DE1648763C - Verfahren zum Prüfen von Rohren aus duktilem Eisen - Google Patents

Description

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Eigenschaften, wird es gespalten, sobald die Kugel in seine Innenfläche hineingedrückt wird. Wird dagegen ein einwandfreies Rohr geprüft, zwingt die Kugel das Metall, sich zu verformen und zu fließen, ohne daß in dem Rohr Risse entstehen. Die gekrümmte Fläche 6 des Ambosses verhindert, daß das Rohr eine ovale Querschnittsform annimmt, und das harte Material des Ambosses verhindert, daß sich das Metall des r.ohrs auf der Außenseite des Rohrs gegenüber dem Kugeleindruck auf der Innenfläche ausheult. Wird die Prüfung in einem Abstand von etwa 20 mm vom Ende des Rohrs durchgeführt, liegt der Kugeleindruck innerhalb der Dichtung, die an der Verbindungsstelle benachbarter Rühre vorgesehen wird. Infolgedessen braucht die geprüfte Fläche nicht dem in der Leitung herrschenden Flutdruck standzuhalten.

Um das Prüfverfahren im Laboratorium zu erproben, wurden mehrere Rohre aus Grauguß bzw. aus duktilem Eisen im Laboratorium geprüft; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammeneefaßt.

Tabelle I

Prüfung von Rohren von 150 mm Durchmesser mit Hilfe einer Kugel von 16 mm Durchmesser

	Wand	P70bis	Belastung kg
	stärke
	mm	4550 bis	1550 (Bruch bei
Normaler Graugrß	8,9	4550 bis	7 Versuchen)
		4550 bis	11 400 (kein Bruch)
Duktiles Eisen (0% Perlit)	8,9	4550 bis	11 400 (kein Bruch)
Duktiles Eisen (10 % Perlit)	9,15		11 400 (kein Bruch)
Duktiles Eisen (25% Perlit)	8,65	11 400 (kein Bruch)
Duktiles Eisen (30 % Perlit)	9,4

Das Rohr aus Grauguß spaltete sich schon bei niedrigen Drücken, während Rohre aus duktilem Eisen bei Belastungen bis zu etwa 11 400 kg nicht gespalten wurden. Wenn man durch die Kugeleindrücke verlaufende Schnitte unter dem Mikroskop untersuchte, zeigten sich bei dem Rohr aus duktilem Material auch keine mikroskopischen Risse oder ähnliche Schäden. Das Metall wurde durch den Druck der Prüfkugel lediglich veranlaßt zu fließen. Dieses Rohr wurde vor der Prüfung weder durch Flachschleifen oder einen anderen Arbeitsgang vorbereitet. Bei einer Belastung von etwa 11400 kg hatte der Kugeleindruck einen Durchmesser von etva 8 mm bei einer Tiefe von etwa 1,3 mm. Bei der Benutzung eines gekrümmten Ambosses blieb die runde Form des Rohrendes unverändert.

Ferner wurden Probestücke von der normalen Produktion entnommenen Rohren aus duktilem Eisen gesammelt. Diese Probestücke hatten die Form von quadratischen Teilen mit einer Seitenlänge von etwa 150 mm und wurden aus den Endabschnitten von Rohren großen Durchmessers ausgeschnitten. Die Ergebnisse der Prüfung dieser Probestücke sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt.

Tabelle II Bericht über physikalische Prüfung

Rohr Nr.	Rohr- dnrchmesser	Zugprüf Streckgrenze	u ng Bruch	Dehnung	Wandstärke	Mikrogefüge	Belastung	Ergebnis
	mm	kg/mm2	festigkeit	7„	mm		kg
1	510	35,2	51,8	20	14,2	dukt-Eisen	18 200	gut
2	510	35,6	49,3	23	13,7	dukt-Eisen	18 200	gut
3	510	33,3	47,2	25	14,0	dukt-Eisen	18 200	gut
4	510	37,2	47,8	27	13,7	dukt-Eisen	18 200	gut
5	510	35,4	48,6	26	13,2	dukt-Eisen	18 200	gut
6	510	34,9	47,3	25	14,2	dukt-Eisen	18 200	gut
7	510	keine Streckung keine	23,7	0	17,0	Grauguß	13 400	Bruch
8	405	Streckung	18,2	0	18,2	50% Grau	10 500	Bruch
					guß

