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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines doppelwandigen Rohres mit einem Außenrohr, das mit einem aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehenden Innenrohr vorzugsweise in einem Innenhochdruckumformverfahren verpresst wird, nach dem Verpressen des Innenrohres mit dem Außenrohr ein nicht von dem Innenrohr abgedeckter Endbereich des Außenrohres auf dessen Innenseite bis zu dem Innenrohr schweißplattiert wird sowie ein doppelwandiges Rohr mit einem Außenrohr, das mit einem aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehenden Innenrohr verpresst wird, wobei ein nicht von dem Innenrohr abgedeckter Endbereich des Außenrohres auf dessen Innenseite bis zu dem Innenrohr schweißplattiert ist.
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Aus der
DE 200 16 937 U1 ist ein Bimetall-Rohr bekannt, das aus einem ferritischen Außenrohr besteht, in das ein aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehendes Innenrohr im Innenhochdruckumformverfahren eingepresst ist. Das wesentliche Merkmal bei der Herstellung solcher Rohre besteht in einem hydraulischen dreidimensionalen Expansionsprozess eines Innenrohres in einem nahtlosen oder geschweißten Außenrohr bei Umgebungstemperatur. Dabei wird das Innenrohr zunächst elastisch, dann plastisch zwischen 2% und 5% aufgeweitet, bis es an der Innenwand des Außenrohres anliegt. Anschließend findet noch eine gemeinsame Aufweitung des Innen- und Außenrohres um etwa 0,5 % bis 1 % statt, wobei das Außenrohr von einem zweigeteilten Außenwerkzeug gehalten wird. Durch das mechanisch-hydraulische Verbindungsverfahren lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe miteinander verbinden, soweit das Vormaterial den Festigkeitsanforderungen entspricht.
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Die
EP 2 377 627 A1 betrifft ein doppelwandiges Rohr mit einem Außenrohr aus Kupfer und einem Stahlrohr innerhalb des Kupferrohres. Das Kupferrohr wird so auf das Stahlrohr aufgezogen, dass die Außenseite des Stahlrohres eng an dem Kupferrohr anliegt und das Kupferrohr wird ausgeglüht. Eine Zwischenschicht zwischen dem Stahlrohr und dem Kupferrohr ist nicht vorgesehen.
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Um ein Bimetall-Rohr auch für das sogenannte Reeling-Verfahren einzusetzen, bei dem Rohre auf großen Trommeln aufgewickelt und dann in der Regel bei Offshore-Rohrverlegungen abgezogen werden, besteht eine technische Lösung darin, dass zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr zumindest bereichsweise ein Klebstoff vorgesehen ist, um zu verhindern, dass sich das Innenrohr, auch Liner genannt, von dem Außenrohr löst bzw. dass es sich beim Abrollen in Falten legt. Der Klebstoff ist vorzugsweise ein dauerelastischer Kleber, der hohe Zug- und Scherkräfte aufnehmen kann.
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Aus der
DE 10 2015 117 871 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines doppelwandigen Rohres mit einem Außenrohr bekannt, das mit einem aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehenden Innenrohr verpresst wird, wobei zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr zumindest bereichsweise ein Klebstoff eingebracht wird. Nach dem Verkleben des Innenrohres mit dem Außenrohr werden das Innenrohr und die Klebstoffschicht an den Rohrenden entfernt und unter stoffschlüssiger Verbindung mit dem Innenrohr wird die Innenseite des Außenrohres aufplattiert, insbesondere schweißplattiert.
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Die Aufplattierung oder Schweißplattierung an den Endbereichen des Außenrohres erfolgt, um eine stoffschlüssige Verbindung zumindest in den Endbereichen herzustellen, sodass doppelwandige Rohrabschnitte einfach miteinander verbunden werden können. Das Schweißplattieren erfolgt in mehreren Vorgängen, zumindest in zwei Lagen. Dadurch ergeben sich Unebenheiten im Bereich der Schweißplattierung, sodass es notwendig ist, die Innenoberfläche in dem Bereich der Schweißplattierung zu glätten.
