DE2033070B2 - Verfahren zum spannungsfreigluehen eines mehrlagen druckbe haelters - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Spannungsfreiglühen eines Mehrlagen-Druckbehälters mit einem aus einem durch Schweißung härtbaren Material oder aus relativ starken Platten bestehenden Mehrlagenzylinder.

Die üblichen Mehrlagen-Druckbehälter werden meistens nicht ausgeglüht oder angelassen, obwohl sie im Laufe des Herstellungsganges mitunter in Teilen geglüht werden, um sie spannungsfrei zu machen. Da ihre einzelnen, die Mehrlagenwandung bildenden Platten dünn sind und da das Plattenmaterial durch die Schweißhitze nicht nennenswert gehärtet wird, haben die üblichen Druckbehälter eine so geringe Starrheit der Schweißstellen an der Mehrlagenwandung und eine so geringe Eigenspannung, daß ein Spannungsfreiglühen nicht erforderlich ist. In gewissen Fällen, wenn für die Endplatten oder für die innerste Wandungslage ein in der Schweißhitze härtbares Material vorgesehen war, ist man so vorgegangen, daß zur Herstellung eines Behälters Mehrlagen-Zylindereinheiten in der Umfangsrichtung miteinander verschweißt wurden, worauf der Behälter zum Erhitzen von außen in einen Glühofen gegeben wurde. Eine andere übliche Verfahrensweise besteht darin, eine Behandlung des Behälters zum Schütze der äußersten Wandungslage gegen Hitzeeinwirkung vorzunehmen und dann den Behälter durch eine in geeigneter Weise vorgenommene Wärmezufuhr, beispielsweise durch Heißgasbeheizung oder durch elektrische Beheizung, von innen zu erhitzen, um ihn spannungsfrei zu machen. Noch eine weitere Möglichkeit ist die, daß man die Enden des Behälters durch Verschweißen mit einem durch die Schweißhitze nicht härtbaren Material auskleidet und hierauf nur die ausgekleideten Teile örtlich ausglüht.

Es ist bekannt, daß das Werkstück zum Entspannen je nach der Art des Materials und nach der Stärke der verarbeiteten Platten während einer vorbestimmten Zeitspanne auf einer geeigneten Glühtemperatur gehalten werden muß. Doch ist die Beziehung zwischen der Temperatur und der Glühdauer in Wirklichkeit recht kompliziert. Beim Unterschreiten wie beim Überschreiten eines bestimmten Wertes wirkt sich jeder dieser beiden Faktoren sehr nachteilig auf die Festigkeit des Materials bei normaler und bei erhöhter Temperatur aus, so daß die Beschaffenheit des Druckbehälters dann zu wünschen übrigläßt.

Bei dem bekannten Glühverfahren zeigt das Mehrlagenprofil im Vergleich zu einem Profil mit Einzellagenaufbau ein schlechtes Wärmeübertragungsverhalten beim Wärmedurchgang durch die zylindrische Wandung. Die für den Temperaturanstieg und für den Temperaturabfall der die innerste und äußerste Wandungslage bildenden Stahlplatten erforderlichen Zeitspannen divergieren stärker, als dies bei der inneren und äußeren Fläche eines Einzellagenzylinders der Fall ist, und es bereitet Schwierigkeiten, die verschiedenen Teile der inneren und äußeren Lagen mit einer dementsprechend unterschiedlichen Glühdauer zu glühen. Soll nach Beendigung der Schweißarbeiten eine Glühbehandlung vorgenommen werden, so ist es nicht möglich, gleichzeitig mit unterschiedlichen Glühtemperaturen und unterschiedlicher Glühdauer zu arbeiten, denn obwohl die Mehrlagenwandung aus relativ dünnen Platten besteht, so haben die Umfangsfugen eine von der innersten bis zur äußersten Lage durchgehende Stärke oder eine Stärke entsprechend der Gesamtstärke der miteinander verbundenen Lagen, und auch die Endplatten sind von unterschiedlicher Stärke und unterscheiden sich hierin also erheblich von der Stärke der die Mehrlagenwandung bildenden Stahlplatten. Auch werden die unteren Lagen durch die beim Auflegen der einzelnen Stahlplatten auftretenden, nach innen gerichteten Spannungskräfte zusammengedrückt, und diese zusammendrückende Kraft kann unter Umständen zu einem

