DE1450373C - Verfahren zum Befestigen eines Rohrstutzens in der Wand eines zylindrischen, mehrlagigen Hochdruckbehälters - Google Patents
Verfahren zum Befestigen eines Rohrstutzens in der Wand eines zylindrischen, mehrlagigen HochdruckbehältersInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Rohrstutzens in der Wand eines zylindrischen,
mehrlagigen Hochdruckbehälters, bei dem der Rohrstutzen in eine in die Behälterwand eingebrachte
Bohrung, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Rohrstutzens ist, eingesetzt
und in ihr mittels Schweißguts verschweißt wird. Derartige Behälter werden beispielsweise bei
Reaktionsapparaten für hochverdichtetes Gas benutzt.
Mehrlagige Hochdruckbehälter sind wesentlich sicherer als einlagige Behälter großer Wandstärke aus
gleichem Werkstoff und mit gleichen Abmessungen. Außerdem ist die Herstellung von Behältern mit großem
Durchmesser möglich, ohne daß es auf die Größe des zur Herstellung benutzten Stahlblockes
sowie auf die Kapazität der Schmiedemaschine ankommt. Aus diesem Grunde steigt die Nachfrage
nach mehrlagigen Hochdruckbehältern.
Wenn an mehrlagigen Hochdruckbehältern ein Rohrstutzen befestigt werden soll, ist es nicht möglich,
diesen durch eine Platte zu verstärken, die das im Behälter angebrachte Loch umgibt, da sowohl die
äußeren als auch die inneren Behälterschichten aus dünnen Blechen hergestellt sind.
Unter diesen Umständen wird es allgemein für besser gehalten, den Außendurchmesser des Rohrstutzens
zu vergrößern und damit auch dessen Querschnitt, diesen in den Behälter einzusetzen und sorgfältig
festzuschweißen, so daß der Rand des darin gebildeten Loches verstärkt wird.
Man hat sich im allgemeinen vorgestellt, daß ein Glühvorgang nach dem Schweißen des Rohrstutzens
unnötig ist, da er mit jeder dünnen Plattenschicht miteinander verschweißt wird, und daß ein solcher
Glühvorgang nach dem Schweißen des Rohrstutzens nachteilig für die Abdichtung der Schichten des
mehrlagigen Behälters ist, wodurch sich bei der Benutzung unerwünschte Nebenwirkungen ergeben
können.
Zur Ermittlung der Widerstandsfähigkeit des festen Teiles des Rohrstutzens in einem mehrlagigen
Behälter wurden jedoch Zerstörungstests ausgeführt und dabei festgestellt, daß der Durchmesser über seinen
gesamten Umfang gleichmäßig ausgedehnt wurde, daß diese Ausdehnung sich jedoch in der
Nähe des festen Teiles jedes Rohrstutzens so lange verzögerte, bis er konkav wurde, eine äußerliche
Verformung zeigte und ringförmige Anrisse rund um den festen Teil des Rohrstutzens im inneren Zylinder
erschienen, ehe dieser völlig zerstört wurde.
Es ist wahrscheinlich, daß der konkave Teil am Rande der Befestigung des Rohrstutzens bereits verformt
wird, bevor der Behälter von innen her druckbelastet wird, und zwar während der Zeit, in der das
Loch für den Rohrstutzen angebracht oder dieser mit dem Behälter verschweißt wird.
