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WALZWERK ZUR SPIRALROHR-HERSTELLUNG Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Ausrüstungen zur Spiralrohr-Herstellung und genauer auf Walzwerke für die
Spiralrohr-Herstellung.
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Die Erfindung wird zweckmäßigerweise zur Herstellung von Gas- und
Erdöllleitungrohren angewandt.
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Außerdem kann die Erfindung beim Herstellen von zylindrischen Hüllen,
breiten Metallbändern usw. zur Anwendung gelangen.
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bs ist ein Walzwerk ur Spiralrohr-0Ierstellung bekannt, das eine
Vorrichtung zum Formen des Rohrs durch ßpiralförmiges Wickelneines Streifens, eine
Vorrichtung zum Preßschweißen der zusammenstoßenden Kanten des Streifens
und
des aus ihm geformten Rohrs sowie ein Werk, das dazu ent, den Streifen beim spiralförmigen
Formen desselben und beim Schweißen der zusammenstoßenden Kanten des Streifens sowie
des aus ihm geformten Rohrs in der vorgesehenen Lage zu halten, besitzt. (BRD-Patent
Nr. 920485, £1.7 b 9/01).
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Die Vorrichtung zum Formen des Rohrs durch spiralförmiges Wickelneines
Streifens enthält beim bekannten Walzwerk einen rotierenden Dorn, der sich innerhalb
des zu formenden Rohrs befindet, und Walzen, welche das Band an den Dorn anpressen.
Die Walzenachsen stehen senkrecht zur Bewegungarichtung des Streifens.
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Es ist, um Streifen und Rohr beim Schweißen in der vorgesehenen lage
zu halten sowie um die Schweißnaht zusammenzupressen, eine Rolle vorgesehen, gegen
die sich die Außenkante des Streifens abstützt. Die ixialkomponente der die Schweißnaht
zusammenpressan(ien Kraft entsteht durch Reibung bei der Verschiebung des zu formenden
Rohrs längs des Dorns. Die liadialkomponente dieser Kraft wird durch die Schweißrolle
(Elektrode) erzeugt.
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Die erwähnte Vorrichtung besitzt eine Reihe von Nachteilen. Vor allem
hangt die Axialkomponente der Zusammenpreßkraft von sogar unbedeutenden kohrdurchmesseränderungen
ab, die in ester Linie durch Abweichungen der geometrischen Streifenabmessungen
von den gegebenen hervorgerufen werden.
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Es ist auch äußerst schwierig, das Rohr aus einem Streifen zu schweißen.
der nicht vollkommen gerade, soniern z. B säbelförmig, ist.
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Es ist schwer bei der erwähnten Vorrichtung HF-Schweißung zu verwenden,
da der innenliegende Dorn den Spalt zwischen den zusammenstoßenden Kanten beim Schweißen
abschirmt, was außerst ungleichmäßiges Erwärmen dieser Kanten zur Folge hat.
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Außerdem maß beim Übergang auf die Herstellung von Rohren mit einem
anderen Durchmesser der Dorn durch einen andern ersetzt werden, der dem Durchmesser
des hersustellenden Rohrs entspricht.
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Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die obenerwähnten Nachteile
zu beseitigen.
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Der i;rfindung liegt die Aufgabe zugrunde. ein solches Walzwerk zur
Spiralrohr-llerstellung zu schaffen, welches die Verwendung von HF-Schweißung ermöglicht,
deren Vorteile in hoher Schweißnahtgüte, großer Produktivität und Wfrte schaftlichkeit
sowie in der Möglichkeit bestehen, verschiedene Stahlsorten und Legierungen, die
auf der Basis von Eisen- und Buntmetallen erzeugt sind, zu schweißen.
