DE19548569A1 - Wellrohr - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellrohr, das für Auspuffrohre und
EGR-Rohre von Automobilen und Rohrleitungen verschiedener Arten von
Maschinen und Geräten, die Vibrationen unterliegen, geeignet ist und die
wegen der Flexibilität erforderlich sind und bei Vibrationen benutzt werden
müssen, und die Erfindung betrifft ebenfalls ein Wellrohr, das sogar in einer
korrosiven Umgebung benutzt werden kann.
Wellrohre dienen der Absorption von Vibrationen und sie werden
dementsprechend allgemein für Rohrleitungen in Motorräumen von
Automobilen und bei Rohrleitungsverbindungen, beispielsweise in der
Umgebung von Schiffsmotoren, und bei Pumpen und Kompressoren zur
Klimatisierung benutzt.
Rostfreie Stahlmaterialien vom austenitischen Typ, wie beispielsweise SUS 304
werden im Hinblick auf ihre ausgezeichnete Verarbeitbarkeit für solche
Wellrohre benutzt. Da jedoch austenitischer rostfreier Stahl eine schlechte
Wärmeleitung aufweist, ergibt sich ein Problem, daß in einem dickwandigen
Teil thermische Spannungen auftreten, wenn eine Temperaturdifferenz
zwischen den Innen- und Außenflächen vorliegt, so daß Spannungen ausgeübt
werden, die einen 02 3-Bruch durch die thermische Spannung hervorrufen,
wobei zusätzliche Beanspruchungen durch Biegedeformation, Vibrationen
und/oder Druckschwankungen des sich im Inneren befindenden Fluids während
der Benutzung hervorgerufen werden.
Um ein solches Problem zu vermeiden ist vorgeschlagen worden, rostfreie
Stahlmaterialien vom Ferrittyp als Rohmaterial für Wellrohre zu verwenden.
Die rostfreien Stahlmaterialien vom Ferrittyp rufen, wenn sie elektrisch
verschweißt werden, jedoch ein kristallines Kornwachstum über einen weiten
Bereich in der Nähe der Schweißwülste beim Schweißen hervor.
Der Bereich des kristallinen Kornwachstums verursacht einen Bruch, wie
beispielsweise einen Axialbruch beim Ausdehnen oder Zusammenziehen nach
einer elektrischen Schweißung oder beim Formen eines gewellten Teiles durch
eine Wellfabrikation, wie beispielsweise Wellen oder Flüssigkeitsdruck-Formen
hervor.
Da die Materialien zusätzlich eine schlechte Korrosionsbeständigkeit aufweisen
und als Material für Wellrohre nicht geeignet sind, sind sie nicht zur
praktischen Anwendung gelangt.
Da ferner rostfreie Stahlmaterialien vom Ferrittyp weniger resistent gegenüber
einem korrosiven, innen befindlichen Fluid oder der Außenatmosphäre sind, ist
ihre Verwendung unter korrosiven Bedingungen beschränkt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorgenannten Probleme
des Standes der Technik gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Wellrohr zur Verfügung zu stellen, das frei von kristallinem
Kornwachstum in der Nähe eines beim elektrischen Schweißen gebildeten
Wulstbereiches ist, und das eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit
aufweist und ferner eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt.
Die vorgenannte Aufgabe kann gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung gelöst werden durch ein elektrisch verschweißtes Wellrohr, das aus
einem dünnwandigen Bandmaterial aus einem rostfreien Stahl vom Ferrittyp
gebildet wird, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-%
Si enthält, sowie gemäß einem zweiten Aspekt durch ein elektrisch
verschweißtes Wellrohr, das aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus
rostfreiem Stahl vom Ferrittyp gebildet wird, der nicht weniger als 1 Gew.-%
und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält und eine Plattierungsschicht vom Ni-
Typ auf wenigstens einer Oberfläche aufweist.
Das Wellrohr gemäß der vorliegenden Erfindung wird erhalten, indem ein
Rohr aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-
Typ gebildet wird, das nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3
Gew.-% Si enthält, beispielsweise durch Wellformen und dann elektrisches
Verschweißen, um einen zylindrischen Körper zu bilden und sodann die
Wellherstellung vorzunehmen.