Es sind bereits Mehrlagenhohlkörper bekannt, die seitliche Rohranschlüsse aufweisen, bei denen eine
ein- oder mehrteilige Büchse als Schutz- und Führungsrohr für das seitlich eingeführte Anschlußrohr
vorgesehen ist. Hierbei wird die Büchse sowohl gegen das Kernrohr und gegebenenfalls die einzelnen
Lagen einerseits als auch das seitlich eingeführte Rohr andererseits verspannt oder verschweißt. Die
Büchse kann auch aus Schweißgut bestehen, das die einzelnen Lagen miteinander und außerdem das seitlich
eingeführte Rohr mit dem Kernrohr und den Wickellagen verbindet (deutsche Patentschrift
864 488). Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Rohrstutzen in die Wandung
eines mehrlagigen Druckbehälters derart einzuschweißen, daß die vor der Vornahme der Lochbohrung
in der Behälterwandung bestehende Spannungsverteilung (Druckspannungen in den inneren und
Zugspannungen in den äußeren Lagen) wiederherstellbar sind, wobei auch die geometrischen Bedingungen
derart zu wählen sind, daß selbst bei überhöhtem Innendruck keine unzulässig hohen Spannungen
in der Umgebung des Rohreinsatzes auftreten können.
Die gewünschten Druckvorspannungen der Innenschichten der Behälterwand können auf zwei Wegen
erfolgen, nämlich einerseits durch Aufweiten des Rohrstutzens (z.B. mittels einer Rohrwalze), wobei
der betreffende Bereich der Behälterwand in Wandebene gestaucht wird und andererseits durch Aufweiten
der Behälterwand in der Umgebung des Rohrstutzens (z. B. durch Ansetzen eines Hebebocks im
Behälterinneren), wobei die einzelnen Lagen der Behälterwand eine unterschiedliche Streckung erfahren,
so daß bei Wegnahme der Kraft die inneren Lagen durch die noch erhalten gebliebene Elastizität der
äußeren Lagen gestaucht werden. Demzufolge ist die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Rohrstutzen im Bereich der Behälterwand und/oder die Behälterwand in der Umgebung des Rohrstutzens
zur Erzielung einer Druckvorspannung der Innenschichten der Behälterwand bei eingeschweißtem
Rohrstutzen aufgeweitet wird.
Zweckmäßigerweise wird der innere Rand des Rohrstutzens mit einem Expander, insbesondere
einer Rohrwalze aufgeweitet. Wird der feste Teil des Rohrstutzens von seinem Innenrand aus durch eine
Rohrwalze oder eine andere Vorrichtung zwecks
Aufweitung seines Randbereiches unter Druck gesetzt, so wird eine Druck-Vorspannung aufgegeben,
so daß der absolute Wert der Zugfestigkeit bei Belastung, die durch den Innendruck auf den Behälter
entsteht, abgesenkt werden kann, um auf diese Weise Beschädigungen auszuschließen, die sonst auftreten
könnten.
Die Aufweitung der Behälterwand kann mittels eines vom Behälterinneren wirkenden Hebebocks
od. dgl. ausgeführt werden.
In der Zeichnung ist ein Rohrstutzen dargestellt, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einen
mehrlagigen Behälter eingeschweißt ist, der für eine mit hochkomprimiertem Gas arbeitende Reaktionsvorrichtung bestimmt ist.
Der Zeichnung ist entnehmbar, daß ein zylindrisches Loch für die Befestigung des Rohrstutzens 2
im Behälter 1 vorgesehen ist und daß die Schichten, die den Lochrand umgeben, mit einem weichen
Werkstoff zusammengeschweißt sind. Ein abgeschrägter Teil 3 wird aus Entlastungsmaterial gebildet
und vom inneren Rand aus erwärmt, so daß die Innenspannung der Schicht und des abgeschrägten
Teils 3 abgebaut und das Material dann weichgemacht werden kann. Gleichzeitig wird ein Entlastungsteil
um den Außenrand des Rohrstutzens 2 mit einem abgeschrägten Teil 4 vorgesehen. Nach dem
örtlichen Glühen wird der Rohrstutzen 2 in die Öffnung des Behälters 1 eingesetzt und durch Schweißnähte
5 und 6 aus weichem Schweißmaterial sowie durch zusätzliche Ausgleichsnähte 7 zum Glätten
verbunden.
