DE2146423C3 - Vorrichtung zum Spannungsfreiglühen der Schweißzone endlos geschweißter Metallrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannungsfreiglühen der Schweißzone endlos geschweißter Metallrohre, mit einer Reihe von langgestreckten, in Laufrichtung des Rohres hinter einer Schweißstation angeordneten Induktionsköpfen, die auf die Schweißnaht mittig ausrichtbar sind.

Bei Stahlrohren, die aus endlosen Stahlbändern hergestellt werden, indem man diese durch geeignete Rollen zu einem Schlitzrohr verformt, dessen Ränder in einer Schweißstation beispielsweise durch Induktionserwärmung mittels Hochfrequenz miteinander verschweißt werden, ist es bekanntlich erforderlich, die Schweißzone auszuglühen, das heißt spannungsfrei zu glühen, um eine gleichmäßige Elastizitätsgrenze im ganzen Rohr zu erzielen. Dieses Ausglühen besteht darin, daß man die Schweißzone während einer genügend langen Zeitspanne auf einer bestimmten höheren und konstanten Temperatur hält. Zu diesem Zweck erwärmt man die Schweißzone durch eine Reihe langgestreckter Induktionsköpfc, die auf die Schweißnaht derart mittig ausgerichtet sind, daß nach ihren beiden Seiten hin die Temperatür symmetrisch abnimmt. Diese Induktionsköpfe müssen ausreichend nahe beieinander und in ausreichend eroßer Anzahl angeordnet sein, damit die Erwärmung gleichmäßig ist und eine ausreichende Zeit die erforderliche Temperatur erhalten bleibt, was von der Durchlaufgeschwindigkeit des Rohres abhängt.

Es ist auch bekannt, daß namentlich auf Grund der Tatsache, daß das Ausgangsstahlband nicht völlig gerade ist und dazu neigt, säbelförmig zu verlaufen, eine mehr oder minder ausgeprägte Verwindung der Schweißnaht auftritt, d. h., daß diese in einer gewissen Entfernung von der Schweißstation sich nicht mehr in der durch die Rohrachse gehenden Vertikalcbenc befindet. Auf Grund dieser Verwindung, die auf einer Länge von mehreren Metern mehrere Zentimeter erreichen kann, befindet sich die Schweißzone außerhalb der Erwärmungszonen der letzten Induktionsköpfe.

Weiterhin verursacht das Schweißen einen Temperaturgradienlcn symmetrisch zur Schweißstelle. Dieser Gradient nimmt mit der Zeit ab, aber die gespeicherte Wärme sorgt dafür, daß beim Auftreten einer Verwindung die in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse gemessene Temperturkurve im Hinblick auf die fest angeordneten Induktionsköpfe nach dem Durchlauf unter diesen nicht mehr symmetrisch ist. Das hat zur Folge, daß das zur Temperaturkontrolle eingesetzte Strahlungspyrometer, das nicht mehr die Schweißnaht anvisiert, eine falsche Temperatur anzeigt, selbst wenn die Induktionsköpfc eine gegenüber der Schweißnaht verlagerte Zone gleichmäßig erwärmen.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, hat man schon vorgeschlagen, die Induktionsköpfe horizontal zu verschieben, d. h. in einer Ebene parallel zur Tangentialebene der obersten Mantellinie des Rohrs, um zu versuchen, daß die Wärme mittig zur Schweißnaht zugeführt wird. Diese einfache Lösung reicht aber nicht aus, wenn die Schweißnaht sich erheblich von der obersten Mantellinie des Rohrs entfernt, da dann die Erwärmung dennoch unsymmetrisch wird und die höchste Temperatur nicht mehr in der Mitte der Schweißnaht auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Wärmezufuhr regelmäßig und mittig zur Schweißnaht erfolgt, ohne Rücksicht auf eine verhältnismäßig bedeutsame und veränderliche Verwindung derselben.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Induktionskopf auf einem Support angeordnet ist, der durch an einem ortsfesten Rahmen befestigte Führungen auf einer Kreisbahn um die Längsachse des Metallrohres schwenkbar gelagert ist, und daß zum Schwenken des Supports in die Winkelstellung der Schweißnaht ein Antrieb vorgesehen ist, der von einer ersten Steuereinrichtung gesteuert wird, die aufgrund der sich beim Schwenken ändernden Meßwerte zweier an einer dem Induktionskopf benachbarten Bezugsstelle des Supports auf verschiedenen Seiten der Schweißnaht gelagerter Temperaturfühler so lange die Stellgröße für den Antrieb liefert, bis die Meßwerte beider Temperaturfühler übereinstimmen. Dadurch wird erreicht, die Verschwenkung der einzelnen Induktionsköpfe durch die jeweilige Lage der Schweißnaht selbst gelenkt wird, weshalb die Wärmezufuhr für das Spannungsfreiglühen der Schweißzone stets symmetrisch zur Schweißnaht erfolgt, was eine entsprechend gleichmäßige Glühbehandlung und damit gleiche Eigenschaften der beiderseits der Schweißnaht gelegenen Abschnitte der

