DE1452193A1

DE1452193A1 - Geschweisste,schraubenfoermig gewickelte Rohre mit ineinandergreifener Naht,sowie ein Verfahren und eine Maschine zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1452193A1
Application number: DE19641452193
Authority: DE
Inventors: Timmers John Henry
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1963-07-24
Filing date: 1964-07-23
Publication date: 1968-12-19
Also published as: GB1067713A; US3358112A; ES302332A1; BE650824A; SE304238B

Description

Geschweißte, schraubenförmig gewickelte Rohre mit ineinandergreifender Naht, sowie ein Verfahren und eine Maschine zu ihrer Herstellung.

Die Erfindung "bezieht sich auf geschweisste, schraubenförmig gewickelte Rohre mit einer ineinandergreifenden Kant, sowie auf ein Verfahr :n zur Herstellung derselben und auf eine Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens < >

./Va.

Aus Metallstreifen schraubenförmig gewickelte Rohre können im allgemeinen in zwei grosse Klassen eingeteilt werden in die der geschweissten Rohre und die der mechanisch verbundenen Rohre, wie z.B. die durch eine ineinandergreifende Naht verbundenen Rohre. Wenn eine wasserdichte Naht erforderlich is+, oder das Rohr druckdicht sein muss,' ist es notwendig, die Naht zu verschweissen. Solche Rohre werden gewöhnlich aus relativ dickem Blech dadurch hergestellt, dass

ein

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ein Stahlstreifen schraubenförmig gewickelt wird und die Kanten des Streifens durch Stumpfschweissung verbunden werden. Danach müssen verschiedene Bearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Naht den Anforderungen entspricht, auf Grund der Tatsache, daß die ' ' Krümmmng im Streifen, aus dem das Rohr gefertigt ist, im allgemeinen in einem mehr oder weniger starkem Maße vorhanden ist.

Wenn die Rohre aus eirixm. Blech geringerer Stärke schraubenförmig gewickelt werden, sind die Probleme,, die auf Grund der Ungleichförmigkeit des Streifens auftreten, wie z.B. die Krümmung, sehr viel schwerer zu bewältigen, so daß es äusserst schwierig, wenn nicht unmöglich ist, aus diesem Material Rohre guter Qualität mit stumpf oder überlappt geschweisster Naht herzustellen.

Es gibt jedoch eine Möglichkeit, schraubenförmig gewickelte Rohre sehr guter Qualität mit ineinandergreifender Bäht aus relativ dünnem Blech herzustellen, weil die ineinandergreifende Mäht die Eigenschaft besitzt, geringere Abweichungen in bezug auf die 'Streifenbreite oder den Winkel, mit dem der Streifen in die Maschine läuft, auszugleichen, so dass die . ·

ineinandergreifende

ineinandergreifende Naht eine auf mechanische Weise haltbar gemachte ^aht darstellt. Eine solche ineinandergreifende Naht istjedoch weder wasserdicht noch druckdicht.

Gegenwärtig besteht ein Bedarf an wasserdichten und druckdichten Rohren aus einem Blech, das dünner ist als jene Bleche, aus denen das schraubenförmige
b'tandardrohr derzeit hergestellt wird. Die ^uptaufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Fertigung von geschweissten, schraubenförmig gewickelten Rohren mit ineinandergreifender Kant zu ermöglichen.

Für die Erfüllung dieser Hauptaufgabe ist es eine
grundlegende Voraussetzung, Möglichkeiten für eine schnelle Erhitzung der gebildeten ineinandergreifenden Naht auf Schweisstemperatür zu schaffen, und
zwar zu einem Zeitpunkt, bevor die Naht fest gegen das geformte Rohr gepresst wird, so dass die Zwischenflächen der die Naht bildenden Teile miteinander
feuerverschweissen, wenn die Naht bei Schweisstemperatur fest zusammengepresst wird.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden
anhand der Beschreibung in Verbindung mit der

Zeichnung
809813/0490 ν ν

Zeichnung· näher erläutert.
In der Zeichnung, sind*

Fig. 1 eine etwas schematische Draufsicht

auf einen Teil einer üblichen Maschine zur Herstellung eines schraubenförmig gewickelten Rohres mit ineinandergreifender ÜFaht.

Pig, 1a eine vergrößerte Querschnittsansicht längs der Linie 1a- 1a von fig. I

Fig.2 eine Querschnittsansicht längs der , Linie 2-2 von Fig.1

Pig. 2a eine Teilquerschnittsansicht ähnlich Fig. 2, der die lage der Düse für den IPlasmabogen zeigt.