Alle Rohre aus duktilem Eisen (1 bis 6) hielten einer Belastung von etwa 18 000 kg ohne irgendwelche Anzeichen von Rissen stand. Die beiden schlechten Rohre, ά. h. das aus Grauguß bestehende Rohr 7 und das zu 50% Grauguß bestehende Rohr 8, wurden schon bei erheblich niedrigeren Belastungen gespalten, obwohl ihre Wandstärke größer war. Wegen ihrer großen Wandstärke wurden diese Rohre mit einer größeren Kugel mit einem Durchmesser von etwa 24 ,nm geprüft, während bei den Rohren mit einem Durchmesser von etwa 150 mm eine Kugel mit einem Durchmesser von etwa 16 mm benutzt wurde. Zwar wurde bei den hier beschriebenen Prüfungen als Werkzeug eine harte Kugel verwendet, doch liegt es auf der Hand, daß man die Abmessungen des Werkzeugs verändern kann, um das Werkzeug den jeweiligen Bedin-

giingen anzupassen, und daß man auch bei anderen Formen, z. B. stumpfen Kegeln und Pyramidenstümpfen brauchbare Ergebnisse erzielen würde.

Ferner wurde eine größere Menge von Probestücken aus Rohren mit einem Durchmesser von etwa 100 bzw. etwa 200 mm gesammelt; einige dieser Probestücke bestanden zu 50% ^aus grauem Gußeisen. Hier bei handelte es sich um Ringe mit einer Länge von etwa 125 mm, die von den Enden der Rohre abgeschnitten worden waren. Zur Prüfung dieser Probestücke wurde eine Kugel mit einem Durchmesser von etwa 16 mm in Verbindung mit Ambossen aus weichem Stahl verwendet; die Prüfungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle III zusammengefaßt.

Tabelle III

Rohr NIr	Rohr durchmesser	Dehnung	Gefüge	Wandstärke	Kugelbelastung bei der Prüfung, kg	Harter AmboB
	mm	"/ο	°/ο	mm	Weicher Amboß	14 300, Bruch
9	200	0	91, Guß	10,2	16 800, Bruch	16 600, Bruch
10	200	1,0	—	11,4	15 400, Bruch	21 000, Bruch
11	200	0,5	86, Guß	9,9	16 000, Bruch	17 700, Bruch
12	200	1,5	82, Guß	11,2	18 200, gut
					20 800, Bruch	23 000, Bruch
13	200	4,0	32, Guß	10,2	18 200, gut
					28 200, Bruch	31 800, gut
14	200	23	100, duktil	10,4	18 200, gut
					31 800, gut	31 800, gut
15	200	22,5	100, duktil	10,4	18 200, gut
					31 800, gut	13 600, Bruch
16	100	0.5	93, Guß	10,4	13 000, Bruch	14 700, Bruch
17	100	0,5	89, Guß	10,7	17 300, Bruch	13 500, Bruch
18	100	1,0	90, Guß	10,4	17 700, Bruch	27 300, gut
ι η I 7	100	18	100. duktil	8,1	18 200, gut
					27 300, gut	27 300, gut
20	100	20	10, Guß	9,6	18 200, gut
					27 300, gut	27 300, gut
21	100	16	100, duktil	7,4	18 200, gut
					27 300, gut

Gemäß der Tabelle Ml sind das Rohr 12 mit einer Dehnung von l,5°/„ und das Rohr 13 mit einer Dehnung von 4°/₀ von besonderem Interesse. Diese Rohre, die im Grenzbereich zwischen duktilem Eisen und Grauguß liegen, können jetzt mit Hilfe einer geeigneten Prüfung, z. B. der weiter oben erwähnten Ringbruchprobe, ausgeschieden werden. Das Rohr 12, bei dem die Bruchlast etwa 21 000 kg bei einer Dehnung von l,5°/₀ betrug, brach bei einer Belastung von etwa 20 800 kg. Das Rohr 13 mit einer Höchstbelastung von etwa 26 000 kg und einer Dehnung von 4°/o versagte bei etwa 28 000 kg. Die einwandfreien Rohre 14 und 15 aus duktilem Eisen hielten einer Belastung von etwa 32 000 kg stand, ohne zu reißen.