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Die gestellte Aufgabe wird durch ein Walzwerk für die Spiralrohr-Herstellung
gelöst, das die folgenden Baugruppen enthält: Vorrichtung zum Formen des Rohrs durch
spiralförmiges Wickeleines Streifens; Vorrichtung zum
Preßschweißen
der zusarnmenstoßenden Kanten des Streifens und des aus ihm geformten Rohrs; Werk,
das dazu dient, den Streifen beim spiralförmigen Formen desselben und beim Schweißen
der zusammenstoßenden Kanten des Streifens sowie des aus ihm geformten Rohrs in
der vorgesehenen Iage zu halten, wobei erfindungsgemäß im Walzwerk die Vorrichtung
zum Formen des Rohrs mindestens zwei Walzenpaare enthält, die in Verschiebungsrichtung
des Streifens einander so gegenüberliegen, daß die Walzenoberflächen als Fuhrungen
der zusammenstoß enden und zusammenzuschweiß enden Kanten dienen und daß hierbei
in jedem Walzenpaar eine Walze außerhalb und eine innerhalb des zu formenden Rohrs
angeordnet ist sowie die geometrischen Achsen der außenliegenden Walzen senkrecht
zur Bewegungsrichtung des Streifens stehen und die geometrischen Achsen der innenliegenden
Walzen unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung des Rohrs liegen, der kleiner als
der Winkel ist, welcher durch die Achse der außenliegenden Walzen und die Bewegungsrichtung
des Rohrs gebildet wird.
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Zweckmäßigerweise wird die Vorrichtung zum Formen des Rohrs mit einem
Werk ausgeführt, durch .das während des Schweißens ein Walzenpaar in bezug aut das
andere in der Richtung versetzt wird, die senkrecht zur Verschiebungsebene des Streifens
steht, um auf diese Weise das Ändern des Durchmessers des zu formenden Rohrs regeln
zu können.
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Das Walzwerk kann mit einem Werk für die erwähnte Versetzung ausgefrrrt
werden, welches zwei Wellen enthält, wobei auf einer von ihnen die innenliegenden
Walzen und auf der anderen die außenliegenden Walzen aufgesetzt sind, sowie Exzenterbuchsen
besitzt, welche auf den erwähnten Wellen sitzen, wobei die Walzen des einen Paars
auf den Wellen und die Walzen des andern Paars auf den Exzenterbuchsen angeordnet
sind, sowie außerdem einen Antrieb hat, um die Exzenterbuchsen beim Einstellen synchron
zu drehen.
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Zweckmäßigerweise wird bei dem Walzwerk die Anordnung der innen-
und außenliegenden Walzen und die Form ihrer Oberflächen so gewählt, daß der Spalt
zwischen den Walzen aer Streifendicke entspricht und das Profil des zu formendem
Rohrs erzeugt.
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Es werden, um etwaige Querschnitsverminderung der Schweißnaht zu
vermeiden, die Walzenoberflächen, welche direkt an der Streifen- und Rohrkante an
ihrer Schweißsteile anliegen, kegelförmig ausgeführt.
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luachstehend wird die vorliegende Erfindung durch ein konkretes Austiinrungsbeispie
1 derselben und beiliegende Zeichnungen erläutert; es zeigt Fig.1 in schematischer
Darstellung die relative Anordnung der Walswerk-Arbeitsorgane, durch die das späterhin
zu
schweißende Spiralrohr geformt wird, Fig.2 eine Ansicht gemäß Pfeil A der Fig.1,
Fig.3 einen Querschnitt der Schweißnaht, wenn die zusammenstoßenden Streifen und
Rohrkanten nicht versetzt sind, Fig.4 einen Querschnitt der Schweißnaht, wenn nach
außen gerichtete Versetzung des Streifens. in bezug auf das Rohr vorgesehen ist,
Fig. 5 einen Querschnitt der Schweißnaht, wenn nach ihnen gerichtete Versetzung
des Streifens in bezug auf das Rohr vorgesehen ist, und Fig.6 einen Längsschnitt
des Werks zum Versetzen während des Schweißens eines Walzenpaars in bezug auf das
Das Walzwerk für Spiralrohr-Herstellung besteht aus einer Reihe hintereinander in
Richtung des Arbeitsablaufs angeordneten Vorrichtungen und Werken einschließlich
des Werks zum Vorbereiten des Streifens zum darauffolgenden spiralförmigen Formen
desselben zu einem Rohr, des Werks, das dazu dient, den Streifen beim spiralförmigen
Formen zu einem Rohr und beim Schweißen der zusammenstoßenden Kanten des Streifens
sowie des aus ihm geformten Rohrs in der vorgesehenen Lage zu halten, der Vorrichtung
zum Formen des Rohrs durch spiralförmiges Wickeln des Streifens,
der
Vorrichtung zum Preßschweißen der zusammenstoßenden Streifenkanten und zum Formen
des Rohrs sowie der Vorrichtung zum Zerschneiden und darauffolgenden Bearbeiten
der geschweißten Rohre.