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Das Innenrohr muss regelmäßig eine minimale Wandstärke aufweisen, um die Anforderungen an die Sicherheit und Haltbarkeit zu erfüllen. Durch das hydraulischmechanische Aufweiten verringert sich die ursprüngliche Wandstärke des Innenrohres, sodass die Oberflächenbehandlung im Bereich der Schweißplattierung und im Übergang zu dem Innenrohr besonders sorgfältig ausgeführt werden muss. Ein möglichst glatter Übergang von dem Innenrohr zur Schweißplattierung wird angestrebt, um Verwirbelungen zu vermeiden und darüber hinaus die Prüffähigkeit der Materialdicke und auf potentielle Fehlerstellen mittels einer Ultraschallprüfung herzustellen. Ein kritischer Bereich ist dabei der Übergang von der Schweißplattierung zu dem Innenrohr.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein doppelwandiges Rohr mit guter Innenoberfläche und ausreichender Stabilität bereitgestellt werden kann, bei dem die Mindestwandstärke des Innenrohres sicher erreicht wird und ein verbessertes, doppelwandiges Rohr bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie ein doppelwandiges Rohr mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils zurückbezogenen Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
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Das Verfahren zum Herstellen eines doppelwandigen Rohres mit einem Außenrohr, das mit einem aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehenden Innenrohr, insbesondere in einem Innenhochdruckumformverfahren, verpresst wird, wobei nach dem Verpressen des Innenrohres mit dem Außenrohr ein nicht von dem Innenrohr abgedeckter Endbereich des Außenrohres auf dessen Innenseite bis zu dem Innenrohr schweißplattiert wird, sieht vor, dass nach dem Schweißplattieren die schweißplattierte Innenoberfläche spanend bearbeitet und anschließend eine WIG-Naht mit oder ohne Schweißsatz in dem Übergangsbereich von Innenrohr zur Schweißplattierung aufgebracht wird. An dem Außenrohr findet sich ein nicht von dem Innenrohr abgedeckter Endbereich, der sich beispielsweise über eine Länge von bis zu 500 mm erstreckt. Der Bereich der Schweißplattierung erstreckt sich beispielsweise über eine Länge zwischen 20 mm und 500 mm. Das Innenrohr wird in das Außenrohr eingepresst, beispielsweise indem es von innen ausgeweitet wird. Der nicht von dem Innenrohr abgedeckte Endbereich des Außenrohres wird über eine Schweißplattierung qualitativ hochwertig beschichtet, wobei es durch die stoffschlüssige Verbindung der Schweißplattierung sowohl mit dem Außenrohr als auch mit der Stirnkante des Innenrohres möglich ist, einen mechanisch stabilen Endabschnitt des doppelwandigen Rohres herzustellen. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung der Schweißplattierung mit dem Außenrohr lassen sich zwei solcherart ausgestaltete Endabschnitte von doppelwandigen Rohren einfach an den Stirnseiten über eine Schweißverbindung miteinander verbinden. Dadurch ist es möglich, lange Rohre aus doppelwandigen Rohrabschnitten herzustellen, die auch auf großen Trommeln aufgewickelt werden können. In dem Bereich der Schweißplattierung ist nach dem Schweißen die Innenoberfläche uneben und wird spanend bearbeitet, insbesondere durch einen Drehvorgang bearbeitet, um die Oberfläche zu glätten. Insbesondere ist vorgesehen, dass nur die Innenoberfläche der Schweißplattierung spanend bearbeitet wird, nicht das Innenrohr. Alternative spanende Bearbeitungsverfahren sind möglich, beispielsweise Fräsen. Dadurch werden die Oberfläche der Schweißplattierung hinsichtlich der geforderten Toleranzen eingestellt und die Wanddicke, der Innendurchmesser und die Rundheit bzw. Ovalität der Schweißplattierung in den geforderten Toleranzen hergestellt. Darüber hinaus wird dadurch die Prüffähigkeit dieses Bereiches ermöglicht, da nur bei einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit eine Ultraschallprüfung möglich ist. Der Bereich des Überganges von der Schweißplattierung zu dem Innenrohr und dem Außenrohr ist besonders kritisch, da dort drei unterschiedliche Materialien aufeinander stoßen. Insbesondere in diesem Bereich ist die sichere Einhaltung der geforderten Mindestwandstärke aus technologischer Sicht außerordentlich wichtig, da beispielsweise aus Gründen der Wechsellastbeständigkeit die Wandstärke des Innenrohres in dem Übergangsbereich so dick wie möglich sein sollte. Deswegen wird insbesondere vermieden, dass eine spanende Bearbeitung des Innenrohres erfolgt. Der Bereich der Schweißplattierung