DE1777021A1

DE1777021A1 - Verfahren zum Herstellen elektrisch geschweisster Rohre

Info

Publication number: DE1777021A1
Application number: DE19681777021
Authority: DE
Inventors: Shigeo Kojima
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1967-08-25
Filing date: 1968-08-23
Publication date: 1971-02-11
Also published as: US3555869A; GB1238328A; FR1586921A; SE336145B

Description

Verfahren zum Herstellen elektrisch geschweißter Rohre

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Herstellen elektrisch geschweißter Rohre, insbesondere zum Herstellen hochwertiger widerstandsgeschweißter Rohre.

Im Gegensatz zu Bohren, die durch Schmieden von Stahlbändern bei hohen Temperaturen hergestellt werden, werden bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen hergestellte widerstandsgeschweißte Rohre, insbesondere elektrisch geschweißte Rohre, nicht nur für mechanische und Bauzwecke, sondern auch für anspruchsvolle Verwendungsbereiche, wie beispielsweise als Druckverteilerrohre, Wärmeaustauscher, Rohrleitungen für Warmwasserbereiter u.dgl. weitgehend verwendet. Infolgedessen ist bei Verfahren zua Herstellen solcher Rohre ein hoher Grad von Genauigkeit und Können erforderlich. Insbesondere sind beim Bornen des Rohrs die Eigenschaften des Rohstücks oder Plattenmaterials der grundlegende bzw. wichtigste Faktor, der die Qualität des fertigen Rohrs beeinflußt. Bei bekannten Rohrschweißma-

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schinen ist es üblich, Vorrichtungen zum Waschen, Heinigen, Ausrichten, Beschneiden u.dgl. der vorgeformten Stahlbänder zu verwenden. Bei einer Einrichtung zum fortlaufenden Schweißen von Rohren sind zum Verbinden nebeneinanderllegender oder aneinanderstoßender Bänder zu einer einzigen fortlaufenden Bahn außer den genannten Vorrichtungen zusätzlich noch Schneide-, Schweiß- und Biegevorrichtungen erforderlich. Jedoch erhält man häufig trotz der Verwendung dieser zusätzlichen Vorrichtungen aufgrund der ungleichmäßigen Qualität der Stahlbahn oder des Rohstücks eine unbefriedigende Qualität der Schweißung. Außerdem entsteht auch sehr oft Ausschuß durch die unregelmäßige Form der Stahlbänder. Häufig treten auch Fehler in den Rohren nach der Installation oder während des Betriebs aufgrund ungleichmäßiger Spannungen auf, die im fertigen Rohr vorhanden sind. Im großen und ganzen müssen, wie bereits gesagt, elektrisch geschweißte Rohre, und insbesondere elektrisch wideretandsgeschweißte Rohre, im Hinblick auf ihre Verwendung als Druckverteilerrohre, Wärmeaustauscherrohre, Rohre für Warmwasserbereiter u.dgl. außerordentlich hohe physikalische Qualitäten aufweisen.

Durch Versuche wurde festgestellt, daß die Fertigform bzw. die Fertigabmessungen des Stahlbandes vor seinem Eintritt in die Rohrherstellungsmaschine, der Hauptfaktor bzw. der einzige Hauptfaktor neben den anderen grundsätzlichen Qualitätsfaktoren des Stahlrohsiücks ist, der die Qualität des Fertigprodukts beeinflußt. Wie bekannt, treten, ausgenommen bei sogenannten dicken Stahlppatten, bei Stahlplatten mittlerer Stärke mit einer Dicke von veniger als 6 mm oder

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bei dünnen Stahlblechen häufig infolge des Walzens unvermeidbare Beschädigungen auf. Genauer gesagt, ist es bei den bekannten Walzstrecken fast unmöglich, eine gleichmäßige Stärke der Bleche über ihre Breite quer zur Vorschubrichtung der gewalzten Platten zu erzielen. Trotz verschiedener Verbesserungen im Verfahren der Verwendung gekühlter Walzen und in der Steuerung ihrer W_alzprofile wurde bis jetzt noch kein ausgesprochen wirksames Verfahren gefunden, um diese Probleme zu lösen. Demnach war es noch nicht möglich, die Herstellung von Rohren wirksam auszuschalten, deren Qualität, beispielsweise durch Wellung der Plattenränder und Dehnung im Mittel- <| teil der Platten aufgrund ungleichmäßiger Stärke in Querrichtung der Platten,unbefriedigend ist. Aus diesem Grund ist es so gut wie sicher, daß durch ungleichmäßige Spannungen in den Platten mangelhafte Schweißstellen oder Strukturfehler verursacht werden, wenn Rohre aus diesen fehlerhaften Stahlplatten oder -bändern hergestellt werden. Um diese Fehler zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, die Qualität der Bänder dadurch zu verbessern, daß nan sie durch eine Oberflächenbearbeitungswal zanlage hindurchlaufen läßt oder daß man am Zuführungsende einer Herstellungsstrecke für elektrisch geschweißte Rohre ein Abrichtgerät einbaut. Diese Maßnahmen ' haben sich allerdings bis jetzt noch nicht als zufriedenstellend erwiesen. Erstens erhöht der Einbau einer Oberflächenbearbeitungswal zanlage die Installierungskosten beträchtlich, wodurch die Gestehungskosten für die Rohre erhöht werden. Zweitens kann sich eine bestimmte Zeitspanne nach dem Durchlaufen der Oberflächenbearbeitungswalzanlage die Fließpunktdehnung des Stahlbandes wieder erholen, wodurch die Qualität