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Die Vorrichtung zum Formen des Rohrs durch spiralförmiges Wickeln
eines Streifens enthält zwei Walzenpaare 1 und 2 (Fig.1), die einander gegenüber
angeordnet sind. Bei jedem Walzenpaar befindet sich die Walze 3 bzw.4 innerhalb
des zu formenden Rohrs 5 und die andere Walze 6 bzw.? außerhalb desselben.
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Die Walzen 3 und 6 des Walzenpaars 1 und die Walzen 4 und 7 des anderen
Paars 2 sind so angeordnet, daß der Spalt zwischen ihren Oberflächen der Dicke des
Streifens 8 entspricht. Die außenliegenden Walzen stehen senkrecht zur Bewegtingsn.chtung
des Streifens 8 und des aus ihm zu formenden Rohrs 5. Hierbei bilden die geometrischen
Achsen 9 und 10 der außenliegenden Walzen 6, 7 mit der Bewegungsrichtung des zu
formenden Rohrs 5 einen spitzen Winkel 7".
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Die Achsen 11 und 12 der innenliegenden Walzen bilden ebenfalls mit
der Bewegungsrichtung des zu formenden Rohrs einen spitzen Winkel und zwar den Winkel-
'2 , der kleiner als Winkel 's " ist, welcher durch die außenliegenden Walzen gebildet
wird. Die Obertlächentor der Walzen 3, 4, 6, 7 und die Anordnung der Achsen 11,
12 der innenliegenden
Walzen 3, 4 in bezug auf die Achsen 9, 10
der außenliegenden Walzen 6, 7 sind so gewählt, daß der Spalt zwischen den Walzen
sich zwischen den Zylinderflächen 13 und 14 (Fig.2) befindet; welche der Außenfläche
und der Innenfläche des zu schweißenden (su formenden) Rohrs 5 entsprechen. Die
Walzen 3, 4 liegen derartig gegenüber den Walzen 6, 7, daß die Oberflächen der erwähnten
Walzen als Führungen dienen, welche die vorbestimmte relative Lage der Schweißkanten
16, 17 des Rohrs 5 bzw. des Streifens 8 an der Schweißstelle 15 (Fig.1) gewährleisten,
wobei ein Walzenpaar'und zwar Paar 2 als Führung für die Rohrwand und das Paar 1
als ixührung für den Streifen dient..
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Mindestens eine Walze besitzt einen (nicht abgebildeten) Antrieb,
doch ..besser werden alle Walzen mit Antrieben versehen, um den \Torncliub des Streifens
und des Rohrs während des Formens und Schweißens sicherzustellen. Die Vorrichtung
zum Formen des Rohrs hat (aus der Zeichnung nicht ersichtliche) Werke, die für den
Stauchdruck in Streifen- und Rohrkanten sorgen. Diese Werke sind kinematisch mindestens
mit einer der Walzen jedes Paars verbunden und schieben die Walzen jedes Paars derartig
aufeinander zu, daß bei der Bewegung des Streifens 8 zwischen den Oberflächen der
Walzen 3, 4, 6, 7 und dem Streifen 8 eine Reibungakraft entsteht. Die Vorrichtung
zum Formen des Rohrs enthält auch das in Fig.6 abgebildete Werk zum Versetzen eines
Walzen
paars in bezug auf das andere während des Schweißens.
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Dieses Werk ist kinematisch mit den Walzen mindestens eines Paars
verbunden und sorgt für gemeinsame synchrone Verschiebung dieser Walzen in der Richtung,
die nicht mit der Bewegungsebene des Streifens in bezug auf die Walzen des andern
Paars zusammenfällt. Dieses Werk dient nlm Ändern des Durchmessers des zu achA ßendea
Rohrs, wenn das Rohr aus einem ungeraden Streifen gefertigt wird.
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Die Vorrichtung zum Formen des Rohrs durch spiralförmiges Wickeln
eines Streifens und zut Schweinen enthält auch ein Werk, das dazu dient, den Streifen,
der tur Rohr zu formen und danach zu schweißen ist, sowie das Rohr in der vorgesehenen
lage zu halten. Dieses Werk besitzt ein Stützelement, beispielsweise Stützrolle
18 (Fig.1), die außerhalb des Rohrs 5 angeordnet ist und gegenüber den Walzen 3,
6 liegt, welche den Streifen 8 beim Schweißen an der Einspannstelle 19 des Streifens
8 durch die Walzen 3, 6 in seiner Lage halten. Diese Rolle steht in Wechselwirkung
mit der Außenkante 20 des Streifens 8 an dessen Berührungsstelle mit den Walzen
3, 6, welche gleichzeitig die Einspaanstelle 19 des Streifens durch Walzen 3, 6
ist. Äußerdem enthält das Werk, durch das Streifen und Rohr in ihrer Lage gehalten
werden, eine Vorrichtung 21, 22 zum Festlegen der Lage des Streifens 8 vor seinem
Eintritt in die Walzen 3, 4, 6, 7 der Vorrichtung zum Formen des Rohrs durch
spialförmiges
Wickeln des Streifens und eine Vorrichtung 23 zum Bestimmen der Lage des geschweißten
Rohrs.
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In Fig. 1, 2 ist eine der möglichen Varianten der Anordnuag dieser
Vorrichtung abgebildet.
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Daß Walzwerk enthält, um mit dem Schweißen, d.h. mit dem Formen der
ersten spiralwindung beginnen in können, eine Führungsbuchse 25, welche ninter den
Walzen 3, 6 angeordnet ist, durch die aus dem Streifen das Rohr geformt wird.
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Außer den aufgezählten Vorrichtungen enthält das Walzwerk noch walzen
26, welche teilweise die noch warme Naht von den Kräften entlasten, die in ihr beim
Formen des Rohrs entstehen.
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Beim in Fig.3 abgebildeten Fall, wenn ein Rohr zu schweißen ist,
indem die die Kante des Rohrs 27 mit der Kante des geraden Streifens 28 verbunden
wird, soll die Naht 29 keine Versetzung aufweisen und beide paare 1, 2 der Walzen
3, 6 und 4, 7 der Vorrichtung zum Formen des Rohrs 5 sollen so angeordnet sein,
daß der Spalt zwischen einem Walzenpaar die Fortsetzung des Spalts zwischen dem
anderen Walzenpaar ohne gegenseitige Versetzung ist.
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Beii in Fig.4 abgebildeten Fall, beziejiungsweise beim Fall, der
in Fig.5 abgebildet ist wenn greifen 33, 32 ungerade ist, wenn aus einem beliebigen
Grunde der Durchmesser des zu schweißenden Rohrs im Vergleich mit der ii orliegenden
Augenblick
beim Schweißen vorhandenen Durohmesser zu ändern ist, wird mit Hilfe des Werks zum
Versetzen der Walzen ein Walzenpaar relativ zum anderen versetzt. Hierbei entsteht
die Versetzung "n" (i?ig.4) oder die Versetzung "a" (Fig.5) des Spalts eines Walzenpaars
in bezug auf den Spalt des anderen Walzenpaars, was Versetzen der zu verschweißenden
Kanten des Streifens und des Rohrs zur Folge hat. Wenn die Kante des Streifens 33
relativ zur Kante des Rohrs 30 (Fig.4) nach außen verschoben ist, wächst der Durchmesser
des zu schweißenden Rohrs. Wenn dagegen die Kante des Streifens 32 (Fig.5) relativ
zur Kante des zu schweißenden Rohrs 31 nach innen serachoben wird, wird der Rohrdurchmesser
geringer. Die Walzen der erwähnten Vorrichtung sind an der Stelle, an der sie an
der Schweißung anliegen, kegelrörmig ausgeführt. Infolgedessen wird beim AuSweiten
der zahlt an der Schweißstelle eine Verdickung erzeugt, welche eine Verminderung
der Nahtfestigkeit durch die Kantenversetzung verhindert.
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Das Werk nun Versetzen des aus Walzen 3, 6 bestenenden Paars der
das Rohr formenden Vorrichtung in bezug auf das andere, aus den Walzen 4, 7 bestehende
Paar enthält zwei Wellen 34 und 35, von denen eine'und zwar Welle 34,die beiden
außenliegenden Walzen 6, 7 trägt, während die andere Welle, und zwar Welle 35, die
beiden
innenliegenden Walzen 3, 4 trägt. Hierbei wird auf jeder der Wellen 34, 35 eine
Exzenterbuchse 36 beziehungsweise 57 aufgesetzt. Auf diese Weise werden die walzen
7, 4 direkt auf die Welle 34 bezienungsweise 35 und die Wal-Walzen 3, 6 des andern
Paars auf die Exzenterbuchsen aufgesetzt.