ist regelmäßig dicker als das Innenrohr, so dass der Innenurchmesser der Schweißplattierung spanend vergrößert werden muss, um an die Wandstärke des Innenrohres angeglichen werden zu können. Darüber hinaus soll der Übergang an der Innenoberfläche möglichst glatt sein. Durch die spanende Bearbeitung der Schweißplattierung entsteht an dem Übergang zu dem Innenrohr ein Absatz oder bleibt ein Steg stehen. Durch das Aufbringen einer WIG-Naht mit oder ohne Schweißzusatz in diesem Übergangsbereich von Innenrohr zu der Schweißplattierung wird eine Glättung der Innenoberfläche erreicht. Diese WIG-Naht oder Glättungslage führt zu einem Aufschmelzen und Umschmelzen nur des Übergangsbereiches zwischen dem Innenrohr und der Schweißplattierung und damit zu einer weichen, glatten Kontur. Das Umschmelzen der Kontur kann insbesondere ohne Schweißzusatz erfolgen, alternativ ist eine geringe Menge an Schweißzusatz möglich und ggf. nötig, um den glatten Übergang zu dem Innenrohr herzustellen.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die WIG-Naht das Material des Innenrohres und der Schweißplattierung nicht bis zu dem Material des Außenrohres aufschmilzt, was durch eine Steuerung der zugeführten Streckenenergie erreicht wird. Die vergleichsweise geringe Energiezufuhr führt nicht zu einer Versprödung in dem Bereich der Schweißnaht, sondern zu einer Homogenisierung des Gefüges.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Rohrenden des Innenrohres zunächst über die gesamte Länge des Außenrohres aufgebracht und verpresst oder weisen eine Länge auf, die länger als der zu plattierende Endbereich des Außenrohres ist. Die Rohrenden des eingepressten Innenrohres werden nach dem Fügen mechanisch entfernt, beispielsweise durch durch Drehen, Fräsen oder Schleifen, um die gewünschte Länge des Endbereiches einzustellen und das Innenrohr wie gewünscht vorzubereiten.
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Vor dem Schweißplattieren kann die Oberfläche der Innenseite des Außenrohres in dem Endbereich mechanisch bearbeitet werden. Dadurch wird die Oberfläche der Innenseite des Außenrohres für die Schweißplattierung vorbereitet. Dadurch ist es möglich, eine verbesserte Haftung des aufgebrachten Materials der Schweißplattierung an dem Außenrohr zu gewährleisten.
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Wenn das Innenrohr und das Außenrohr bei dem Verpressen eine im Wesentlichen gleiche Länge aufweisen, ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass nach dem Verpressen des Innenrohres mit dem Außenrohr zumindest ein Rohrende des Innenrohres entfernt und die Innenseite des Außenrohres in dessen Endbereich in dem Bereich des entfernten Rohres schweißplattiert wird. Vorteilhafterweise werden beide Rohrenden des Innenrohres entfernt. Das Außenrohr wird vorteilhafterweise an beiden Endbereichen schweißplattiert, sodass an beiden Enden eine einfache Verschweißung mit einem entsprechend ausgebildeten, anderen doppelwandigen Rohr erfolgen kann. Das Innenrohr besteht beispielsweise aus einem Chrom-Nickel-Stahl oder einer Nickelbasislegierung, das Außenrohr beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl, wobei über die Schweißplattierung die unterschiedlichen Stahlsorten stoffschlüssig miteinander verbunden werden und kein Spalt an den Stirnseiten des zugewandten Rohres und an der Innenseite des doppelwandigen Rohres auftritt.
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Die Wärmeeinflusszone beim Schweißen der nachträglich aufgebrachten WIG-Naht reicht vorteilhafterweise nicht bis zu dem Material des Außenrohres, um die metallurgischen und mechanischen Eigenschaften in dem Schweißbereich nicht zu beeinflussen.
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Nach der spanenden Bearbeitung insbesondere nur der Innenoberfläche der Schweißplattierung in dem Endbereich, beispielsweise durch Drehen, wird auf eine weitere abtragende Oberflächenbehandlung mit einem wesentlichen Materialverlust verzichtet. Um eine möglichst glatte Oberfläche, insbesondere auch in dem Übergangsbereich von der Schweißplattierung zu dem Innenrohr, herzustellen, wird dieser Bereich poliert, um die Oberflächen zu glätten und gleichzeitig die Toleranzen hinsichtlich der Materialdicke einzuhalten. Eine wesentliche Verringerung der Materialstärke in dem polierten Bereich ist nicht beabsichtigt und findet durch das Polieren nicht statt. Das Polieren des Übergangsbereiches gewährleistet die Einhaltung der Mindestwanddicke in dem Übergangsbereich.