Diese Ausbildung verursacht keine übermäßige Spannung am festen Teil des Rohrstutzens 2, wenn
der Behälter 1 unter Innendruck gesetzt wird. Wenn darüber hinaus der Innenrand des Rohrstutzens 2
durch eine Flamme oder elektrisch erwärmt wird, können die abgeschrägten Teile 3 und 4 sowie die
Schweißnähte 5 und 6 gleichzeitig ausgeglüht werden. Wenn der Rand des festen Teiles des Rohrstutzens 2
durch Aufweiten des inneren Lochrandes durch Rollen od. dgl. unter Druckvorspannung gesetzt worden
ist, entsteht keine übermäßige Spannung am Rande des festen Teils des Rohrstutzens 2, selbst dann
nicht, wenn der Behälter 1 unter Innendruck gesetzt wird. Es wird eine vorteilhafte Druckvorspannung
durch das Verfahren des Aufweitens aufgebracht. Durch die Verwendung von weichem Schweißmaterials
wird das Aufbringen der Druckvorspannung durch das Aufweiten erleichtert. Durch das dichte
Anhaften der Lagen des Behälters aneinander ist es
ίο möglich, den inneren Lagen eine Druckvorspannung
zu geben und den äußeren Lagen eine Zugspannung.
Zur Erleichterung des Aufweitens kann wenigstens
der Schweiß- oder Füllwerkstoff in der Nähe des Innenumfanges der Bohrung aus einem weicheren Metall
als dem des übrigen Behälters hergestellt werden. Hierbei wirkt das im Vergleich zu dem übrigen Material
weichere Metall als Entlastungsteil, welches es ermöglicht, die Randbereiche mit verhältnismäßig
geringer Kraft konkav nach außen zu drücken. Hierbei gleiten die Schichten aneinander entlang, wodurch
sie in befriedigender Weise aneinander haften und der Behälter im Bereich des Innenrandes eine
Druckvorspannung erhält, während der Bereich des Außenumfanges eine Zugvorspannung besitzt. Wenn
der Behälter unter Innendruck steht, steigt die Spannung am Rand des festen Teiles des Rohrstutzens
aufgrund der konvexen Form nicht übermäßig an, da hier die Vorspannung zum Tragen kommt.
Zur Verringerung der zur Aufweitung aufzubringenden Kräfte kann der innere Lochrand erhitzt werden,
wodurch die Aufweitung durch die Erweichung des Werkstoffes erleichtert wird.
Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Befestigen eines Rohrstutzens in der Wand eines zylindrischen
mehrlagigen Hochdruckbehälters, bei dem nach dem Verschweißen des eingesetzten Rohrstutzens
mit dem Behälter ein Aufweitvorgang durchgeführt wird. Hierdurch wird eine Spannungsverteilung
bewirkt, die die Verbindung zwischen Behälter und Rohrstutzen sicherer gestaltet und die Zerstörungsgefahr
im Falle einer Druckbelastung durch hohen Innendruck im Behälter verringert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Befestigen eines Rohrstutzens in der Wand eines zylindrischen, mehrlagigen
Hochdruckbehälters, bei dem der Rohrstutzen in eine in die Behälterwand eingebrachte
Bohrung, deren Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Rohrstutzens ist, eingesetzt
und in ihr mittels Schweißguts verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (2) im Bereich der Behälterwand
(1) und/oder die Behälterwand (1) in der Umgebung des Rohrstutzens zur Erzielung einer
Druckvorspannung der Innenschichten der Behälterwand bei eingeschweißtem Rohrstutzen aufgeweitet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand des Rohrstutzens
(2) mit einem Expander, insbesondere einer Rohrwalze, aufgeweitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufweitung der Behälterwand
(1) mittels eines vom Behälterinneren wirkenden Hebebocks ausseführt wird.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEM0063341 | 1964-12-03 | ||
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE1450373B2 DE1450373B2 (de) | 1973-02-22 |
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