ίο Eindrücken der inneren Lagen führen, wenn das Stahlmaterial beim Glühen erweicht. Bei dem Zylinder eines Druckbehälters mit einer in der Umfangsrichtung verschweißten Mehrlagenwandung ist als Nachteil die Tatsache zu verzeichnen, daß das Risiko des Eindrückens wegen der Rest- oder Eigenspannung in der Schweißstelle sogar noch größer ist.

Bei Mehrlagen-Druckbehältern mit mehreren Lagen eines durch die Schweißhitze stark härtbaren Materials, wie beispielsweise Chrommolybdänstahl, oder mit verhältnismäßig dicken Platten mit einer Stärke von mehr als 20 mm, für welche die Erfindung am besten anwendbar ist, ist das bislang praktisch vernachlässigte Ausglühen der Mehrlagenwandung heute unerläßlich. Auch hängt die Beschaffenheit eines solchen Erzeugnisses weitgehend davon ab, wie die Glühbehandlung vorgenommen wird. Aus diesen Gründen sollte die bislang übliche Verfahrensweise beim Ausglühen, die mit den vorbezeichneten Mängeln behaftet ist, in der Herstellung von Druckbehältern dieser Art aufgegeben werden.

Erfindungsgemäß ist das eingangs erwähnte Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Fertigstellen der Mehrlagen-Zylindereinheiten diese in an sich bekannter Weise ausgeglüht und miteinander verschweißt werden und daß die dabei entstehenden Schweißnähte durch örtliche Erwärmung spannungsfrei geglüht werden. Die Mehrlagen-Zylindereinheiten werden also jeweils nach Fertigstellung einzeln spannungsfrei geglüht, und nach dem Verbinden der Mehrlagen-Zylindereinheiten miteinander oder mit Endplatten durch Anbringen von Umfangssschweißnähten werden diese Umfangsschweißnähte für sich örtlich spannungsfrei geglüht.

Die Erfindung soll nachfolgend in der Anwendung als Verfahren zum Herstellen eines Mehrlagen-Druckbehälters, wie er in den Zeichnungen dargestellt ist, eingehender beschrieben werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines innersten Zylinders für einen Mehrlagen-Druckbehälter,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines Mehrlagenzylinders, der aus mehreren Lagen- oder Schichteinheiten besteht,

F i g. 3 eine Endansicht einer Mehrlagen-Zylindereinheit, die zur Glühbehandlung durch eine innere Stützvorrichtung abgestützt ist,

F i g. 4 einen Längsschnitt der fertiggestellten und an den Randkanten ausgekleideten Mehrlagen-Zylindereinheit, und

Fig. 5 eine teilgeschnittene Längsansicht eines durch Anbringen von Umfangsschweißnähten zusammengebauten Mehrlagen-Druckbehälters, wobei insbesondere die Umfangsschweißnähte und der geglühte Bereich im Schnitt dargestellt sind.

Wie im einzelnen der Darstellung der F i g. 1 zu entnehmen ist, wird ein in der Schweißhitze stark härtbares Material 1, beispielsweise ein 12 mm starkes Stahlblech, gemäß der USA.-Normvorschrift ASTM