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Das doppelwandige Rohr mit einem Außenrohr, das mit einem aus einer korrosionsbeständigen Legierung bestehenden Innenrohr verpresst, insbesondere in einem Innenhochdruckumformverfahren verpresst ist, wobei ein nicht von dem Innenrohr abgedeckter Endbereich des Außenrohres auf dessen Innenseite bis zu dem Innenrohr schweißplattiert ist, sieht vor, dass die Schweißplattierung auf der Innenoberfläche spanend bearbeitet und eine WIG-Naht mit oder ohne Schweißzusatz in dem Übergangsbereich von dem Innenrohr zur Schweißplattierung aufgebracht ist.
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In einer Ausgestaltung ist das Innenrohr aus einem Chrom-Nickel-Stahl oder einer Nickelbasislegierung ausgebildet, dass Außenrohr kann aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt sein. Die Schweißplattierung weist in einer Ausgestaltung eine Länge zwischen 20mm bis 500 mm auf und erstreckt sich in einer weiteren Ausgestaltung bis zu einer Stirnseite des Außenrohres. Dadurch wird ein stoffschlüssiger, stirnseitiger Abschluss des doppelwandigen Rohres erreicht. Durch die stoffschlüssige Verbindung der Schweißplattierung mit dem Innenrohr wird eine geschlossene, spaltfreie Innenoberfläche hergestellt.
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Die Schweißplattierung reicht bis zu der Stirnseite des Innenrohres und ist dort stoffschlüssig mit dem Innenrohr verbunden.
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Das Aufbringen der WIG-Naht erfolgt dabei mit einem Energieeintrag in der Größe, dass das Material sowohl des Innenrohres als auch der Schweißplattierung durch die WIG-Naht nicht bis zu dem Material des Außenrohres aufgeschmolzen wird. Die Verbindung des Plattierungsmaterials mit dem Außenrohr wird somit durch die WIG-Naht nicht beeinflusst. Bevorzugt reicht die Wärmeeinflusszone beim Schweißen der WIG-Naht nicht bis zu dem Material des Außenrohres, um eine Versprödung zu vermeiden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Rohres; sowie
- 2 - eine Detailschnittansicht durch ein doppelwandiges Rohr.
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In der 1 ist in einer perspektivischen Darstellung ein doppelwandiges Rohr 1 mit einem Teilabschnitt gezeigt. Das doppelwandige Rohr 1 weist ein Außenrohr 3 auf, das vorzugsweise aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt ist. Innerhalb des Außenrohres 3 ist ein Innenrohr 2 als sogenannter Liner angeordnet, das insbesondere aus einem korrosionsbeständigen Material, beispielsweise einer Chrom-Nickel-Legierung oder eine Nickel-Basislegierung besteht. Das Innenrohr 2 ist mit dem Außenrohr 3 verpresst, insbesondere durch ein hydrodynamisches Verfahren, bei dem Wasser oder ein anderes Fluid in das Innenrohr 2 eingeleitet wird und unter hohem Druck beide Rohre aufgeweitet und miteinander verpresst werden. Das Innenrohr 2 kann dabei bis zu einer Stirnseite 33 des Außenrohres 3 reichen. Nach dem Verpressen wird ein Endbereich 31 des Außenrohres 3 freigelegt, beispielsweise indem der entsprechende Materialbereich des Innenrohres 2 entfernt wird. Das Innenrohr 2 kann mit seiner Stirnseite 21 auch nicht ganz bis zu dem Ende oder bis zu der Stirnseite 33 des Außenrohres 3 reichen, sodass ein Endbereich 31 des Außenrohres 3 frei bleibt. Um an der Stirnseite 33 des Außenrohres 3 und damit auch an der Stirnseite des doppelwandigen Rohres 1 einen Spalt zu vermeiden, wird in dem Endbereich 31 eine Schweißplattierung 4 aufgebracht. Dabei wird hochwertiges, ebenfalls korrosionsbeständiges Material stoffschlüssig mit dem Außenrohr 3 verbunden. Die Schweißplattierung 4 wird dabei bis zu der Stirnseite 21 des Innenrohres 2 geführt, sodass eine stoffschlüssige Verbindung des Materials der Schweißplattierung 4 sowohl mit dem Außenrohr 3 als auch mit dem Innenrohr 2 stattfindet. Die Innenoberfläche 11 des doppelwandiges Rohres 1 ist somit geschlossen, ebenso ist die Stirnseite 33 des Außenrohres stoffschlüssig mit der Stirnseite der Schweißplattierung 4 verbunden, sodass die Rohrenden des doppelwandiges Rohres 1 stoffschlüssig beschichtet sind.
