DE2622317A1

DE2622317A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufweiten von metallrohren

Info

Publication number: DE2622317A1
Application number: DE19762622317
Authority: DE
Inventors: Stanley Fordham; Leslie Ernest Medlock
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-05-19
Publication date: 1977-01-13
Also published as: ZA762875B; NL7606946A; FR2315339A1; PT65107A; DE2622317B2; BR7603463A; GB1482978A; IT1061539B; DE2622317C3

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufweiten von Metallrohren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufweiten von Metallrohren. Das Verfahren gemäß der Erfindung dient zum radialen Aufweiten eines Metallrohres und ist besonders nützlich zum Aufweiten eines Rohres innerhalb einer konzentrischen öffnung in einem Metallelement, um dadurch das Rohr mit dem Element zu verbinden. Die Erfindung umfaßt auch eine Sprengvorrichtung zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren.

t Das Verfahren zum Vereinigen eines Metallrohres mit einem anderen Metallelement, beispielsweise einem größeren Rohr oder einer Rohrplatte eines Wärmeaustauschers durch konzentrisches Anordnen des Rohres innerhalb einer Öffnung in dem Element und Zünden einer Sprengladung innerhalb des in der Öffnung befindlichen Rohrabschnittes ist bekannt. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in den britischen Patentschriften 1 123 836, 1 149 387 und 1 160 761 beschrieben. Je nach den Bedingungen und der Menge der verwendeten Sprengstoffladung kann das Rohr in mechanischen Eingriff mit dem äußeren Element erweitert oder durch eine metallurgische Verbindung mit dem äußeren Element vereinigt werden. Die Wirksamkeit der Verbindung zwischen den Teilen kann durch Anordnen von Vorsprüngen oder Vertiefungen an den Teilen oder durch das Anbringen von Ringen oder sonstigen Elementen zwischen den Teilen vor dem Zünden der Sprengladung noch verbessert werden.

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LMB

Beim üblichen Verfahren zum Aufweiten von Rohren in Rohrplatten ist die Sprengladung zweckmäßigerweise am Ende einer Metallhülse angeordnet, die koaxial innerhalb desjenigen Bereiches des Rohres liegt, der aufgeweitet werden soll. Ein zwischen der Ladung und dem aufzuweitenden Teil des Rohres bestehender ringförmiger Raum wird mit einem Ring eines den Explosionsdruck übertragenden Materials, beispielsweise Polyäthylen, gefüllt. Meistens sind die Sprengladung und die Hülse als herkömmliche Sprengkapsel^üblicherweise als elektrischer Zünder," ausgebildet und die Hülse enthält normalerweise einen elektrischen Zündkopf. Zwar ist die Ven^endung eines herkömmlichen Zünders für viele Anwendungszwecke in höchstem Grade zufriedenstellend, aber sie hat einige Nachteile, die ihre Verwendung bei gewissen Anwendungsfällen beschränken, insbesondere beim Aufweiten von Rohren kleinen Durchmessers. Die Explosion und die durch sie abgeschleuderten Metallteilchen können deswegen Oberflächenschäden an Metallteilen außerhalb des aufzuweitenden Rohrabschnittes verursachen, und das ist im allgemeinen nicht erwünscht, obwohl es auch von Nutzen sein kann, wenn es eine gewünschte Gestaltung an einem Rohrende hervorrufen soll. Außerdem müssen Gehäuse elektrischer Zünder einen Innendurchmesser haben, der so groß ist, daß ein elektrischer Zündkopf im Gehäuse aufgenommen werden kann. Deshalb sind sie zur Verwendung in engen Rohren beispielsweise unter 5 mm nicht geeignet, es sei denn, daß die Hülse mit einem verhältnismäßig weiten Abschnitt ausgebildet ist, der es ermöglicht, den Zündkopf außerhalb des aufzuweitenden Rohres anzuordnen. Ein weiterer Nachteil elektrischer Zünder besteht in der Gefahr einer vorzeitigen Zündung des Zündkopfes durch induzierten oder Streustrom durch Schweißarbeiten oder sonstige in der Nähe ausgeführte elektrische Arbeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Aufweiten eines Metallrohres zu schaffen, die bei engen Rohren anwendbar sind, ohne äußere Schäden hervorzurufen.

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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufweiten eines Metallrohres wird innerhalb des Abschnittes des Rohres, der aufgeweitet werden soll, eine "stoßempfindliche Sprengladung angeordnet, die geeignet ist, die gewünschte Aufweitung zu erzeugen. Außerhalb des Rohres wird eine Druckwelle erzeugt, die der Sprengladung durch eine nicht-metallische Leitung zur Druckwellenübertragung, welche geeignet ist, dem Druck der durch sie

wird hindurchlaufenden Druckwelle standzuhalten, zugeführi/, wodurch

die Sprengladung gezündet wird.

Eine stoßempfindliche Sprengladung .bedeutet im vorliegenden Zusammenhang eine Ladung, von der zumindest ein Teil eine primäre Zündladung ist, die von einer Druckwelle ohne weiteres zu zünden ist. Es liegt jedoch auf der Hand, daß gegebenenfalls ein Teil der Ladung ein sekundärer Sprengstoff im Detonationsverhältnis zum primären Sprengstoff sein kann. Ein geeigneter primärer Sprengstoff ist Bleiazid.