Bei den Rohren mit einem Durchmesser von etwa 100 mm versagten diejenigen mit einer niedrigen Zugfestigkeit und geringer Dehnung sämtlich bei einer Belastung von etwa 18 000 kg oder weniger, während die einwandfreien Rohre aus duktilem Eisen einer Belastung von etwa 27 000 kg standhielten, obwohl die eine geringere Wandstärke hatten. Beim Gebrauch weicher Amboßblöcke wurde beobachtet, daß sich auf der Außenseite des Rohres eine Ausbeulung entwickelte, da sich der Amboß bei den höheren Belastungswerten verfonnte. Es wurden neue Amboßblöcke aus gehärtetem Werkzeugstahl hergestellt, und die Probestücke wurden jeweils am entgegengesetzten Ende erneut geprüft; die Ergebnisse sind in der Tabelle III unter der Überschrift »HarteT Amboß· angegeben. Bei der Benutzung der harten Amboßblöcke entstand keine Erhöhung auf der Außenseite, und die Rohre behielten ihre runde Form bei. Bei den harten Ambossen versagten fünf Rohre bei niedrigerer Belastung, während drei Rohre erst bei höheren Belastungen versagten. Trotzdem ermöglichte es je doch die Prüfung, das schlechte Rohr auszuscheiden. Um die Brauchbarkeit des Prüfverfahrens während der Fertigung zu erproben, wurden Maßnahmen getroffen, um Versuche im Rahmen einer Fertigungsstraße durchzuführen, wobei es möglich war, die Prüfergebnisse mit denjenigen zu vergleichen, welche man bei der Ringbruchprobe erhält, mittels deren die Güte der Rohre aus duktilem Eisen festgestellt wird. Die hierbei gewonnenen Werte zeigen, daL. die Kugeldru";kprobe geeignet ist, Rohre aus duktilem Eisen zuverlässig zu prüfen.

Während dieser Prüfungen im Rahmen der laufenden Produktion wurden insgesamt 8648 Rohre aus duktilem Eisen mit einem Durchmesser von etwa 250 mm und darunter sowohl mit Hilfe der Kugel druckprobe als auch mit Hilfe der Ringbruchprobe geprüft. Während des ersten Teils des Versuchsprogramms wurde eine Kugel mit einem Durchmesser von etwa 16 mm verwendet; hierbei variierte die Prüflast zwischen etwa 10 700 kg und etwa 38 000 kg. Bei

6-j den niedrigeren Prüflasten war es aiit Hilfe der Kugeldruckprobe nicht möglich. Rohre zu ermitteln, die später bei der Ringbruchprobe versagten. Wenn jedoch die Prüflast vergrößert wunde, versagten bei der Kugelbruchprobe auch diejenigen Rohre, welche bei der Ringbruchprobe versagten. Bei aen höheren Prüflasten entstand auf der Außenseite des Rohres eine unerwünschte Erhöhung, und im Hinblick hierbei wurde eine Prüfkugel mit einem Durchmesser von

etwa 24 mm verwendet, um eine weitere Bewertung dieses Prüfverfahrens zu ermöglichen.

Unter Benutzung einer Kugel mit einem Durchmesser von etwa 24 mm, wobei die Last in einem Abstand von etwa 20 mm von der Stirnfläche des Rohres aufgebracht wurde, wurden insgesamt 5318 Rohre aus duktilem Eisen sowohl mit Hilfe der Kugeldruckpfobe als auch mit Hilfe der Ringbruchprobe geprüft. Die Prüf lasten wurden zwischen etwa 21500 kg und etwa 27 000 kg variiert. Von den 5318 mit Hilfe der Kugeldruckprobe geprüften Rohren versagten etwa 1,4%, die später bei der Ringbruchprobe nicht versagten. Dieser Prozentsatz verringerte sich jedoch als die Prüflast von etwa 27 000 kg auf etwa 21 500 kg verringert wurde. Bei einer Prüflast von etwa 27000kg versagten 2,5% der Rohre bei der Kugeldruckprobe, jedoch nicht bei der Ringbruchprobe, während bei einer Prüflast von etwa 21 500 kg nur 0,6% bei der Kugeldruckprobe versagten, jedoch die Ringbruchprobe bestanden. Dies zeigt deutlich, daß man die Kugeldruckprobe so eichen kann, daß sie die gleiche Genauigkeit liefert wie die Ringbruchprobe. Es ist

ίο wichtig, zu bemerken, daß keines der Rohre, das die Kugeldruckprobe bestand, bei der Ringbruchprobe versagte. Die betreffenden Angaben sind in der folgenden Tabelle IV zusammengestellt.