Schweißzone zur Folge hat, und zwar in jedem Falle unabhängig von dem tatsächlichen Verlauf der Schweißnaht in bezug auf eine feststehende Bezugsebene, wie z. B. der durch die Rohrachse hindurchgehenden Vertikalebene. Man macht sich also in vor- teilhafter Weise den Temperaturgradienten der Schweißzone zunutze, der dort aufgrund der vom Schweißen her gespeicherten Wärme vorhanden ist. Dieser Temperaturgradient liefert einen einfach erfaßbaren Parameter für die Winkellage der Schweiß- zone und damit ein einfaches und sicheres Mittel für die Steuerung der Schwenkbewegung der einzelnen Induktionsköpfe, zumal dieser Gradient oder die Temperaturverteiiung auch beim Durchlauf des Rohres unter aufeinanderfolgenden Induktionsköpfen hindurch aufgrund deren Nachführung seine symmetrische Lage beiderseits der Schweißnaht beibehält. Vorteilhaft ist dabei insbesondere, daß zwischen den Temperaturfühlern und dem Metallrohr kein mechanischer Kontakt besteht, daß die Regelung auch bei »o Temperaturen der Schweißzone wirksam ist, die über der Curietemperatur des Rohr- und Schweißmaterials liegt, während bei magnetischem Abfühlen in diesem Falle eine Regelung unmöglich wäre, daß die Ausrichtung präzise ist, weil das Temperatur-Winkel-Diagramm eine ausgeprägte Spitze aufweist, daß an sich bekannte Mittel wie Temperaturfühler eingesetzt werden, deren andererweitiger Gebrauch gängig ist, und daß man vom Material des Metallrohres unabhängig ist, die Vorrichtung also auch zum Spaa- nungsfreiglühen der Schweißzone endlos geschweißter Metallrohre, die nicht aus Stahl oder einem Material mit bestimmten magnetischen Eigenschaften bestehen, verwendbar ist.

Demgegenüber ist es aus der DT-PS 901 578 nur bekannt, zur Steuerung einer Schweißmaschine für mehrschichtige Rohre eine von der Glühfarbe bzw. der Helligkeit des in Schweißhitze befindlichen, aus mehreren konzentrischen Schichten bestehenden Rohres gesteuerte lichtelektrische Zelle zu verwenden, die zur Regelung der Schweißstromstärke dient. Dabei macht man sich den Umstand zunutze, daß die Intensität der Strahlung bei ein und demselben Körper von dessen Temperatur abhängt. Es soll also nur die Schweißtemperatur des mehrschichtigen Rohres gesteuert werden.

Es ist aus der DT-AS 12 21 745 auch eine Schweißkopf-Steuereinrichtung für Schraubennahtrohrwerke bekannt, welche ein mechanisch arbeitendes Fühlerelement aufweist, das auf einer der zur Schweißstelle des Schweißkopfes zulaufenden Wandkanten des Rohres gleitet, so daß Auswanderungen dieser Kante in Umfangsrichtung eine Kontaktgabe mit einem der beiden Kontakte eines MikroUmschalters bewirken, als dessen Schalthebel das Fühlerelement dient. Der Schweißkopf ist nur quer zur Schweißnaht längs einer geraden Linie verschiebbar, und auch das Fühlerelement dient nur dazu, den Schweißkopf automatisch nach dem Schlitz des Schraubenrohres zu führen. Die bekannte Steuereinrichtung kann daher bereits geschweißten Rohren nicht verwendet werden und wäre auch nicht feinfühlig genug, da ihr Meßglied mechanisch arbeitet.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles der Vorrichtung gemäß der Erfindung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. ! eine Seitenansicht einer Ausführungsforrn, F i g. 2 eine Vorderansicht der Ausführungsform,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht auf ein Rohrstück mit schematisch eingezeichneter Schweißstation und mit ebenfalls schematisch eingezeichneten Induktionsköpfen der Ausführungsform,

Fig.4 Temperaturverteilungskurven in einem ausschnittweise dargestellten Querschnitt eines geschweißten Rohres beim Durchlauf durch eine Schweißstation und unter mehreren Induktionsköpfen.