A 387 GrD (Stahl mit 2,25% Cr und IVoMo), das als innerste Lage oder als innerster Zylinder vorgesehen ist, zu einer zylindrischen Form gebogen und bei 2 entlang der Längsfuge unter Zuhilfenahme eines Schweißstabes gemäß der japanischen Industrienorm JIS DT 2416 (Stahl mit 2,25 % Cr und 1 % Mo) verschweißt, so daß ein gerader Kreiszylinder entsteht. Erforderlichenfalls kann die Innenfläche des Zylinders mit (nicht dargestellten) rostfreiem Stahl nach ASTM A 240-63, beispielsweise vom Typ 347, ausgekleidet sein. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels ist dies der Fall, und der innerste Zylinder besteht also aus einem Material mit besonders ausgeprägter thermischer Härtbarkeit, dessen Innenfläche mit einem korrosionsbeständigen Material überzogen ist. In einem solchen Fall ist im Rahmen der Erfindung als Verfahrensschritt im Zuge des Entspannens ein Ausglühen nur des innersten Zylinders vorgesehen, das im Anschluß an die Fertigstellung des innersten Zylinders vorgenommen wird. Falls der innerste Zylinder lediglich durch ein Verschweißen in der Längsrichtung entlang der Linie 2 hergestellt ist, so ist weiter nichts erforderlich als ein örtliches Spannungsfreiglühen der Längsschweißnaht. Ist die Innenfläche des Zylinders jedoch mit einem nichtkorrodierenden Material ausgekleidet, so muß der Zylinder in einem Glühofen od. dgl. im ganzen geglüht werden. In diesem Ausführungsbeispiel wurde 2 Stunden bei 720⁰C geglüht. Je nach der Art des benutzten Materials kann das Glühen des inneren Zylinders aber unterbleiben und kann der Zylinder stattdessen anschließend zusammen mit den Mehrlagen-Zylindereinheiten geglüht werden.

Als nächstes wird über dem innersten Zylinder in der üblichen Weise ein Mehrlagenprofil aufgebaut. Ein in der Schweißhitze merklich härtbares Material, so beispielsweise eine lagenbildende Platte mit einer Stärke von 6 mm, bei der es sich um das gleiche Material wie bei dem innersten Zylinder handelt, das also der USA.-Normvorschrift ASTM A 387 GrD entspricht, wird konzentrisch in zehn Lagen oder in zehn zylindrischen Hüllen auf den innersten Zylinder aufgebracht, so daß Mehrlagen-Zylindereinheiten 7 gebildet werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist. Natürlich kann aber statt der zehn gesonderten Lagen oder Hüllen auch vorgesehen sein, eine einzelne Platte zehnmal zu wendeln oder einzurollen. Hierauf folgt als Verfahrensschritt im Zuge des in erfindungsgemäßer Weise vorgenommenen Entspannens eine Glühbehandlung der Mehrlagen-Zylindereinheiten 7. Ist das Spannungsfreiglühen des innersten Zylinders bereits voraufgegangen, so kann dieser Zylinder bei der Festlegung der hinsichtlich der Temperatur und der Zeitdauer beim Glühen einzuhaltenden Bedingungen außer Betracht bleiben, und es ist lediglich darauf zu achten, daß nachteilige Auswirkungen auf den Zylinder vermieden werden. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels wurde 2 Stunden bei 700⁰C geglüht. Werden der innerste Zylinder und die Mehrlageneinheiten gleichzeitig geglüht, so können im wesentlichen die gleichen Glühbedingungen wie Temperatur und Zeitdauer in Anwendung kommen, und es kann eine einheitliche Glühbehandlung erfolgen, da es sich bei beiden Bestandteilen um das gleiche Material handelt und da sich auch die Plattenstärken entsprechen. Falls Umstände wie die Plattenstärke der innersten Lage dies angezeigt erscheinen lassen, so muß zur Vornahme dieser Glühbehandlung eine stabile Stützvorrichtung 3 in der in F i g. 3 gezeigten Weise in den innersten Zylinder eingepaßt werden, um ein Eindrücken des Zylinders infolge der Erweichung des Stahlplattenmaterials zu verhindern. Erwünschterweise werden die beiden Enden der Mehrlagen-Zylindereinheiten 7 an den Randkanten vor dem Glühen so hergerichtet, wie dies in F i g. 4 bei 4 gezeigt ist, und werden durch Aufschweißen eines

to der japanischen Nonnvorschrift JIS DT 2416 entsprechenden Stabmaterials bei 5 ausgekleidet. Dies wirkt sich in einer Verringerung der Anomalien und der Rest- oder Eigenspannungen des Mehrlagenprofils aus_T die normalerweise durch die Umfangsverschweißung der Mehrlagen-Zylindereinheiten 7 im nächstfolgenden Verfahrensstadium hervorgerufen werden, und erleichtert demzufolge die anschließende Glühbehandlung nach erfolgter Fertigstellung.