Der Si-Gehalt ist begrenzt auf nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als
3 Gew.-%, da ein kristallines Kornwachstum nicht wirksam unterdrückt
werden kann, wenn das Si zu weniger als 1 Gew.-% enthalten ist, wodurch ein
axialer Bruch entlang des Wulstbereiches des elektrischen Schweißens beim
Ausdehnen bzw. Zusammenziehen nach dem elektrischen Schweißen oder
durch die Wellfabrikation hervorgerufen wird. Wenn andererseits das Si 3
Gew.-% übersteigt, so verliert das Matrixmaterial seine Dehnbarkeit, so daß
eine große Herstellungsrate nicht mehr erzielt werden kann. Das Si liegt
vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 Gew.-%, um das kristalline Kornwachstum
zu unterdrücken, ein Aufbrechen im Wulstbereich des elektrischen Schweißens
zu verhindern und um eine hohe Herstellungsrate zu erzielen.
Während die zuvor erwähnte Zusammensetzung eine hinreichende
Dauerhaftigkeit bei der gewöhnlichen Verwendung vorgibt, ist es bevorzugt,
die Korrosionsbeständigkeit bei einer Verwendung in einer korrosiven
Umgebung zu verbessern, indem eine Ni-Plattierungsschicht durch elektrische
Plattierung oder chemische Plattierung aufgebracht wird, die eine geringe
Menge an P oder B auf einer oder beiden Oberflächen enthält, wobei sich die
Dicke der Plattierung vorzugsweise zwischen 2,0 µm und 15 µm bewegt.
Wenn die Dicke der Plattierungsschicht geringer als 2,0 µm ist, so kann die
Korrosionsbeständigkeit nicht verbessert werden. Wenn sie andererseits 15 µm
übersteigt, so kann kein weiterer Effekt hinsichtlich der Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit erwartet werden und die Plattierungsschicht kann
möglicherweise ein Aufbrechen oder Abblättern bei der nachfolgenden
Wellfabrikation oder Biegedeformation während der Benutzung hervorrufen.
Die Form eines gewellten Teiles wird mit einem U-förmigen oder Ω-förmigen
Querschnitt ausgebildet und eine spiralförmige oder ringförmige Struktur
hergestellt, um einen gewellten Teil mit einem Höhenverhältnis von 1 : 1,1 bis
1,5 relativ zum Durchmesser des Rohrrohlings (zylindrisches Gehäuse) zu
erhalten.
Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Wellrohr gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt, wobei
Fig. 1(a) eine Querschnittsansicht in einem zentralen Teil ist und
Fig. 1(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1(a) ist.
Gemäß der Zeichnung weist ein Wellrohr 1 einen zylindrischen Körper 2 und
einen gewellten Teil 3 auf und besitzt einen Rohrdurchmesser von ungefähr 8
mm bis 100 mm, eine Wanddicke von 0,2 mm bis 1,0 mm, eine Höhe des
gewellten Teils von 1,2 mm bis 15,0 mm und eine Steigung von 2,0 mm bis
25 mm. Es wird aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl
vom Ferrit-Typ hergestellt, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als
3 Gew.-% Si enthält, indem es elektrisch zu einem zylindrischen Körper
verschweißt und sodann beispielsweise durch Wellformen oder
Flüssigkeitsdruck-Formen einer Wellfabrikation unterzogen wird.
Ein Bandmaterial, hergestellt aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, basierend
auf SUS 405, wird auf eine Breite von 53,4 mm und eine Wanddicke von
0,4 mm geschnitten und so behandelt, daß es eine Si-Konzentration von 2, 1
Gew.-% enthält. Durch Wellformen wird ein Rohr gebildet und sodann
elektrisch verschweißt, um einen zylindrischen Körper von 17 mm
Rohrdurchmesser zu bilden. Sodann wird eine Wellfabrikation durch
Wellformen des zylindrischen Körpers vorgenommen, um einen gewellten Teil
mit einer Höhe von 3,0 mm und einer Wellsteigung von 5,0 mm zu bilden.