Tabelle IV

Kugeldurchmesscr	Prüflast kg	Zahl der Rohre Bruch bei Kugel gut bei Ring	Zahl der Rohre Pinch bei Kugel Bruch bei Ring	Rohrzahl Kugel, gut Ring, Bruch	Gesamtzahl geprüfter Rohre
23,8 23,8 23,8 23,8	26 800 24 800 22 600 21600	17(2,5%) 20 (2,4%) 28(1,4%) 10(0,6%)	13 2 4 4	ο ο ο ο	682 844 2067 1725
Insgesamt		75 (1,4%)	23	0	5318

Da die Wandstärke des Werkstoffs bei der Bewertung dieses Prüfverfahrens eine Rolle spielt, wurden entsprechende Untersuchungen durchgeführt. Die 23 Rohre, die weder die Kugeldruckprobe noch die Ringbruchprobe bestanden, wie es aus der Tabelle IV hervorgeht, besaßen eine Wandstärke zwischen etwa 8,2 und etwa 11,5 mm, und es wurden Rohre mit einer Wandstärke von bis zu etwa 14,5 mm geprüft; diese Rohre bestanden sowohl die Kugeldruckprobe als auch die Ringdruckprobe. Hieraus ist ersichtlich, daß mäßige Schwankungen der Wandstärke die Kugeldruckprobe nicht beeinträchtigen. Jedoch ist zu erwarten, daß große Änderungen bezüglich der Wandstärke bei der Durchführung der Prüfung berücksichtigt

so werden müssen.

Die beschriebenen Versuche zeigen deutlich, daß sich das Prüfverfahren zuverlässig innerhalb eines relativ großen Wandstärkebereichs anwenden läßt, und daß es möglich ist, brauchbare Ergebnisse zu

erzielen, wenn man den Kugeldurchmesser und die aufgebrachte Prüflast so wählt, daß die Wandstärke, die physikalischen Eigenschaften des Metalls und der gewünschte Genauigkeitsgrad berücksichtigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Biegebelastung unterhalb der Bruchgrenze einer einPatentanspruch: wandfreien Schiene anzusetzen, so daß bei der gewählten Biegebelastung nur die den praktischen An-

Verfahren zum Prüfen, ob aus duktilem Eisen forderungen nicht gerecht werdenden Schienen bebestehende, durch eine Uichtungsmuffe mitein- 5 schädigt werden.

ander zu verbindende Rohre einer vorgegebenen Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in

Standardbelastung standhalten, wobei ein stumpfes der folgenden Beschreibung an Hand eines AusWerkzeug in die Rohrinnenwand oder Rohraußen- führungsbeispiels und von Zeichnungen erläutert,
wand eingedrückt wird und wobei die dem stumpfen F i g. 1 zeigt perspektivisch eine transportable

Werkzeug abgewandte Rohrwand son einem an io Presse der Bauart, wie sie zum Schließen von Nieten die Rohrform angepaßten Gegenstück unter- verwendet wird, wobei diese Presse jedoch so ausgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, bildet ist, daß sie es ermöglicht, eine Prüfkugel in die daß das stumpfe Werkzeug (2) und das Gegen- Innenfläche eines Druckrohrs aus duktilem Eisen stück (5) jeweils nahe einem Rohrende an das 7u hineinzudrücken;

prüfende Rohr (7) angesetzt werden, derart, daß 15 F i g. 2 veranschaulicht in einer Stirnansicht die die Eindruckstelle beim Verbinden der Rohre (7) Benutzung der Vorrichtung nach F i g. 1 beim im Bereich der Dichtungsmuffe zu liegen kommt, Prüfen eines Rohrs.

und daß die Druckkraft für das stumpfe Werk- Die Erfindung beruht auf der Erfahrung, daß

zeug (?) so gewählt ist, daß bei einem Normalzu- Gefüge, die Schuppengraphit oder größere Mengen stand des Rohrmaterials eine plastische Kaltver- 20 von Perlit enthalten, versagen, wenn sie einer großen formung und bei einem Anormalzustand Bruch- Kraft ausgesetzt werden, die auf eine kleine Fläche erscheinungen an der Eindruckstelle auftreten. des Gußstücks konzentriert wird, während sich das