Fig. 3 eine stark vergrößerte TeiIq^iersehnittsans ieht des Induktors, längs der Linie 3-3 von Fig. 2

Bei Anwendung der Erfindung wird eine schraubenförmige ineinandergreifende Saht in bekannter Weise

dadurch 80 98 13/0490

dadurch herge'stellt, dass ein Metallstreifen in eine Maschine eingeführt wird, die das Material an den beiden Kanten des Streifens zwecks Bildung einer Naht entsprechend verfornit und den· Streifen mit den miteinander im Eingriff stehenden Nahtteilen schraubenförmig wickelt. Die die Naht bildenden Seile werden dann zu einer Naht zusammengedrückt, die fortlaufend gebogen und schliesslieh fest gegen das geformte Rohr gepresst wild. Dies kann gemäß der technischen Lehre der TJS Patente Nr. 2,136,942 und 2,136,943, ausgeführt werden.Unmittelbar bevor die Naht abschließend fest gegen das geformte Eohr gepresst werden soll, werden bei der vorliegenden Erfindung Yorrichtungen zur schnellen Erhitzung der Naht auf Schweissteiaperatur geschaffen, vorzugsweise auf Temperaturen zwischen 982°C und 1316⁰C' (18 OO und 2 400⁰F), so daß die miteinander in Eingriff stehenden, die liaht bildenden Teile, sobald die Naht zwischen den Rollen, die sie fest gegen das geformte Roivr drücken, hindurchläuft, an allen ihren Berührungsflächen miteinander verschweißen.

In der Zeichnung ist ganz allgemein unter 10 eine Maschine angedeutet, die zur Herstellung eines schraubenförmig gewickelten Rohres mit ineinandergreifender Naht

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greifender .-.Haht.. Diese. jfescMjie kann in allen Teilen derjenigen entsprechen.» die in den oben erwähnten US Patenten beschrieben,ist. Diese Patente sind bei einerdetaillierten Beschreibung der -Maschine berücksichtigt worden. Die lalite.lem.ente, die längs der Kanten 11 und 12 .des. im die-, Mas chine eint^ei; enden Streifens 13, der gewellt dargestellt ist, entstehen, sind nach der ersten Windung miteinander in Eingriff gebracht worden. Eine leihe .von Rollen übernimmt dann die Aufgabe, die Mäht zusammenzudrücken und fortlauf&XU- zu biegen^ Diese Hollen sind allgemein mit 14-, 15, 16 und 16a'"bezeichnet. Einzelheiten der Montage dieser Rollen, sind für das Terständnis der vorliegenden Erfindung niehi: notwendig, und es kann in diesem Zusammenhang auf die genannten US Patente verwiesen -werden. Die Solle 17 ist die letzte Rolle, die die ¥aht fest gegen das geformte Rohr presst.' Aü. ,diesei- Stelle sieht die. Iaht. aus, wie in Pig. 1a gezeigt ist, und .man., erkennt, daß sie ία Wirklichkeit aus; vier Stahllagen bestellt, die mit den Hummern 18, 19, 20-und-21-bezeichnet sind.

Um eine druckdichte und wasserdichte Naht zu erhalten, ist es "Wünsdhenswert, daß die Zwischenflachen zwischen den Sfahtteilen 18 und 19, 19 und 20, ferner 20 und.21 miteinander Yersefaweissen. Es ist deshalb notwendig, in der sehr tairzen Zeit, in der .der Wickelvorgang abläuft,

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die ganze Mäht von der lage 18 hindurch bis zur Lage 21 auf Verschweissungstemperatur zu bringen. Die3 kann auf verschiedene Weise erreicht werden. In den Pig. 1, 2 und 3 wird dafür die Induktionsheizung eingesetzt. Zu diesem Zweck wird ein schwerer Kupferblock 22 verwendet, der mit einer geeigneten Stromquelle verbunden ist, z.B. einen Wechselstromgenerator, der eine leistung von 300 kW bei einer !Frequenz von etwa 3 kHz besitzt. Der Block ist so gefertigt, daß er, rund um das Rohr gebogen, der Kontur der Naht folgt, wie am besten aus den Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, und er ist vorzugsweise hohl, wie bei 23 angedeutet ist» so daß ein !kühlmittel von 24 nach 25 durch ihn hindurefageschiekt werden kann* Das Induktionsfeld lässt sich natürlich auf die liaht konzentrieren, wenn man die Rohre jsit Blechen aus f erromagnetischem Material, ζ -Β. Siliciumstahl, umgibt, wie dies bei 26 gezeigt wird. Die der Iaht gegenüberliegende Oberfläche des Kohduktors 22 hat vorzugsweise einen Abstand von der ^dahtoberfläche von annähernd 1/4 Zoll. Wenn die Haht auf diese Weise durch Induktionsheizung erhitzt wird, hat sie sehr ,schnell die Schweißtemperatur von 982⁰C bis 1316⁰C (1800 bis 2400 ⁰W) erreicht, wobei diese Art der Heizung so schnell erJblgt, daß sich das Induktionsheizungselement 22 nur über 4/4 einer Eohr-