Im folgenden wird an Hand der Fig. 1 und 2 der Aufbau einer Vorrichtung zum Spannungsfreiglühen der Schweißzone endlos geschweißter Metallrohre dargestellt. Das Ausglühen wird mit Hilfe eines Induktionskopfes 2 ausgeführt, der zusammen mit seinem in einem Gehäuse 3 untergebrachten Zubehör auf einem Support 7 verschiebbar angeordnet ist. Die Gesamtheit von Induktionskopf 2 und Gehäuse 3 kann gegenüber dem Support 7 einerseits durch eine Schraubenwinde 6 und andererseits durch eine Hydraulikwinde 5 verschoben werden. Die Schraubenwinde 6 ist einerseits am Support 7 und andererseits an der Hydraulikwinde befestigt. Letztere ist mit der Schraubenwinde 6 mechanisch gekoppelt und am Gelenkpunkt 4 mit dem Gehäuse 3 verbunden.

Die Schraubenwinde 6 erlaubt es. falls die Kolbenstange der Hydraulikwinde 5 ganz eingezogen ist, den Luftspalt zwischen dem Induktionskopf 2 und einem Rohr 1 einzustellen, und zwar in Abhängigkeil von dem Außendurchrnesser des Rohres.

Die mit der Schraubenwinde 6 gekoppelte Hydrau-Iikwindc5 ist dafür vorgesehen, um beispielsweise bei einer Fabrikationsstörung ein Schnellabheben des Induktionskoples 2 vom Rohr 1 zu ermöglichen.

Außerdem ist der Support 7 mit Rollen 10 und 11 versehen, welche sich in kreisbogenförmig verlaufenden Führungen 9 bewegen. Diese Führungen bilden Teile eines Stuhles 8, der auf Führungsschienen 12 verschiebbar gelagert ist und durch eine Schraubenwinde 13 auf und ab verschoben werden kann. Durch eine Betätigung der Schraubenwinde 13 kann man die Achse der kreisbogenförmig verlaufenden Führungen 9 mit der Längsachse des Rohres 1 in Übereinstimmung bringen, gleichgültig wie groß dessen Durchmesser ist.

Neben den der Einstellung dienenden Schraubenwinden 6 und 13 ist noch eine Schraubenwinde 14 vorgesehen, die auf dem Stuhl 8 angeordnet ist und im Gelenkpunkt 15 mit dem Support 7 gelenkig verbunden ist. Diese durch einen Antriebsmotor 14 a betätigte Schraubenwinde 14 dient der Bewegung der Rollen 10 und 11 des Support 7 längs der Führungen 9 des Stuhles 8. Auf diese Weise schwenken der Support 9 und alle daran befestigten Teile, insbesondere der Induktionskopf 2, um die Schwenkachse der kreisbogenförmig verlaufenden Führungen 9 und dadurch wiederum um die Längsachse des Rohres 1, die mit jener zusammenfällt.

Auf diese Weise kann die Gesamtheit des Induktionskopfes 2, des Gehäuses 3 und des Supportes 7 auf beiden Seiten der obersten Mantellinie des Rohres 1 so verschwenkt werden, daß der Induktionskopf 2 mittig zur Schweißnaht ausgerichtet bleibt, gleichgültig, welche Verlagerung sie im Laufe der Fertigung erfährt, so daß stets ein gleichbleibender Luftspalt erhalten bleibt.

Vorzugsweise ordnet man einen Rahmen 16 verschiebbar an, auf dem der Stuh' 8, der Support 7 und uäüiii das Gehäuse 3 und der Induktinns'knr-t 2 an-

geordnet sind, so daß er unter der Wirkung einer Hydraulikwinde 20 aus dem Arbeitsbereich herausgefahren werden kann. Zu diesem Zweck weist der Rahmen 16 Räder 17 und 18 auf. die auf Schienen 19 laufen.