Wie am besten aus F i g. 5 zu entnehmen ist, werden die einzelnen Mehrlagen-Zylindereinheiten 7 hierauf miteinander oder mit Endplatten 6 verschweißt, deren Material der USA.-Normvorschrift ASTM A 182 F 22 (Stahl mit 2,25 % Cr und 1 % Mo) entspricht, wobei diese Platten die Plattenendstärke von 110 mm aufweisen und als Ganzes durch Umfangsverschweißung bei 8 unter Zuhilfenahme eines Schweißstabes gemäß der japanischen Normvorschrift JIS DT 2416 angebracht werden. Nach Beendigung des eigentlichen Herstellungsganges werden nur die Umfangsschweißnähte 8 an der inneren oder äußeren Fläche oder von beiden Seiten für eine hinreichende Zeitdauer auf eine geeignete Temperatur erhitzt, was auf elektrischem Wege oder durch Heißgasbeheizung oder in ähnlicher Weise erfolgen kann.

In dieser Weise wird also das örtliche Ausglühen der Umfangsschweißnähte 8 vorgenommen, das den abschließenden Verfahrensschritt des durch die Erfindung geschaffenen Verfahrens zum Spannungsfreiglühen darstellt. Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel wurde zum örtlichen Ausglühen 2 Stunden auf eine Temperatur von 700⁰C erhitzt. Aus dem bereits genannten Grund wird auch in diesem Fall das abschließende örtliche Glühen der Umfangsschweißnähte 8 durch ein voraufgehendes Auskleiden beider Enden der Mehrlagen-Zylindereinheiten und der Endplatten erleichtert, da die Auskleidung der thermischen Verwerfung oder dem Auftreten von Eigenspannungen in dem Mehrlagenzylinder und in den Endplatten entgegenwirkt, wie sie durch die Umfangsverschweißung hervorgerufen werden.

Soll ein Mehrlagen-Druckbehälter, der aus einem thermisch stark härtbaren Material besteht, wie es bei dem obigen Beispiel in Anwendung kam, in einer nach dem Stand der Technik bekannten Weise einer Glühbehandlung unterzogen werden, so muß der durch Umfangsverschweißung hergestellte Behälter auf die eine oder andere Art als Ganzes ausgeglüht werden, da das Glühen des Mehrlagenzylinders eine unabdingbare Notwendigkeit ist. In diesem Fall muß dann der Gesamtkörper für die Zeitdauer von 10 bis 14 Stunden bei 720° C geglüht werden. Während im Rahmen der Erfindung eine Gesamtglühdauer von höchstens etwa 6 Stunden in Betracht kommt, erfordert das bekannte Verfahren hierfür also eine viel längere Zeit, die sich etwa auf das 2fache bis 2,5fache beläuft. Im Hinblick auf den Energiebedarf ist dies natürlich ein schwerwiegender Mangel der bekannten Verfahrensweise. Beachtung verdient auch die Tat-

Claims (3)