Umdrehung 80 98 13/0490 . . . .. BAD ORIGINAL

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Umdrehung erstrecken braucht. Bei normaler Wanderungsgeschwindigkeit des Rohres, mit der die Maschine das Rohr mit ineinandergreifender Iaht fertigt, — sie beträgt etwa 0,15 "bis· 0,35 m/sec (30 bis 70 Fuß) pro Minute - wird die Bäht in etwa.einer halben Umdrehung auf die erforderlich Temperatur gebracht. Wenn sich dann die Naht unter der letzten Druckrolle 17 befindet, sindwenigstens zwei und vorzugsweise alle Zwiöchenflächen der die Iaht bildenden Teile miteinander feu^erverschweisst. Auf diese Weise erhält man ein wasserdichtes und druckdichtes Rohr. Natürlich wird das Rohr,wenn es keinen hohen Innendruck aushalten-muß, schon wasserdicht sein, wenn nur zwei Zwischenflächen der Naht zusammengeschweisst sind. Wenn jedoch, das Rohr unter hohem Innendruck stehen soll, ist es vorzuziehen, sicherzustellen, daß alle Berührungsflächen feuerverschweisst sind.

Wahrscheinlich ist der Grund dafür, weshalb kein Rohr mit ineinandergreifender Haht früher feuerverschweisst worden ist, der, daß die Fachleute nicht erkannt oder verstanden haben, daß die auf der Nahtoberfläche erzeugte Wärme durch das Metall bis ,zu den inneren Überlappungen hindurchgeleitet werden mußte oder konnte, um auf "den verschiedenen Zwischenflächen zwischen den die Iaht bildenden Teilen die erforderliche Schweisstemperatur zu schaffen.

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Die

Die erforde:, liehe Erhitzung kann auch mit Hilfe eines Plasmabogens erfolgen. In Fig. 2a, die der Pig. 2 gleich ist, nur dass sie einen Ausschnitt darstellt, ist eine Plasmadüse 27» die von einer schematiseh durch den Pfeil 28 angedeuteten Plasmaquelle gespeist wird,'dargestellt. Die Plasmadüse wird an der gleichen Stelle angeordnet, wie das Induktionsheizungselement 22, und kann sehr schnell die Iiaht durch alle sie bildenden Teile hindurch auf Schweisstemperatur aufheizen.

Selbstverständlich können auch noch andere Heizungsmöglichkeiten benutzt werden, vorausgesetzt, dass sie die ITaht ganz durchheize'n, und zwar luit einer Geschwindigkeit, die groß genug ist, die leuerver- " schweissung zu ermöglichen, wobei die Geschwindigkeit, mit der das Rohr hergestellt weraen soll, berücksichtigt wenden muss, ^eben der Induktionsheizung und a&r •elektrischen heizung mittels eines Plasmabogens (ent\i?eder ein übertragener Bogen oder ein nicht übertragener Bogen) kann natürlich auch in bestimmten' Fällen Erd-G-aseriiitzungaaer Sauerstoff - Acetylen-6-fiserhitzung angewendet werden. -4ι ähnlicher'Weise können auch Laser oder Maser-Konstruktionen benutzt werden und unter bestimmten Bedingungen auch die- Abschmelzschweissung oder die elektrische Schweissung. Das Kriteriuni für jede spezielle heizungsart, die verwendet wird, besteht einfach darin, daß die Heizungsart die Möglichkeit bietet, schnell im ganzen'Nahtbe- 809813/0490 ;._: . ΐΙ^{ΑΡ 0B1GINAL}

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reich Wärme zu erzeugen, so -daß die ganze Haht auf Feuerschweisstempera tür gebracht werden kann, und zwar in der Zeit, bis sie bei einer "bestimmten IPertigungsgeschwindigkeit der Maschine von der letzten Druckrolle 17 erfasst wird.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Stahlrohr mit einer schraubenförmigen, ineinandergreifenden Naht, dadurch ge~ kennzeichnet, daß die die Hallt bildenden Teile miteinander in Eingriff stehen, so daß entlang der Nuht mehrere Stahllagen vorhanden sind, und die Berührungsflächen zwischen den die Naht bildenden Teilen entlang der Waht miteinander feuerverschweisst sind, wodurch eine geschweisste schraubenförmig gewickelte, ineinandergreifende, wasserdichte und druckdichte Naht geschaffen wird.

2. Stahlrohr mit einer schraubenförmigen, ineinandergreifenden Naht, dadurch gekennzeichnet, daß die umgebogenen Kanten miteinander in Eingriff stehen, so daß sie entlang der ^aht vier Stahllagen bilden und die drei Berührungsflächenpaare entlang der Naht miteinander verschweisst sind, wodurch eine geschweisste, schraubenförmige, ineinandergreifende Naht wasserdichte und druckdichte Naht entsteht.

3« Maschine 8 0 9 813/0 A 9 0

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Maschine zur Herstellung von schraubenförmig aus Streifenmaterial gewickelten Rohren mit ineinandergreifender Bäht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorhanden ist zur Herstellung von entlang der beiden Kanten des Streifenmaterials zusammengehörenden , die Naht bildenden Teilen, und zur schrauben-förmigen Verformung des Streifenmaterials und dafür, die die Naht bildenden Teile miteinander in Eingriff zu bringen, und die in Eingriff stehenden Teile zu einer Naht zusammenzudrücken, weiter dafür, die Naht laufend zu biegen und fest gegen das geformte Rohr zu drücken; ferner eine Vorrichtung zur schnellen Erhitzung der -geformten Naht auf Schweisstemperatur, die hinter der besagten Vorrichtung zur Herstellung und Biegung der Naht angeordnet ist, jedoch vor dei abschliessenden Druckvorrichtung, wobei die abschließende Druckvorrichtung dazu dient, die Berührungsflächen der die Naht bildenden Teile feuerzuverschweissen.

Maschine nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Heizungsvorrichtung . ein Induktionselement umfasst, bestehend aus

einem

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einem Kupferblock, der so gekrümmt ist, daß er nahe an der schraubenförmigen Naht liegt und dabei eine Länge besitzt, die über etwa 1/4 der schraubenförmigen Windung der Naht reicht, und aussei dem eine Vorrichtung, die Wechselstromhoher frequenz an das obige Indukti.ms· element lieferte

5· Maschine entsprechend Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß das Induktionselement hohl ist und Vorrichtungen zur Durchleitung eines Kühlmittels aufweist.

6, Haschine entsprechend Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizungsvorrichtung die Möglichkeit einschliesst, einen Plasmabogen zu erzeugen, der mittels einer Plasma « düse gegen die Naht gerichtet ist.

7*. Verfahren zur Herstellung von geschweissten, schraubenförmig aus Streifenmaterial gewickelten Rohren mit ineinandergreifender Naht, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der beiaen Kanten des Streifenmaterials zusammengehörige, die Naht bildende Te .Ie erzeugt werden, das Streifenmaterial dann schraubenförmig Vc.r- formt wird, wobei die oben erwähnten zusammengehörigen

gehörigen Nahtteile untereinander in Eingriff kommen und die so in Eingriff stehenden Nahtteiie dann zu einer Naht, zusammengedrückt werden, wonach die Saht dann laufend gekrümmt und schliesslich fest gegen das geformte Rohr gepresst wird; ferner die Verbesserung aufweist, die Naht schnell auf Schweißtemperatur aufzuheizen, "bevor diese fest gegen das geformte Rohr gepresst wird, wobei die Berührungsflächen zwischen den die Naht bildenden Teilen miteinander feuerverschweisst werden, wenn die Naht schliesslich fest gegen d^s geformte Rohr gepresst wird.

8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dau> die Naht durch eine Einrichtung für elektrische Induktionsheizung erhitzt wird, die die Lieferung von elektrischer Energie von etwa 300 kW bei einer Frequenz von etwa 3 kHz an den elektrischen Induktor einschliesst.

9. . Herstellungsverfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Er~ hitzung der Naht mittels eines Plasmabogens durchgeführt wird. '

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