Das so erhaltene Wellrohr wird auf eine Länge von 300 mm geschnitten, an
einem Ende durch einen Dorn gehalten und an dem anderen Ende zwischen
einem Paar von Rollen ergriffen, und es wird ein Biege-Verschleißtest mit
einer Biegefrequenz von 1200 mal pro Minute in einer horizontalen Richtung
durchgeführt, um einen rechten Winkel, bezogen auf die axiale Linie des
gewellten Rohres hervorzurufen, während ein Verbrennungs-Abgas auf 500°C
durch einen Brenner aufgeheizt der Innenseite zugeführt wird und Luft mit
20°C auf die äußere Umfangsfläche geblasen wird. Im Ergebnis beträgt der
Verschleiß-Grenzwert 64,1 MPa und es tritt kein Bruch auf.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, basierend auf SUS 405,
wie in Beispiel 1, wird so behandelt, daß es 2,7 Gew.-% Si enthält, auf die
gleiche Breite zugeschnitten und hat die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1.
Es wird elektrisch verschweißt und der gleichen Wellrohrfabrikation wie in
Beispiel 1 unterzogen und sodann der gleiche Biege-Verschleißtest wie in
Beispiel 1 ausgeführt.
Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-Grenzwert 62,1 MPa und es tritt kein
Bruch auf.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, basierend auf SUS 405,
wie in Beispiel 1, wird so behandelt, daß es 1,5 Gew.-% Si enthält und auf die
gleiche Breite geschnitten und besitzt die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1.
Es wird elektrisch verschweißt, um einen zylindrischen Körper zu bilden, und
es wird eine Ni-Plattierungsschicht von 10 µm Dicke elektrisch auf der
Außenfläche unter Verwendung eines Ni-Plattierungsbades gebildet, das
NiSO₄, NiCl₂ und H₃BO₃ aufweist. Sodann wird nach Durchführung der
gleichen Wellfabrikation wie in Beispiel 1 der gleiche Biege-Verschleißtest wie
in Beispiel 1 durchgeführt.
Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-Grenzwert 65,1 MPa und es tritt kein
Bruch auf.
Sodann werden fünf Testproben präpariert, indem das erhaltene Wellrohr
jeweils in eine Länge von 150 mm geschnitten wird. Nach Aufheizen der fünf
Testrohre in einer Heizvorrichtung (Ofen) bei 250°C während 2 Stunden
werden sie 2 Stunden bei Raumtemperatur belassen, sodann für 2 Stunden in
eine Korrosionsflüssigkeit eingetaucht, die 1000 mg/l NH₄NO₃, 70 mg/l
(NH₄)₂SO₄, 40 mg/l NH₄Cl und 450 mg/l HCHO (80°C ± 5°C) aufweist,
dann 2 Stunden bei Raumtemperatur belassen, wiederum für 2 Stunden in die
gleiche Korrosionsflüssigkeit wie zuvor eingetaucht und sodann 14 Stunden bei
Raumtemperatur belassen. Wenn ein Korrosions-Beständigkeitstest so
durchgeführt wird, daß er die zuvor erwähnten Schritte als einen Zyklus
aufweist, so wird roter Rost nach Ablauf von 8 Zyklen (mittlere Anzahl von
Zyklen) gebildet.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ aus SUS 405, das
weniger als 1 Gew.-% Si enthält und auf die gleiche Größe geschnitten wird
und die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1 besitzt, wird elektrisch
verschweißt, um einen zylindrischen Körper zu bilden.
Der so erhaltene zylindrische Körper hat jedoch kristallines Kornwachstum in
der Nähe des Wulstbereiches, was einen axialen Bruch bei der plastischen
Fabrikation, wie beispielsweise der Ausdehnung und dem Zusammenziehen
nach dem elektrischen Verschweißen verursachte, und ein solcher Bruch wurde
ebenfalls hervorgerufen bei der Wellfabrikation unter Verwendung des
Zylinders, ohne daß er der plastischen Fabrikation unterzogen wurde, wobei
die Formung eines Wellrohres nicht gelingt.
Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom gewöhnlichen austenitischen Typ
aus SUS 304 wird auf die gleiche Breite zurechtgeschnitten und besitzt die
gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1. Es wird elektrisch verschweißt und der
gleichen Wellfabrikation wie in Beispiel 1 und sodann dem gleichen Biegetest
wie in Beispiel 1 unterzogen.
Im Ergebnis ist der Verschleiß-Grenzwert 52,3 MPa.
Fünf Muster werden präpariert, indem das Wellrohr der gleichen Größe, das
unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erhalten wird, jeweils auf
eine Länge von 150 mm geschnitten wird. Wenn der gleiche Korrosions-
Beständigkeitstest wie in Beispiel 3 für die Musterrohre durchgeführt wird, so
wird roter Rost nach dem Ablauf von zwei Zyklen (mittlere Anzahl von
Zyklen) gebildet.
Wie zuvor gemaß der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist, da
das Wellrohr durch elektrisches Verschweißen von rostfreiem Stahlmaterial
vom Ferrit-Typ gebildet wird, das nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr
als 3 Gew.-% Si enthält, die Temperaturdifferenz zwischen den Innen- und
Außenflächen aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit gering und die
thermischen Spannungen sind nur geringfügig, und es entsteht kein kristallines
Kornwachstum in der Nähe des Wulstbereiches beim elektrischen Schweißen
und kein Bruch bei der Wellrohrherstellung. Somit ist das Wellrohr
ausgezeichnet in seiner mechanischen Festigkeit und zeigt zusätzlich eine
ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bezüglich eines korrosiven, innen
befindlichen Fluids oder der Außenatmosphäre, da eine Plattierungsschicht der
Ni-Reihe auf wenigstens einer Oberfläche vorgesehen wird.
Claims (9)
1. Wellrohr, gebildet durch elektrisches Verschweißen eines dünnwandigen
Bandmaterials aus einem rostfreien Stahl vom Ferrit-Typ, der nicht
weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält.
2. Wellrohr nach Anspruch 1, wobei der Si-Gehalt zwischen 1,5 und 2,5
Gew.-% liegt.
3. Wellrohr nach Anspruch 1, wobei eine Plattierungsschicht vom Ni-Typ
auf wenigstens einer Oberfläche des Bandmaterials aus rostfreiem Stahl
vom Ferrit-Typ vorgesehen ist.
4. Wellrohr nach Anspruch 3, wobei die Dicke der Ni-Plattierungsschicht
zwischen 0,2 µm und 15 µm liegt.
5. Wellrohr nach Anspruch 1, wobei der gewellte Teil im wesentlichen in
einer U-formigen oder Ω-förmigen Querschnittskonfiguration
ausgebildet ist, als Spiral- oder Ringkonfiguration geformt ist und eine
Höhe in einem Verhältnis von 1 : 1,1 bis 1,5 relativ zum Durchmesser
des Rohrrohlings (zylindrischer Körper) besitzt.
6. Wellrohr, gebildet durch elektrisches Verschweißen eines dünnwandigen
Bandmaterials aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, der nicht weniger
als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält und eine Ni-
Plattierungsschicht auf wenigstens einer Oberfläche aufweist.
7. Wellrohr nach Anspruch 6, wobei der Si-Gehalt zwischen 1,5 und
2,5 Gew.-% liegt.
8. Wellrohr nach Anspruch 6, wobei die Dicke der Ni-Plattierungsschicht
zwischen 2,0 µm und 15 µm liegt.
9. Wellrohr nach Anspruch 6, wobei der gewellte Teil im wesentlichen in
einer U-förmigen oder Ω-förmigen Querschnittskonfiguration
ausgebildet ist, als Spiral- oder Ringkonfiguration geformt ist und eine
Höhe in einem Verhältnis von 1 : 1,1 bis 1,5 relativ zum Durchmesser
des Rohrrohlings (zylindrischer Körper) besitzt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130702 |