sache, daß der innerste Zylinder im Rahmen der Erfindung insgesamt für die Zeitdauer von 4 Stunden geglüht wird, nämlich 2 Stunden, wenn der innerste Zylinder als solcher geglüht wird, und weitere 2 Stunden beim Glühen der Mehrlagen-Zylindereinheiten, so daß diese dann nur für die Zeitdauer von 2 Stunden geglüht zu werden brauchen, wohingegen im Rahmen der bekannten Verfahrensweise beide Bestandteile gemeinsam für die Zeitdauer von 10 bis 14 Stunden geglüht werden müssen. Da die Festigkeitswerte des Materials mit der Glühdauer beträchtlich abnehmen, wird der Materialfestigkeitsabbau im Rahmen der Erfindung dank der im Vergleich zu dem bekannten Verfahren weit kürzeren Glühdauer auf ein Mindestmaß herabgesetzt, so daß durch die Erfindung die Herstellung von Druckbehältern ermöglicht wird, deren Druckbelastbarkeit erheblich größer ist als die der üblichen Druckbehälter. Es kommt noch hinzu, daß der innerste Zylinder im Rahmen der Erfindung zwar bei 720° C geglüht wird, der von diesem getragene Mehrlagenzylinder dagegen bei einer niedrigeren Temperatur, nämlich bei 700° C. Im Gegensatz zur üblichen Verfahrensweise, bei der ein Ausglühen des Behälters als eines Ganzen bei einer einheitlichen Temperatur von 72O0C vorgesehen ist, was also eine wesentliche Festigkeitsverringerung des Mehrlagenprofils nach sich zieht, ermöglicht die Erfindung hinsichtlich der Glühtemperatur und Glühdauer die Anwendung optimaler Bedingungen in der Behandlung der einzelnen Bestandteile des Behälters. Im Rahmen der Erfindung wird demgemäß das Problem der durch das Ausglühen bewirkten Festigkeitsverringerung des Mehrlagenprofils gänzlich ausgeschaltet, und man erhält entsprechend hochwertige Produkte. Wenngleich bei der obigen Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung von einem Material mit ausgeprägter thermischer Härtbarkeit ausgegangen wurde, so ist aber natürlich klar, daß dies keineswegs in einem das erfindungsgemäße Verfahren zum Spannungsfreiglühen einschränkenden Sinn aufzufassen ist, sondern daß das Verfahren gleichermaßen auch für übliche Baustähle Anwendung finden kann, falls die die verschiedenen Lagen bildenden Platten stark genug sind, um ein Ausglühen der Mehrlagenanordnung zu erfordern. Wie im obigen eingehend erläutert wurde, erfolgt eine Anwendung der Erfindung in der Weise, daß im Verlauf der Herstellung eines Mehrlagen-Druckbehälters, bei dem es sich um eine Zylinderanordnung mit mehreren Lagen eines thermisch stark härtbaren Materials oder eines relativ starken Plattenmaterials handelt, in Aufeinanderfolge Arbeitsgänge zur Glühbehandlung vorgenommen werden. Demgemäß wird durch die Erfindung das Problem der Uneinheitlichkeit der Glühwirkung einer Lösung zugeführt, das andernfalls durch die Unterschiede aufgeworfen wird, die in der Stärke und in der Materialbeschaffenheit des Mehrlagenprofils in Rechnung zu stellen sind, das aus übereinandergeschichteten Stahlplatten, aus Einzellagen-Endplatten und aus Umfangsschweißnähten zur Verbindung der Mehrlagen-Zylindereinheiten miteinander oder mit den Endplatten besteht. Da die einer Glühbehandlung zu unterwerfenden Bestandteile in dieser Weise jeweils für die gewünschte Zeitspanne einer erwünschten Temperatur ausgesetzt werden, sind die qualitative Beschaffenheit und die Betriebssicherheit bei den gemäß der Erfindung hergestellten Mehrlagen-Druckbehältern gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannten Produkten erhöht. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Spannungsfreiglühen eines Mehrlagen-Druckbehälters mit einem aus einem durch Schweißung härtbaren Material oder aus relativ starken Platten bestehenden Mehrlagenzylinder, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Fertigstellen der Mehrlagen-Zylindereinheiten diese in an sich bekannter Weise ausgeglüht und miteinander verschweißt werden und daß die dabei entstehenden Schweißnähte durch örtliche Erwärmung spannungsfrei geglüht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsfrei geglühten Mehrlagen-Zylindereinheiten mit einer Endplatte durch Umfangsverschweißung verbunden und diese Umfangsschweißnaht spannungsfrei geglüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zum spannungsfreien Glühen eines Mehrlagen-Druckbehälters, bei dem die erste Zylindereinheit entlang einer Längsfuge geschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Zylindereinheit vor dem Aufbringen der Mehrlagen-Zylindereinheit spannungsfrei geglüht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen