DE2205281A1

DE2205281A1 - Verfahren und vorrichtung zum differenzierten einwalzen von rohren

Info

Publication number: DE2205281A1
Application number: DE19722205281
Authority: DE
Inventors: Kurt Clemens; Erich Ebbinghaus; Walter Hesse; Raimund Richter
Original assignee: KOTTHAUS AND BUSCH
Current assignee: KOTTHAUS AND BUSCH
Priority date: 1972-02-04
Filing date: 1972-02-04
Publication date: 1973-08-09
Also published as: DE2205281C2; FR2170236A1; FR2170236B3; SE382924B; GB1422863A; IT977183B; NL7301514A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum differenzierten Einwalzen von Rohren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum differenzierten Einwalzen von Rohren in Rohrboden etc·,wobei die Qrösse der Haftaufweitung vorher bestimmt, be im Valzvorgang gemessen, erfasst und während der Walzung eingehalten wird.

Insbesondere bei Wärmeaustauschern ist es notwendig»Rohre dicht in den im Rohrboden angebrachten Bohrungen zu befestigen„In den Fällon₀in denen eingeaalzt werden muss»wird eine Rohrwalze verwendetewelche in das zu befestigende Rohrende hineingesteckt virri und dort mittels Walzrollen „deren Lauf durchmesser langsam vergrössert wird ,»eine Aufweitung des Rohres erfolgt „

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bis dieses dicht an der Innenwand der entsprechenden Bohrung anliegtcBs kann aber auch der Fall sein,dass lediglich eine Anlagewalzung (Schiebesitz) durchgeführt wird„Es wurden hierbei schon Dichtigkeiten erzielt_Pdie besser waren als wenn das Bohr in dem Rohrboden angeschweisst worden wäre» Pur das Mass„um das die Rohre hierbei aufgeweitet werden müssen,festzulegen„sind mehrere Möglichkeiten bekannt„Am meisten wird ein Berechnungsverfahren verwendet«bei dem die Haftauf« Weitung in Prozent von der Wandstärke der einzuwalzenden Rohre in Beziehung zu deren lichte Weite gesetzt vird„wobei sich als Resultat die lichte Veite des Rohres nach der Binwalzung ergibt,Mit diesem Verfahren wird erreicht,dass die Rohre bei gleichem Prozentsatz der Haftaufweitung_Dunabhängig von deren Durchmesser und den Toleranzen der Bohrungen der Rohrböden mit gleicher Craft gegen die Wandung der Bohrung im Rohrboden gedrückt werden_Dwobei jedoch die beim Einwalzen üblichen Tolenanzen der Rohr- und Bohrungsabmessungen„sowie der zur Anwendung kommenden Materialien und Festigkeitswerte eingehalten werden müssen.Die Höhe des Prozentsatzes der HaftaufWeitung hängt vom Material des Rohres und dessen Eigenschaften und von den physikalischen und thermischen Belastungen der Apparate ab und wird weitgehend empirisch gefunden.

Bei allen bisherigen Walzverfahren war das Ziel„eine gleichmassige Haftaufweitung für die gesamte Walzlänge des Rohres zu erreichen„weil nur dann eine genügende Dichtigkeit zwischen Rohr und Rohrboden gewährleistet zu sein schien.

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Dies war solange zufriedenstellendes die Rohrböden noch nicht sehr dick waren„In der Zwischenzeit mussten aber wegen der höheren Anforderungen die Rohre in immer dickere Rohrboden eingewalzt werdendm Extremfall sind heute schon Rohrböden von 600 ram Dicke verwendet worden„Dabei ergibt sich aber die Schwierigkeitedass bei der gleichbleibenden in ihrer Höhe erforderlichen HaftaufWeitung Verwerfungen des Rohrbodens auftreten können„ferner dass der einzuwalzende Rohrteil um so grosse Beträge beim Einwalzen in der Lange anwächst„dass diese nicht mehr unberücksichtigt bleiben können^Diese Längenanwachsung des Rohres führt dazu_rdass beispielsweise einseitig angeschweisste Rohre wieder abreissen_soder dass sich die Rohre im Innern des Wärmeaustauschers verbiegen„ Überraschenderweise wurde nun gefunden„dass sich diese Nachteile vermeiden und die Längenanwachsung der einzuwalzenden Rohrteile erheblich vermindern lässt „-obwohl die Dichtigkeit weiterhin voll gewährleistet ist und höchsten Anforderungen genügt.

Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet»dass die Grosse der Haftaufweitung nach einem Programm einstellbar über die Länge der Einwalzstrecke unterschiedliche Werte aufweist«

Dieses neue verfahren bringt einige erhebliche und wesentliche Vorteile mit sichoWie schon dargelegt„wird die Längenanwachsung des Rohres erheblich vermindert„obwohl die sehr gute

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Dichtigkeit beibehalten werden kann »Aber auch die !Corrosionsangriffe„die Gefttgeveränderungen_pdie Rissbildung in den Rohren und Strömungsverhältnisse können positiv beeinflusst werdenοDarüberhinaus kann die Rohrwalze nicht nur bei unterschiedlichen Werten der Haftaufweitung,sondern auch bei . gleichbleibenden Werten der HaftaufWeitung während der ganzen Walzung im jeweiligen Rohr verbleiben»wobei noch zusätzlich der Vorteil besteht»dass eine Änderung der Messeinrichtung nicht vorgenommen zu werden bra-ucht»

Zn den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Brfindung dargestellt und zwar zeigt: Pig. 1 ein Diagramm,in dem mehrere Programme unterschiedlicher HaftaufWeitung dargestellt sind»

Fig« 2 den jeweiligen Querschnitt einer eingewalzten Rohrwand mit den Programmen nach Figur i„

Bs erscheint notwendig_vzuerst darauf hinzuweisen_pdass die gezeigten Beispiele zum besseren Vergleich untereinander alle auf die gleiche Einwalelänge von 2oo mm bezogen sind„Da die Haftaufweitung unabhängig von dem Rohrdurchmesser ist»konnten in Figur 2 die Veränderungen an der Rohrinnenwand durch die Walzung schematisch dargestellt werden.Die Art des Binwalzverfahrens spielt keine Rolle„da es sich um das Pilgerschrittverfahren oder um Steppwalzen handeln kann»wobei die Wahl des

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Sinwalzverfahrens von den jeweils gestellten Erfordernissen abhängig ist.

In Figur 1 ist in der Kurve ι die bisher übliche Walzung dargestellt, wobei über die ganse Sinwalxstrecke von im vorliegenden Falle beispielsweise 2oo mm die gleiche Haftaufweitung von 2oX eingehalten wird.Dies führt su einer Rohrverformung nach Figur 2/l.Der kritische Punkt liegt hierbei am Austritt des Rohres 11 aus dem Rohrboden 12,«eil dort der übergang 13 «wischen de» gewalzten und damit verfestigten Teil 14 des Rohres und dem ungevalsten und damit unbearbeiteten Teils vorhanden ist» An dieser Stelle können nicht nur Spannungsrisse auftreten» sondern auch interkristalline Korrosion.

Wird nun demgegenüber nach Figur 1 Kurve 2 ein Programm ge~ valzt,bei dem das erste Drittel der Walsstelle s.B.nit io %, das zweite Drittel Mit 20 % und das letste Drittel der Walsstelle wieder Mit Io % Haftaufweitung gewalzt,so ist über die ganze Walsstelle ein dichter Sits vorhanden«aber nach Figur 2/11 ist am Austritt des Rohres 2i aus dem Rohrboden 22 ein resent lieh kleinerer Unterschied vorhanden »«eil dort nur noch eine Differenz »wischen der Haftaufweitung 0% und lot vorhanden ist,Trotidealst das Rohr völlig dicht,da hier bei der Valsstelle 23 eine Haftaufweitung von 2o% vorhanden ist und auf beiden Seiten die vaisstellen 24 jeweils lot Haftaufweitung besitzen.

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welche auch noch die Dichtigkeit des Rohrsitze3 gewährleisten·

Zn bestirnten Fallen kann es auch äusserst sveckmässig Mini die Ufcsang über eine Binvmlsstelle nach Kurve 3 der Figur 1 m fahren· d.h.die gesamte tlnwalzlänge in vier stufen unterschiedlicher Haftaufveitung einzuteilen«Nach Figur a/ttf wird das Bohr 31 in den Rohrboden 32 so eingewalzt»dass der erste Valsabschnitt 33»dessen Länge etwa ein Viertel der Dicke des Rohrbodens 32 also der Binwalzlänge entspricht»mit 2o% Haftaufweitung eingesalzt wird,wohingegen der nächste Abschnitt 34,welcher ebenfalls etwa ein viertel der gesamten Binwalzlänge beträgt,mit 15* Haftaufweitung eingewalzt wird. Die nächsten beiden Abschnitte 35 und 36 sind dann jeweils um etwa ein weiteres Viertel der Gesamthaftaufweitung abgestuft» sodass also der Abschnitt 35 mit lo* und der Abschnitt 36 mit 5% Haftaufweitung eingewalzt wird.Hier ist also am Austritt des lohres 31 aus dem Rohrboden 32 nur noch eine Differenz von 0% auf 5% Haftaufweitung vorhanden«was die Spannung aa dieser Stelle erheblich vermindert.

Mach Kurve 4 der Figur 1 wird der Wert der Haftaufweitung vom Anfang bis zum Inde der Binwalzstrecke kontinuierlich von einem Anfangswert bis auf Null verringert .Dies ergibt

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eine Einvalzstelle nach Pigur 2/lV,wo das Rohr 41 Über die gesamte Einvalzlänge,welche gleich der Dicke des Rohrbodens 42 ist ,kontinuierlich von "\5% auf o% verringert wird »Der Abschnitt 43 des Rohres an der Einvalzstelle ist also kegelförmig nach innen geformt (,wobei an der Austrittstelle des Rohres 41 aus dem Rohrboden 42 praktisch keine Different in der Haftaufweitung mehr auftritt»

Nach Pigur 1 Kurve 5 wird ein Programm gefahren,veIches über eine bestimmte Einvalzlänge eine kontinuierliche Erhöhung der Haft aufweitung von ο auf 16% ergibt, wobei dieser Höchstwert über eine bestimmte Länge beibehalten wird und dann wieder bis zum Ende der Einvalzstelle kontinuierlich auf O abgesenkt wird.Der zugehörige Querschnitt des Rohres ist in Pigur 2/V dargestellt,wo das Rohr 51 in den Rohrboden 52 eingewalzt wird und zwar derart ,dass im ersten Abschnitt der Sinwalzung die Haftauf Weitung von ο auf 16% kontinuierlich erhöht wird und im zweiten Abschnitt 54 wird dieser Höchstwert der Haftaufweitung von 16% beibehalten,Der dritte Abschnitt 55 bringt dann wieder eine kontinuierliche Absenkung der Haftaufweitung von 16% auf o%_Psodass auch hier an der Austrittsstelle des Rohres 5i aus dem Rohrboden 52 keine Spannungen mehr vorhanden sind.

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Bin wesentlicher weiterer Vorteil des erfindungsgenässen Verfahrens besteht darin_Pdass in den Abschnitten»in denen nicht mit voller Haftaufveitung gefahren wird,die Längenanvachsung des Rohres in der Einwalzstrecke wesentlich kleiner ist»als dort wo mit voller HaftaufWeitung gefahren werden muss.Daraus resultiert also ein gunstigeres Verhältnis der Längenanwachsung des Rohres zu der Gesamtlänge des Rohres» wodurch wesentliche Nachteile»vie Verbiegen des Rohres oder Abreissen der Schweissnaht₀veitgehend vermieden werden können. Diese verringerte Längenanwachsung des Rohres in der Binvalzstrecke macht sich vor allen Dingen dann bemerkbar»wenn Rohre eingewalzt werden sollen»welche aus zwei verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzt sind»Bisher musste dabei immer damit gerechnet werden»dass sich das weichere Material löst,veil des· sen Längenanwachsung grosser ist als das des härteren Materials»Auch diese Schwierigkeit wird also damit vermindert*

Im allgemeinen wird heute die Haftaufweitung über das Drehmoment der Antriebsmaschine»mit der die Valze angetrieben wird, kontrolliert«wozu Kontrollgeräte üblicher Bauart verwendet werdenοZur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens müssen diese Kontrollgeräte entweder durch ein Zusatzgerät oder durch neuen Aufbau so verändert werden,dass die Haftaufweitung nicht nur bei dem einmal eingestellten Wert verbleiben kann»sondern dass auch ein Programm gefahren wird«

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Da die HaftaufWeitung bei den bekannten Kontrollgeräten durch ein Stellglied vorbestimmt vird,könnten also mehrere Stellglieder in Abhängigkeit von der Bindringtiefe der Walze abgefragt werden„sodass jedes stellglied einem bestimmten Abschnitt der Einwalzung entspricht bzw„zugeordnet ist,,

Bei den bekannten Kontrollgeräten für die elektrischen Antriebsmaschinen der Rohrwalzen wird die Haftaufweitung als Stromänderung,erfasst und in einer Brückenschaltung mit einer durch ein Stellglied»ζ*B»Potentiometer einstellbaren Grosse verglichen·Hat der strom während der Walzung diesen Wert erreicht»so wird durch Relais die Antriebs» maschine entweder abgeschaltet oder auf Linkslauf«also Lösen der Rohrwalze geschaltet.Nach einer,ebenfalls einstellbaren» Pause läuft der nächste Walzschritt an* Xn dieser Pause kann die Steppwalze hinsichtlich der Walztiefe verstellt werden» Das der Haftaufweitung zugeordnete Stellglied wird nun für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens durch eine Mehrzahl von nacheinander abzufragenden Potentiometern ersetzt.Heist werden Io dieser Widerstände verwendet„sodass eine Walzung in Io stufen mit jeweils verschiedener Haftaufweitung durchgeführt werden kann„Die Abfragung erfolgt zweckmässig automatisch in Abhängigkeit von der Bindringtiefe und kann optisch angezeigt werden„wenn jeder Stufe eine andere Anzeigelampe zugeordnet istoMittels eines Schalters kann

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innerhalb der Io Stufen jede gewünschte Anzahl von Stufen gewählt und eingestellt werden„Wenn auch normalerweise eine Stufe aus Rechtslauf der Antriebsmaschine bis zur Haftaufweitung, Umschaltung auf Linkslauf mit wählbarer Dauer des Linkslaufs und einstellbarer Pause besteht»so kann doch mit einem Wiederholungsschalter auch jede Stufe unmittelbar nacheinander mehrmals wiederholt werden₀

Bs kann aber auch ohne weiteres ein einziges stellglied in Abhängigkeit von einer Kurve motorisch verstellt und eingestellt werden,sodass mit diesem Kontrollgerät ein bestimmtes Programm der Haftauf Weitung Über die Länge der B inwalss strecke gefahren wird.Ss ist auch möglich,ein kleines und sehr einfaches aufgebautes Rechengerät mit dem Kontrollen au kombinieren»sodass die Einstellung der Haftaufweitung über die Länge der @inw&lzstrecke nicht stufenweise sondern kontinuierlich entsprechend dem vorgegebenen Programm erfolgt «Insbesondere i*. lästeren Pail lässt sich die ganze Waldung von Rohren weitgehend automatisieren ,was insbesondere bei den heute üblichen Wärmeaustauschern mit mehreren Tausend Waissteller, einen erhebljchen technischen Portschritt ergibt«,da dim Walansngen wesentlich schneller„aber trotzdem noch mit der gleichen Genauigkeit wie bisher durchgeführt werden können„Auch pneumatische Antriebsmaschinen für die Rohrwalte lassen sieh in entsprechender Art und Weise einfach fttr das erfindungsgemässe Verfahren verändern»

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Insbesondere für die Herstellung hochvertiger Wärmeaustauschern kann es zveckmässig sein„mit der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ein Schreibgerät zu verbindenβdas von jeder Einwalzung eine Kurve aufzeichnet ,ve lche dann mit typischen Kurven von ^HGut-Einvalzungen^H verglichen verden könnenoAbveichungen von diesen Kurven,auch in der Reihenfolge der einzelnen steppschritte„lassen erkennen« ob die Sinvalzungen ordnungsgemäss ausgeführt wurden „Damit lässt sich eine veitere Verbesserung der Binvalzungen erreichen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren sum differenzierten Einwalzen von Rohren in Rohrboden etc«von insbesondere Wärmeaustauschern«wobei die Grosse der Haftaufweitung vorher bestimmt»beim Waltvorgang gemessen· erfasst und während der Walsung eingehalten wird» dadurch gekennzeichnet,dass die Grosse der Haftaufweitung nach einen Program« einstellbar Über die Läng· der Binvalzstrecke unterschiedliche Werte aufweist.

*) Verfahren nach Anspruch 1 *

dadurch gekennzeichnet»dass die Grosse der Haftaufweitung von einem niedrigeren über den Höchstwert auf den gleichen oder einen anderen niedrigen Wert eingestellt wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet,dass die QrOsse der Haftaufweitung an der inneren Seite des Rohrbodens den kleinsten Wert aufweist«

4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3»

dadurch gekennzeichnet,dass die Einstellung der unterschiedlichen Werte stufenweise erfolgt.

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ο) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach. Anspruch 1 bis 4p

dadurch gekennzeichnet»dass an dem Kontroller zur Messung der Haftaufweitung der Grenzwert für diese Haftaufveitung stufenweise oder kontinuierlich während der Binwalzung einstellbar ist.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekaenz*ichnet»dass bei elektrischen Antriebsmaschinen eine Mehrsahl von der Einstellung jeder Haftaufweitung dienendenSteilgliedern in Kontrollgerät vorgesehen sind„veleber bei der Walzung automatisch abgefragt werden.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 6_e

dadurch gekennzeichnet,dass jede Stufe mit einer Angeigelampe kombiniert ist,welche bei Benutzung dieser Stufe aufleuchtet

8») Vorrichtung nach Anspruch 7»

dadurch gekennzeichnet,dass mittels eines Wiederholungsschalters jede Stufe unmittelbar nacheinander mehrmals wiederholt ist.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 5 p

dadurch gekennzeichnet,dass ein einziges Stellglied für die einstellung der Haftaufweitung mit einem Motor,z.B. Schrittschaltmotor verbunden ist,welcher mit einstellbarer

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Geschwindigkeit während der Walsung das Stellglied entsprechend einem vorher bestimmten Programm verstellt»

lo„) Vorrichtung nach Anspruch 5c

dadurch gekennzeichnet,dass zur automatischen Durchführung des Walzvorganges eine sowohl manuell änderbare als auch beispielsweise durch Befehlsspeicherung im Loch* oder Magnetband einstellbare Kodierung für die Festlegung

a) der Zahl der vorwählbaren Drehmomente für die Walzstrecke_ß

b) der Zahl der Walxschritte für jedes Drehmoment und

c) des Drehmoments auf den vorher bestimmten Schritt

sowie eine Anzeige für die Zahl der anstehenden W&lzschritte durch Leuchtschrift und

eine Erfassung der durchgeführten Walzschritte in einem Speicher und

einer Registrierung der aufgeführten Walzschritte durch einen Messchreiber mit dem Ist-Wert Drehmoment vorgesehen ist»

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