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des Materials verschlechtert und eine genaue Kontrolle des Verfahrens erforderlich wird. Mit Bezug auf das Abrichtgerät wurde festgestellt, daß es sehr schwierig ist, auf der Stahlplatte oder dem Stahlband eine Wirkung zu erzielen, die mit der der Oberflächenbearbeitungswalzanlage vergleichbar wäre. Bei Versuchen, selbst bei einer erhöhten Zuführungsgeschwindigkeit in das Abrichtgerät, konnten zwar die genannten Fehler, wie Wellen der Ränder und Dehnung des Mittelteils der Platte, ausgeschaltet werden, jedoch treten mit Sicherheit neue Fehler auf, wie kreuzweise Verbiegungen (auch als "sattelförmige" Verformung bekannt). Das Auftreten dieses neuen und unerwarteten Problems hebt die Vorzüge des Abrichtgeräts auf und macht es weitgehend unbefriedigend.

Durch die Erfindung sollen diese Kachteile beseitigt werden, und zwar besteht ein Hauptmerkmal der Erfindung darin, daß das Rohstück oder Stahlband zu einem Rohr geformt wird, während es unter einer geeigneten Zugbelastung einer inneren Arbeitsspannung unterworfen wird. Wenn gemäß der Erfindung die Arbeitsspannung dem Band in zwei verschiedenen Arbeitsstufen erteilt wird, ist es möglich, geschweißte Rohre herzustellen, die ausgezeichnete physikalische Eigenschaften besitzen. So werden verschiedene Vorteile erzielt, wenn das Band kurz vor seinem Einführen in eine Vorrichtung zum Formen der Rohre im Bereich der sogenannten plastischen Materialverformung unter Zugbelastung einer Arbeitsspannung unterworfen wird. Erstens wird es leicht möglich, Rohre ohne die bisher als Begleiterscheinung auftretenden Abmessungsungenauigkeiten

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herzustellen, die durch Zurückfedern der Stahlplatte oder des Stahlbandes verursacht werden. Zweitens kann das Plattenoder Bandmaterial mit einer auf ein Mindestmaß reduzierten Materialstreckgrenze zu Rohren verarbeitet werden. Diese beiden Faktoren tragen gemeinsam dazu bei, daß die physikalischen Eigenschaften der Rohre bzw. geschweißten Rohre auf ihren optimalen Werten gehalten werden, wodurch die grundsätzlichen Ziele der Erfindung erreicht werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Formen von Rohren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Formen von Rohren, wie sie in einer Herstellungsstrecke für elektrisch geschweißte Rohre enthalten ist. Der besseren Klarheit wegen sind verschiedene Vorrichtungen, die der Vorrichtung zum Formen der Rohre in der Hers telhings strecke vorausgehen, in der Zeichnung weggelassen worden. Am Eingang der Bohrverformungsvorrichtung ist eine Gruppe 1 frei laufender Rollen angeordnet, die aus einen Paar vertikaler Einziehrollen 2 und einer Vielzahl frei laufender Rollen 3 besteht. In Arbeitsrichtung anschließend an die frei laufenden Rollen 3 folgt ein Klemarollensata 4, der drei Sätze

