchzuführen.
  • Um einen nachteiligen Einfluss auf die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung zu vermeiden, der sich daraus ergeben könnte, dass diese sich zu nahe an der Schweißnaht befindet, kann die Antriebswalze mit dem Stahlrohr an einer Stelle in Kontakt stehen, die von der Schweißnaht entfernt ist.
  • Um einen möglicherweise auftretenden, nachteiligen Einfluss auf die Orthogonalwalzenvorrichtungen zu vermeiden, der sich daraus ergeben könnte, dass diese sich zu nahe an der Schweißnaht befinden, können die Orthogonalwalzenvorrichtungen mit dem Stahlrohr an Stellen in Kontakt stehen, die von der Schweißnaht entfernt sind.
  • Um die Stabilität der bewegbaren Antriebsvorrichtung sicherzustellen, wird die Position der bewegbaren Antriebsvorrichtung beispielsweise durch eine Verriegelungsvorrichtung verriegelt, nachdem sie eingestellt worden ist.
  • Mit dem oben genannten Verfahren kann eine 1,5-Pitch-Schweißung durchgeführt werden.
  • Optional wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung nach dem Beginn des Schweißvorganges angehoben, zu welchem Zeitpunkt das Stahlrohr stabil angetrieben wird, sodass das Stahlrohr von der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung allein angetrieben wird. Nach dem Beginn des Schweißvorganges wird das Stahlrohr in stabiler Weise allein durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung angetrieben. Nachdem das Stahlrohr zu der Stelle unter der bewegbaren Antriebsvorrichtung bewegt worden ist, wird das Stahlrohr stabil von der Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung und der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben. Nachdem das Stahlrohr stabil angetrieben wird, wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung angehoben und das Stahlrohr wird nur noch von der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben.
  • Gemäß 2 umfasst ein Verfahren zur Durchführung einer 0,5-Pitch-Synchronschweißung mit der oben beschriebenen Fertigschweißvorrichtung Folgendes:
  • Axiales Bewegen der bewegbaren Antriebsvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die bewegbare Antriebsvorrichtung vor dem Beginn des Schweißvorgangs, um so die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung mit dem Stahlrohr in Berührung zu bringen und dabei die Schweißnaht zu vermeiden und Verhindern, dass es zu einer gegenseitigen Störung der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der Außenschweißvorrichtung kommt; Bewegen der Außenschweißvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Außenschweißvorrichtung, um so die Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung in eine Schweißnahtposition zu bewegen, wobei sich die Schweißnahtposition, in der sich die Schweißbrenner der Innenschweißvorrichtung befinden, und die Schweißnahtposition, in der sich die Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung befinden, sich um 0,5 Pitch voneinander unterscheiden; und Antreiben des Stahlrohrs durch die bewegbare Antriebsvorrichtung und die feststehende Antriebsvorrichtung, um eine 0,5-Pitch-Synchronschweißung durchzuführen.
  • Um einen nachteiligen Einfluss auf die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung zu vermeiden, der sich daraus ergeben könnte, dass diese sich zu nahe an der Schweißnaht befindet, kann die Antriebswalze mit dem Stahlrohr an einer Stelle in Kontakt stehen, die von der Schweißnaht entfernt ist.
  • Um einen möglicherweise auftretenden, nachteiligen Einfluss auf die Orthogonalwalzenvorrichtungen zu vermeiden, der sich daraus ergeben könnte, dass diese sich zu nahe an der Schweißnaht befinden, können die Orthogonalwalzenvorrichtungen mit dem Stahlrohr an Stellen in Kontakt stehen, die von der Schweißnaht entfernt sind.
  • Um die Stabilität der bewegbaren Antriebsvorrichtung zu verbessern, wird die Position der bewegbaren Antriebsvorrichtung beispielsweise durch eine Verriegelungsvorrichtung verriegelt, nachdem sie eingestellt worden ist.
  • Optional wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung nach dem Beginn des Schweißvorganges angehoben, zu welchem Zeitpunkt das Stahlrohr stabil angetrieben wird, sodass das Stahlrohr von der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung allein angetrieben wird. Das Stahlrohr wird in stabiler Weise allein durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung nach dem Beginn des Schweißvorganges angetrieben. Nachdem das Stahlrohr zu der Stelle unter der bewegbaren Antriebsvorrichtung bewegt worden ist, wird das Stahlrohr stabil von der Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung und von der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben. Nachdem das Stahlrohr stabil angetrieben wird, wird die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung angehoben und das Stahlrohr wird nur noch von der Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung angetrieben.
  • Wenn der Abstand zwischen den Schweißpunkten der Innenschweißung und der Außenschweißung 1,5 Pitch beträgt, wird die Menge des nadelförmigen Ferrits im Zentrum der Außenschweißnaht signifikant erhöht und der Perlitgehalt wird vermindert, was zu einer starken Verbesserung der Eigenschaften der Schweißnaht hinsichtlich ihrer Duktilität und Zähigkeit führt.
  • Die erfindungsgemäße 1,5-Pitch-Fertigschweißvorrichtung für Spiralnaht-Stahlrohre und das Verfahren gemäß der Erfindung können beim Fertigschweißvorgang in einer Spiralnaht-Stahlrohr-Fertigungsanlage verwendet werden, um erfolgreich das Problem von nachteiligen Einflüssen auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften der Schweißnaht zu überwinden, die durch die Resthitze des Innenschweißvorgangs bewirkt werden, und dadurch in zuverlässiger Weise die Qualität der Stahlrohre sicherzustellen und zu verbessern.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung wurde auf die Schweißung eines ϕ 711x 14,3 mm Stahlrohrs angewendet und die Kerbschlagenergie (Charpy-Schlagenergie) von innen liegenden Einzeldraht-Schweißpunkten, die um 1,5 Pitch getrennt waren, wird um ungefähr 10% ∼ 20% im Vergleich zu der von innen liegenden Zweidraht-Schweißpunkten verbessert, die um 0,5 Pitch voneinander getrennt sind.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich die obige Beschreibung nur auf bevorzugte Ausführungsformen bezieht und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken. Alle einfachen Abwandlungen und Modifikationen an den Ausführungsformen, Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Erfindung entsprechend der technischen Substanz der Erfindung liegen im Rahmen des beanspruchten Gegenstandes.

Claims (8)

  1. Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von Spiralnaht-Stahlrohren, die Folgendes umfasst: eine feststehende Antriebsvorrichtung, eine Außenschweißvorrichtung eine Innenschweißvorrichtung und eine bewegbare Antriebsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbare Antriebsvorrichtung auf einer elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der bewegbaren Antriebsvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes in axialer Richtung bewegt, und dass die Außenschweißvorrichtung auf einer elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung montiert ist und sich auf dieser als Ganzes in axialer Richtung bewegt.
  2. Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von Spiralnaht-Stahlrohren nach Anspruch 1, bei der eine Winkelantriebsvorrichtung, eine Antriebswalze und eine Hebevorrichtung für die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der feststehenden Antriebsvorrichtung vorgesehen sind, wobei die Antriebswalze eine stufenlose von 0° bis 90° reichende Präzisionseinstellung gemäß dem Spiralwinkel des Spiralnaht-Stahlrohrs durchführt, während das Stahlrohr von der Winkelantriebsvorrichtung angetrieben wird.
  3. Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von Spiralnaht-Stahlrohren nach Anspruch 1, bei der eine Winkelantriebsvorrichtung, eine Antriebswalze und eine Hebevorrichtung für die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und der feststehenden Antriebsvorrichtung vorgesehen sind, wobei die Antriebswalze eine stufenlose von 40° bis 78° reichende Präzisionseinstellung gemäß dem Spiralwinkel des Spiralnaht-Stahlrohrs durchführt, während das Stahlrohr von der Winkelantriebsvorrichtung angetrieben wird.
  4. Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von Spiralnaht-Stahlrohren nach Anspruch 1, bei der die Fertigschweißvorrichtung mehrere Gruppen von Orthogonalwalzenvorrichtungen umfasst, von denen jede zwei überkreuzte Ballwalzen aufweist, und das Stahlrohr auf den Orthogonalwalzenvorrichtungen durch die Antriebswalze in Umfangsrichtung, in horizontaler Richtung und spiralförmig bewegt wird.
  5. Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von Spiralnaht-Stahlrohren nach Anspruch 1, bei der die Fertigschweißvorrichtung weiterhin eine Verriegelungsvorrichtung umfasst, um die bewegbare Antriebsvorrichtung durch die Verriegelungsvorrichtung zu verriegeln.
  6. Verfahren zur Durchführung eines 1,5-Pitch-Synchronschweißvorganges mit der Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von Spiralnaht-Stahlrohren nach einem der Ansprüche 1-5, das Folgendes umfasst: axiales Bewegen der bewegbaren Antriebsvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der bewegbaren Antriebsvorrichtung vor dem Beginn des Schweißvorgangs, um so die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung mit dem Stahlrohr in Berührung zu bringen und dabei eine Schweißnaht zu vermeiden, und Verhindern einer Störung der bewegbaren Antriebsvorrichtung durch Außenschweißvorrichtung; Bewegen der Außenschweißvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung, um so die Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung in eine Schweißnahtposition zu bewegen, wobei die Schweißnahtposition, in der sich die Schweißbrenner der Innenschweißvorrichtung befinden, und die Schweißnahtposition, in der sich die Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung befinden, um eineinhalb Pitch voneinander verschieden sind; und Antreiben des Stahlrohrs durch die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung und durch die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung, um eine 1,5-Pitch-Synchronschweißung durchzuführen.
  7. Verfahren zur Durchführung eines 1,5-Pitch-Synchronschweißvorganges nach Anspruch 6, bei welchem die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung die Schweißnahtposition vermeidet, wenn sie die Bewegung des Stahlrohres antreibt.
  8. Verfahren zur Durchführung eines 0,5-Pitch-Synchronschweißvorganges mit der Fertigschweißvorrichtung für ein 2-Schritt-Schweißverfahren von Spiralnaht-Stahlrohren nach einem der Ansprüche 1-5, das Folgendes umfasst: axiales Bewegen der bewegbaren Antriebsvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der bewegbaren Antriebsvorrichtung vor dem Beginn des Schweißvorgangs, um so die Antriebswalze mit dem Stahlrohr in Berührung zu bringen und dabei eine Schweißnaht zu vermeiden, und Verhindern einer Störung der bewegbaren Antriebsvorrichtung durch die Außenschweißvorrichtung; Bewegen der Außenschweißvorrichtung auf der elektrischen Gleitschiene für die Axialbewegung der Außenschweißvorrichtung, um so einen Schweißbrenner, der auf der Außenschweißvorrichtung montiert ist, in eine Schweißnahtposition zu bewegen, wobei die Schweißnahtposition, in der sich ein Schweißbrenner der Innenschweißvorrichtung befindet, und die Schweißnahtposition, in der sich der Schweißbrenner der Außenschweißvorrichtung befindet, um 0,5 Pitch voneinander verschieden sind; und Antreiben des Stahlrohrs durch die Antriebswalze an der bewegbaren Antriebsvorrichtung und die Antriebswalze an der feststehenden Antriebsvorrichtung, um eine 0,5-Pitch-Synchronschweißung durchzuführen.
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