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In der 2 ist in der vergrößerten Schnittdarstellung einen Querschnitt durch das doppelwandige Rohr 1 gezeigt. Das Außenrohr 3 ist in dem Endbereich 31 an der Oberfläche 32 nach dem Freilegen des Endbereiches 31 gegebenenfalls bearbeitet, beispielsweise geschliffen, gereinigtoder mit einer anderen mechanischen Vorbehandlung versehen. Nach dem Aufbringen der Schweißplattierung 4 von der Stirnseite 33 des Außenrohres 3 bis zu der Stirnseite 21 des Innenrohres 2 ergibt sich in dem Übergangsbereich 24 von dem Innenrohr 2 zu der Schweißplattierung 4 ein Übergangspunkt, bei dem das Innenrohr 2, das Außenrohr 3 und die Schweißplattierung 4 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Nach dem Schweißplattieren der Innenseite 32 des Außenrohres 3 ist die Innenoberfläche 41 der Schweißplattierung 4 in der Regel uneben, da Schweißraupen hintereinander und in gegebenenfalls mehreren Lagen, je nach Dicke der Schweißplattierung 4, aufgebracht werden müssen. Um eine möglichst ebene und glatte Innenoberfläche 41 der Schweißplattierung 4 zu erreichen, wird die Innenoberfläche 41 der Schweißplattierung 4 spanend bearbeitet und insbesondere durch Drehen hinsichtlich der Rundheit und der gleichmäßigen Materialdicke eingestellt. Nur durch eine gleichmäßige Materialdicke der Schweißplattierung 4 und einer möglichst glatten Oberfläche ist es möglich, die notwendigen Materialprüfungen durchzuführen.
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Nach dem Schweißplattieren und der spanenden Bearbeitung der Innenoberfläche nur der Schweißplattierung 4 des doppelwandiges Rohres 1 wird in dem Übergangsbereich 24 von der Schweißplattierung 4 zu dem Innenrohr 2 eine WIG-Naht 5 aufgebracht, wobei diese Schweißnaht vorzugsweise ohne ein Schweißzusatz oder ein zusätzliches Material umlaufend ausgeführt wird, sodass eine Materialglättung in diesem Bereich durchgeführt wird. Der Energieeintrag durch die WIG-Naht 5 ist dabei so eingestellt, dass die Wärmeeinflusszone 51 nicht bis zu dem Material des Außenrohres 3 erreicht. Dadurch werden ungewollte Gefügeveränderungen insbesondere in dem Übergangsbereich 24 und in dem Bereich, in dem sich die drei Materialien des Innenrohres 2, des Außenrohres 3 und der Schweißplattierung 4 treffen, vermieden.
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Nach dem Aufbringen der WIG-Schweißnaht 5 erfolgt kein Materialabtrag mit einer definierten Schneide oder ein Schleifen mit einer groben Körnung mit einem Handschleifgerät mit dem Ziel, eine Materialstärke zu verringern. Vielmehr wird lediglich der Übergangsbereich 24 poliert oder geglättet, sodass keine wesentliche Verringerung der Materialdicke sowohl der Schweißplattierung 4 als auch des Innenrohres 2 stattfindet. Die Nachbearbeitung dient lediglich zur Glättung der Innenoberfläche 4 insbesondere in dem Übergangsbereich zwischen dem Innenrohr 2 und der Schweißplattierung 4, ein Materialabtrag von weniger als 5% der Materialstärke des Innenrohres 2 oder weniger als 0,15 mm ist maximal vorgesehen.
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Die Schweißplattierung 4 erstreckt sich von der Stirnseite 33 des Außenrohres 3 bis zu der Stirnseite 21 des Innenrohres 2, vorzugsweise über eine Länge von 20 mm bis 500 mm, sodass der Endbereich 31 des Außenrohres 3 ohne verpresstes Innenrohr 2 eben diese Länge aufweist. Sowohl die Stirnseite des doppelwandiges Rohres 1 als auch die Innenoberfläche 11 ist durchgehend mit einer stoffschlüssigen Materialverbindung der unterschiedlichen Materialien einmal aus Außenrohr 3 und Schweißplattierung 4 und einmal aus Innenrohr 2 und Schweißplattierung 4 ausgeführt, sodass mehrere doppelwandige Rohre 1 mit entsprechenden Enden einfach miteinander verschweißt werden können. Neben einer hohen mechanischen Stabilität ist dabei auch eine unterbrechungsfreie, korrosionsbeständige Innenauskleidung miteinander verbundener Außenrohrabschnitte gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 20016937 U1 [0002]
- EP 2377627 A1 [0003]
- DE 102015117871 A1 [0005]