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paarweiser Rollen 5, 6 und 7 aufweist. Die Rolle 5 arbeitet mit einer federbelasteten oberen Rolle 5¹ zusammen, während die obere Rolle der beiden Rollen 6 durch einen Zylindermechanismus 6¹ in vertikaler Richtung betätigt wird. Eine Vielzahl von Klemmrollenpaaren 8 wird von zwei Antriebsmotoren 9 über zwei Untersetzungsgetriebe 10 angetrieben. Eine Reihe 11 zum Umwälzen bestimmter Walζvorrichtungen umfaßt jeweils einen Hauptkörper einer Walzvorrichtung 12, einen Antriebsmotor 13 für die Walζvorrichtung, ein Untersetzungsgetriebe 14, eine Ersatzwalzenvorrichtung 15 und vertikale Führungsrollen 16. Wie weiterhin dargestellt, umfaßt eine Reihe 17 ausgefluchteter Weiterbearbeitungswalzvorrichtungen jeweils einen Hauptkörper einer Walζvorrichtung 18, einen Antriebsmotor 19 für die Walζvorrichtung 18, ein Untersetzungsgetriebe 20, eine Ersatzwalzenvorrichtüng 21 und vertikale Führungsrollen 22. Eine Hochfrequenzmaschine 25 für elektrische Widerstandsschweißung umfaßt Saumführungerollen 24, den Hauptteil einer Schweißmaschine 25, Preßrollen 26, eine Schneidvorrichtung 27 zum Entfernen der Schweißraupen an der Außenseite des geschweißten Rohrs und Glättrollen 28. Per Durchlauf durch die oben beschriebene Maschine ist durch die imaginäre Linie 29 bezeichnet.

Beim Formen eines Rohrs mit der oben beschriebenen Rohrherstellungsmaschine wird die dem Platten- odor Bandaaterial gemäß der Erfindung erteilte Spannung zwischen dem ersten Ständer der Reihe 11 von Walzvorrichtungen und der Gruppe 1 frei laufender Rollen aufrechterhalten. Diese Spannung muß größer sein als die Streckgrenze dee Rohstückstreifens und sie kann leicht durch Einteilen der frei lau-

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fenden Rollen in zwei Gruppen geschaffen werden, wobei die oberen Rollen versetzt in bezug zu den unteren angeordnet sind, und ferner durch eine geeignete Wahl der Anzahl der Rollen, des Abstands zwischen benachbarten Rollen und die vertikale Stellung bzw. den vertikalen Abstand der Rollen in bezug zur Linie 29. Alternativ kann die erforderliche, die Streckgrenze des Rohstückstreifens übersteigende Spannung durch geeignete Antriebsmittel für diese Rollen und durch Herstellen eines bestimmten Verhältnisses zwischen der Umfangsgeschwindigkeit dieser Rollen und der der Walzen des ersten Walzenständers erteilt werden. Diese Maßnahme kann jedoch auch wenig befriedigend sein, da die Walzen des ersten Ständers sehr stark belastet werden. Es ist festgestellt worden, daß durch Einbau einer Gruppe von Klemmrollen zwischen die Gruppe 1 der frei laufenden Rollen und die Walzen des ersten Ständers der Reihe 11 ein unerwartet gutes Ergebnis erzielt werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Klemmrollen ist durch den Klemmrollensatz 4 in Fig. 1 bzw. in Fig. 2 dargestellt. Unabhängig voneinander angetriebene Klemmrollen 8 sind kurz vor dem ersten Walzenständer angeordnet, und demnach sind die frei laufenden RoI- ι len 6, die mit Hilfe des Zylindermechanismus 6¹ vertikal bewegbar sind, zwischen diesen Klemmrollen und den am Eingang angeordneten frei laufenden Rollen vorgesehen. Unmittelbar hinter den frei laufenden Rollen 6 ist eine einfache Führungsrolle 7 und unmittelbar vor diesen Rollen sind paarweise angeordnete Rollen 5, 5¹ vorgesehen, von denen die untere Rolle befestigt ist und die obere unter Federvorspannung steht, wodurch eine gleichbleibende Wirkung der Arbeitsspannung auf den Streifen leicht herzustellen ist. Auf diese

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Weise ist die Wirkung beträchtlich, die man durch Teilen des Rohrformungsvorgangs in zwei Vorgänge erhält, und zwar in (a) erstes plastisches Verformen, das durch die Spannung bewirkt wird, die durch die Gruppe 1 der frei laufenden Rollen und durch Biegen des Materials aufgebracht wird, und (b) zweites plastisches Verformen, das durch die angetriebenen Klemmröllen und die durch den Zylindermechanismus betätigten Rollen bewirkt wird, so daß die erforderliche Materialspannung mit einer Belastung von weniger als der Hälfte der durch Zug allein geschaffenen Belastung leicht zu erzielen ist. Zum besseren Verständnis der Erfindung soll folgendes Beispiel dienen:

Chemische Analyse des verwendeten Stahlplatten-Rohstticks:

C : 0,13* Si : 0,20* Mo : 0,51* Mechanische Eigenschaften:

Streckgrenze: 21,0 kg/mm² Reißfestigkeit: 37,1 kg/mm² Plattendicke: 4 mm

Beim Formen dieses Rohstücks zu einem elektrisch geschweißten Rohr wurden folgende Daten für die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gruppe 1 der frei laufenden Rollen verwendet:

Rollendurchmesser: 120 mm Mittelpunktsabstand

der Rollen: 140 mm

Anzahl der oberen

Rollen: 3 Anzahl der unteren Rollen: 2 Rollenversetzung: 3,2 mm

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Daten für den Klemmrollensatz 4:

Klemmrollendurchmesser: 320 mm Durchmesser der drei Hollensätze: 110 mm Versetzung der zylinderbetätigten Bollen: 120 mm

Mit diesen Daten für die frei laufenden Rollen und die Klemmrollen wurde ein 1-zölliges geschweißtes Rohr bei einer Zugbelastung von etwa 4 kg/mm bezogen auf die Flächeneinheit des Rohstückstreifens hergestellt, und es wurde festgestellt, daß eine Streifenlängung von 0,9# erzielt wurde. Durch diese Dehnung wurden nicht nur unerwünschte Veränderungen im Rohstück, d.h. Wellung der Ränder und Dehnung des Mittelteils, völlig ausgeschaltet, sondern es wurden auuh die Streckgrenze des Materials auf 19,1 kg/am verringert und die Reißfestigkeit auf 36,0 kg/ma² erhöht» wodurch die mechanischen Eigenschaften des Rohstückaaterials stark verbessert wurden, so daß es zur Rohrherstellung gut geeignet war. Diese sehr vorteilhaften und zufriedenstellenden Ergebnisse sind dem Formen des Roh·tücke duroh plastische Verformung unter konstantem Zug zuzuschreiben. Das Ergebnis durchgeführter Versuche zeigte, daß ohne Verwendung der drei Rollensätze des Beispiels nicht der gleiche Zuglänguggsgrad erzielt werden konnte, sofern nicht der Rollendurchmesser der frei laufenden Rollen auf etwa 100 an verringert und der Grad der $ollenversetzung auf etwa θ η erhöht wurde. Dl· besten Da^en für den Rollendurchmesser der Gruppe frei lau» fender Rollen, ihren Versetzungegrad, den Rollendurchmesser der drei Bolleneätze und den erforderlichen Versetzungigrad der zylinderbetatigten Bollen können leicht bestim«t werden,

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BADORIGUNAt

wenn man die Dickenmaße des Rohstückstreifens, seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine Streckgrenze, und die Umfangsgeschwindigkeit der getriebenen Klemmrollen in Betracht zieht. Jedenfalls sollte jedoch die unter Arbeitsspannung bewirkte Dehnung 0,3^ oder mehr betragen, aber 2$ nicht übersteigen. Bei Versuchen mit Arbeitsspannungsdehnungen von weniger als 0,3# war die Herabsetzung der Streckgrenze unbedeutend und demnach die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Hohstückstreifens geringfügig und infolgedessen unbefriedigend. Wenn andererseits die Arbeitsspannungsdehnung im Rohstückstreifen 2,0# überstieg, zeigte sich eine Tendenz, die Streckgrenze des Materials zu erhöhen und dadurch die Rohrherste^_ung ungünstig zu beeinflussen. Das Ergebnis dieser Versuche zeigte klar, daß es sehr vorteilhaft ist, die Arbeitsspannimg auf eine Dehnung von etwa 1# festzusetzen, um die kleinste Streckgrenze zu erhalten und optimale Rohrherstellungsbedingungen zu schaffen. Ein besonderes Merkmal der Erfindung liegt demnach darin, den Streifen zu einem Rohr zu foroen, während er einem Zug unterworfen ist, der eine solche günstige Arbeitsspannung erzeugt. Dies ermöglicht die Herstellung von geschweißten Stahlrohren höchster Qualität, unabhängig von ungleicher Streifendicke in Sichtung der Breite des Ronstückstreifens.

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Claims

- 11 Patentansprüche :

1. Verfahren zum Herstellen von elektrisch geschweißten Rohren, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Unterwerfen eines vorbehandelten Stahlbandes einer Arbeitsspannung zum Erzielen einer Dehnung in der Größenordnung von etwa 0,3$ bis etwa 2,o$ und gleichzeitiges Verformen des Bandes zu einer rohrförmigen Gestalt unter der Wirkung der Arbeitsspannung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbehandelte Stahlband zw ichen einer Vielzahl frei laufender Rollen, von denen die <~ _ η Rollen versetzt in bezug zu den unteren angeordnet sin ad die Mittel zum rohrförmigen Verformen des Bandes aufweisen, einer Zugkraft unterworfen wird und daß die Arbeitsspannung durch eine Gruppe von Klemmrollen mit veränderlicher Durchlauflinie bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Arbeitsspannung bewirkte Dehnung in der Größenordnung von etwa 0,5$ bis etwa 1,5% liegt.

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