Im allgemeinen wird eine Fertigungsstraße mehrere aufeinanderfolgende Stationen mit Induktionsköpfen zum Glühen der Schweißzone aufweisen, uie derjenigen gemäß F i g. 1 und 2 gleich sind. Das ist in Fig. 3 angedeutet, in der mit 21 ein Hochfrcquenz-Induktionskopf einer Schweißstation bezeichnet ist und in der beispielsweise angenommen worden ist, daß die Schweißnaht in einer Rechtsdrehung verwunden ist.

Die aufeinanderfolgenden Induktionsköpfe 22 bis 27 der Vorrichtungen zum Glühen der Schweißzone sind im gleichen Sinne wie die Schweißnaht verschwenkt, so daß ein jeder Induktionskopf mittig zur Schweißnaht ausgerichtet bleibt. Selbstverständlich hängt die Anzahl der längs der Schweißzonc angeordneten Glühvorrichtungen von der Durchlaufgeschwindigkeit des Rohres und von der erforderlichen Glühzeit ab.

Wie oben angegeben, wird die Winkellage eines jeden der Induktionsköpfe nach der Winkellage der Schweißnaht am Einlauf der jeweiligen Station gesteuert, und zwar jeweils durch die Schraubenwinde 14. Die Meßgeräte im engeren Sinne ebenso wie die übrigen für das Verschwenken erforderlichen Einrichtungen der Vorrichtungen sind nicht dargestellt worden, da sie von herkömmlicher Bauart sind und zum Stand der Technik gehören.

Allgemein ordnet man vor jedem Induktionskopf einerseits eine Meßeinrichtung an, die auf die Schraubenwinde 14 einwirkt, um den Induklionskopf

ίο mittig zur Schweißnaht einzustellen, und andererseits ein bekanntes Pyrometer an, das die höchste Temperatur im rechten Winkel zur Schweißnaht mißt. Auf die letztgenannte Weise wird die Energiemenge gesteuert, die vom Induklionskopf auf das Metall des Rohres übertragen wird, um die höchste Temperatur auf dem richtigen Wert für den Gliihvorgung zu halten.

Die F i g. 4 zeigt die Teniperuturvcrteilung beiderseits der Schweißnaht beim Durchlauf des Rohres unter den aufeinanderfolgenden Induktionsköpfen hindurch, wobei die höchste Temperatur auf einem bestimmten, miltig zur Schweißnaht liegenden Wert konstant bleibt. Gleichzeitig ist die Lage der Meßgeräte angegeben, die in Form von Differcntialvisicrfernrohren Ll)₁ und LD., vorliegen, ebenso wie die Lage des Steuerpyrometers LC.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Spannungsfreiglühen der Schweißzone endlos geschweißter Metallrohre, s mit einer Reihe von langgestreckten, in Laufrichtung des Rohres hinter einer Schweißstation angeordneten Induktionsköpfen, die auf die Schweißnaht mittig ausrichtbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Induktionskopf (2) auf einem Support (7) angeordnet ist, der durch an einem ortsfesten Rahmen (16) befestigte Führungen (9) auf einer Kreisbahn um die Längsachse des Metallrohres (1) schwenkbar gelagert ist, und daß zum Schwenken des Supports (7) in die Winkelstellung der Schweißnaht ein Antrieb (14 a) vorgesehen ist, der von einer ersten Steuereinrichtung gesteuert wird, die auf Grund der sich beim Schwenken ändernden Meßwerte zweier an einer dem Induktionskopf (2) be- nachbauen Bezugsstelle des Supports (7) auf verschiedenen Seiten der Schweißnaht gelagerter Temperaturfühler (LD₁, LD₂) so lange die Stellgröße für den Antrieb (14 a) liefert, bis die Meßwerte beidere Temperaturfühler (LD₁, LD₂) über- einstimmen.

2. Vonrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Support (7) einen weiteren Temperaturfühler (LC) aufweist, der an einer in Laufrichtung des Rohres (1) vor dem Support (7) gelegenen Stelle die Temperatur der Schweißnaht im rechten Winkel zur Längsachse des Rohres mißt, und daß eine zweite Steuerein richtung vorgesehen ist, weiche die dem Induk tionskopf zuzuführende Leistung in Abhängigkeit von der durch diesen Temperaturfühler (LC) gemessenen Temperatur der Schweißnaht steuert.