Gußstück verformt, jedoch nicht bricht, wenn es sich um ein im wesentlichen ferritisches Eisen handelt,

as das kugeligen Graphit enthäii. Wird eine Prüfkugel

in eine Fläche eines Werkstücks aus Grauguß hineingedrückt, spaltet sich das Gußstück, wenn die Be-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen, lastung eine ausreichende Größe erreicht; wird jedoch ob aus duktilem Eisen bestehende, durch eine Dich- ein Gußstück aus duktilem Eisen der gleichen Prüfung tungsmuffe miteinander zu verbindende Rohre einer 30 unterzogen, beobachtet man ein Fließen des Metalls vorgegebenen Standardbehstung standhalten, wobei bzw. eine Kaltverformung in der Umgebung der ein stumpfes Werkzeug in die Rohrinnenwand oder Prüfkugel, und die Kugel erzeugt in dem Gußstück Rohraußenwand eingedrückt wird und wobei die dem einen kugelförmigen Eindruck, ohne daß Risse entstumpfen Werkzeug abgewandte Rohrwand von einem stehen. Nach der Durchführung einer solchen Prüfung an die Rohrform angepaßten Gegenstück unterstützt 35 ist das Gußstück aus duktilem Eisen vom Standpunkt wird. seiner Verwendbarkeit unbeschädigt.

Es ist grundsätzlich bekannt (Buch von Dr. Ing. In F i g. 1 erkennt rnr-n eine transportable hy-

Herbert von Weingraber »Technische Härte- draulische Presse der Bauart, wie sie gewöhnlich zum messung«, erschienen 1952 im Carl Hanser Verlag Schließen von Nieten verwendet wird, wobei diese München, S. 206), Rohre dadurch zu prüfen, daß ein 40 Presse jedoch so abgeändert wurde, daß sie die stumpfes Werkzeug in die Rohrinnenwand oder Rohr- Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens außenwand eingedrückt wird, wobei die dem stumpfen ermöglicht. Die Presse umfaßt einen Rahmen 1 mit Werkzeug abgewendete Rohrwand von einem an die einer Arbeitsfläche, auf der eine Kugel 2 angeordnet Rohrform angepaßten Gegenstück unterstützt wird. ist. Gegenüber der Kugel 2 trägt der Rahmen 1 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das 45 einen hydraulischen Zylinder 3, mittels dessen ein Prüfungsverfahren der eingangs beschriebenen Art Stempel oder Stößel 4 betätigt wird, der an seinem so zu gestalten, daß einerseits die Rohre — wenn ihr freien Ende einen Amboß 5 trägt. Die Fläche 6 des Material Normalzustand hat — durch die Prüfung Ambosses 5 ist so angekrümmt, daß sie zur Außennicht beschädigt werden, und daß andererseits die fläche des zu prüfenden Rohres paßt, und der Amboß durch das stumpfe Werkzeug hervorgerufenen Ein- 50 hat eine ausreichende Härte, um eine Verformung drücke in der Rohrwand trotz der entsprechenden während des Gebrauchs zu verhindern. Eine solche Schwächung der Rohrwand keine Gefahrenpunkte Vorrichtung läßt sich leicht durch Umbauen einer in dem aus den verbundenen Rohren bestehenden gewöhnlichen transportablen hydraulischen Presse Rohrverband bilden können. herstellen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, 55 Damit die gewünschte Arbeitsgeschwindigkeit erdaß das stumpfe Werkzeug und das Gegenstück reicht wird, so daß die Prüfung der Werkstücke im jeweils nahe einem Rohrende an das zu prüfende Rohr Rahmen einer Fertigungsstraße erfolgen kann, ist es angesetzt werden, derart, daß die Eindruckstelle beim zweckmäßig, die Vorrichtung mit einem hydrau-Verbinden der Rohre im Bereich der Dichtungsmuffe lischen Aggregat auszurüsten, das es ermöglicht, die zu liegen kommt und daß die Druckkraft für das 60 gewünschte Last innerhalb von wenigen Sekunden aufstumpfe Werkzeug so gewählt ist, daß bei einem Nor- zubringen.

malzustand des Rohrmaterials eine plastische Kalt- Die Prüfung läßt sich auf sehr einfache Weise und

verformung und bei einem Anormalzustand Bruch- sehr schnell durchführen. Gemäß F i g. 2 prüft man erscheinungen an der Eindruckstelle auftreten. ein Rohr 7, indem man lediglich die Kugel 2 im Inne-

Es soll an dieser Stelle bemerkt werden, daß es 65 ren eines Endes des Rohrs anordnet, woraufhin die beispielsweise von der Schienenprüfung durch Biege- gewünschte Last auf den Amboß 5 aufgebracht wird, belastung her bekannt ist (USA.-Patentschrift 2032989) durch den das Rohr nach unten gegen die Kugel 2 zur Erfassung fehlerhafter Schienen den Betrag der gedrückt wird. Besitzt das Rohr nicht die gewünschten