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Das Werk zum Versetzen des einen Walzenpaars enthält auch einen Antrieb
38, um die Exzenterbuchsen 36, 37 beim ii;instellen synchron zu drehen. Ein Walzenpaar
wird in bezug auf das andere Walzenpaar durch Drehen der Exzenterbuchsen 36, 37
versetzt. Beim Umlaufen der Walzen 3, 4, 6, 7 während des Formens und Schweißens
des Streifens wird die Versetzung zwischen den Paaren 1, 2 der Walzen 3, 4, 6, 7
nicht geändert.
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Während des Walzwerktriebs wird der Streifen 8 durch das Werk zum
Vorbereiten desselben in die Vorrichtung zum Formen und Schweißen geleitet. Daa
Vorbereiten des Streifens kann aus Abwickeln desselben vom Wuid, Anpassen des vorderen
Streifenendes eines neuen Bunds an das hintere Ende des vorhergehenden Bundes durch
Abschneiden der Inden, Richten des Streifens, Abschneiden desselben auf vorgegebene
Breite, Anfaa~en der Streifenkanten usw. bestehen. Die Vorrichtungen 21, 22 bestimmen
die lage des zugeführten Streifens in seiner Zuführungsebene und in der Richtung,
die senkrecht zur Zuführungsebene des Streifens ist. Beim Eintritt in den Spalt
zwischen den Walzen 3, 6 des ersten Paars 1 der formgebenden
Vorrichtung
wird der streifen 8 spiralförmig gebogen. Wenn die erste Streifenwindung geformt
wird, wird zunächst diese Windung an die Fuhungsbuchse 25 so angepreßt, daß der
Durchmesser der geformten ersten Windung gleich dem Rohrdurchmesser ist und daß
der Neigungswinkel der Spirale dem Neigungasinkel der Nahtspirale im geschweißten
Rohr entspricht.
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Nachdem der Streifen in den Spalt zwischen den Walzen 4 7 des zweiten
Paars gelangt, welche die Lage der Wand des Rohrs 5 während des Schweißens bestimmen,
und nach ciem die zu verbindenden Kanten 17 und 16 des Streifens beziehungsweise
des Rohrs zusammengeführt sind, beginnt der Schweißvorgang. Die erwähnten Kanten
werden vor dem Scnweißen beispielsweise durch Hochfrequenzströme mit Hilfe von Widerstands-
und Indukti ons scnweißvorri ehtungen erhit zt.
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Die Schweißverbindung wird durch Reibungskräfte zusammengepreßt, die
zwischen der Oberfläche der innenliegenden Walze 4, welche die Lage der Rohrwand
bestimmt, und Rohrwand entstehen. Diese Reibungskraft ist vom Rohr fort in Richtung
des Streifens gerichtet und wird durch die Größe der Einspannung der Rohrwand zwischen
den Walzen bestimmt.
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Die Führungsvorrichtung und die Stützrolle 18 begrenzen die Rohrverschiebung
in Richtung des Streit und bestimmen die Streifenlage in Querrichtung und hierdurch
auch
die Zusammenpreßkraft der Schweißnaht. Der Durchmesser des zu schweiß enden Rohrs
wird durch relative Versetzung der Walzenpaare geregelt. Zu diesem Zwecke werden,
beispielsweise mittels des Antriebs 38, die Exzenterbuchsen 36, 37 auf den Wellen
34, 35 des Werks zum Versetzen der Walzenpaare gedreht. Das Signal zum Regeln des
Rohrdurchmessers kann entweder von einer Vorrichtung, welche den Durchmesser des
zu schweißenden Rohrs mißt, oder von einer Vorrichtung, welche die Biegung des Streifens
mißt, erhalten werden.
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Der ökonomische Nutzeffekt der vorgeschlagenen Erfindung beruht auf
der Verwendung der HF-Schweibung und als Folge hier von auf einer bedeutenden Senkung
der Investitionskosten, Erhöhung d er Au der Ausrüstungsproduktivität, Senkung des
Elektroenergieaufwands, vermindertem Hilfsmaterialverbrauch, geringerer Anzahl von
Arbeitern sowie auch auf Verminderung des Verbrauchs von Werkzeugen und Senkung
deren Kosten, Verwendung voll Streifen niedrigerer Qualitätausw.