Die Leitung zur.üruckwellenführung ist vorzugsweise ein Rohr aus Kunststoff, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Nylon. Zweckmäßigerweise ist die Sprengladung in einem Ende der Leitung angeordnet.

Die Druckwelle kann in bekannter Weise beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß eine Sprengladung oder daß ein Draht durch elektrischen Strom zur Explosion gebracht wird. Der bevorzugte · Erzeuger der Druckwelle ist jedoch ein elektrischer Funke, der über einen Funkenspalt hinweg erzeugt wird. Der Funke kann z.B. durch Entladen eines Kondensators oder durch eine piezoelektrische Vorrichtung in bekannter Weise erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine nicht-metallische Leitung zur Druckwellenübertragung auf, die an einem Ende eine stoßempfindliche Sprengladung und am anderen Ende einen Druckwellenerzeuger enthält und geeignet ist, dem Druck standzuhalten, den das Passieren der vom Druckwellenerzeuger erzeugten Druckwelle verursacht. 609882/0724

In der bevorzugten' Vorrichtung handelt es sich bei dieser Leitung um ein Rohr aus Kunststoff, und der Druckwellenerzeuger besteht vorzugsweise aus einem Elektrodenpaar, das innerhalb des Rohres abgedichtet ist und einen Funkenspalt bildet. Um die exakte Anordnung der Sprengladung innerhalb des Rohres zu erleichtern, ist die Außenfläche der Leitung zur Druckwellenführung vorzugsweise mit einem nach außen vorspringenden Bereich, beispielsweise einer Stufe oder einem Kragen versehen, der am Ende des Rohres anliegt, wenn die Sprengladung in das Rohr eingesetzt ist.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren und der oben beschriebenen Vorrichtung ist es praktisch, den Drucfov'ellenerzeuger in einem Abstand von etwa 8 cm von der Sprengladung getrennt anzubringen. Wenn größere Längen für die Leitung zur Druckwellenführung wünschenswert scheinen, kann die Innenseite der Leitung mit einer geringen Menge einer reaktionsfähigen Substanz überzogen sein, die beim Zünden durch die Druckwelle der Druckwellenfront noch Energie hinzufügt und dadurch die Ausbreitung der Druckwelle aufrecht hält, wie in der Britischen Patentschrift 1 238 503 beschrieben. Ein geeignetes reaktionsfähiges Material ist Pentaerythrit °ltetranitrat.

Die Erfindung schließt auch das Verfahren zum Aufweiten eines Rohrabschnitts in eine· Öffnung einer Rohrplatte oder in ein größeres Rohr ein, bei dem der Rohrabschnitt in die Öffnung oder das größere Rohr eingesetzt und nach dem oben beschriebenen Verfahren in Eingriff mit der Rohrplatte oder dem größeren Rohr erweitert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an einer?. Äusführungs bei spiel anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Die Figur ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Vorrichtung in ihrer Stellung zum Aufweiten des Endes eines Rohres in eine Rohrplatte.

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Das Ende eines Rohres 10, das aufgeweitet werden soll, ist in einer öffnung 11 in einer Rohrplatte 12 angeordnet. Der Durchmesser der Öffnung ist dabei etwas größer als der Außendurchmesser des Rohres 10, wodurch sich ein Durchmesserspiel von 0,1 bis 0,5 mm ergibt. Die Öffnung 11 ist zur Außenfläche 13 der Rohrplatte 12 hin erweitert und bildet einen kegelstumpfförmigen Öffnungsbereich 14 mit einem Kegelwinkel von ca.' 10°.

^EineLeitung 15 zur üruckwellenführung ist von einem rohrförmigen Kunststoffelement gebildet, das an beiden Enden geschlossen ist und einen Endbereich 16 mit verringertem Außendurchmesser hat, der mit Gleitsitz ohne wesentliches Spiel in demjenigen Abschnitt des Endes des Rohres 10 angeordnet ist, welcher aufgeweitet werden soll. Um das exakte Anbringen der Leitung 15 zu erleichtern, ist die Außenfläche der Leitung mit einer Schulter 17 versehen, die an der Außenfläche 13 der Rohrplatte anliegt.Eine Bohrung in der Leitung 15 ist über den größten Teil ihrer Länge hinweg gleichmäßig, erweitert sich jedoch zu einem Endbereich von größerem Durchmesser. Der Endbereich 18 ist durch einen Stopfen 19 aus Kunststoff verschlossen, in dem ein Elektrodenpaar 20 angeordnet ist, das sich durch den Stopfen 19 hindurch erstreckt und innerhalb der Leitung 15 einen Funkenspalt 21 und außerhalb der Leitung 15 zwei elektrische Klemmen 22 bildet.

Die stoßempfindliche Sprengladung ist im Endbereich der Bohrung der Leitung 15 angeordnet und besteht aus einer Ladung 23 eines sekundären Sprengstoffs, wie Pentaerythritoltetranitrat und einer Ladung 24 aus primärem Zündsprengstoff, wie Bleiazid. Die Ladung kann, wie gezeigt, unmittelbar in die Bohrung der Leitung 15 hinein verdichtet sein, oder sie kann zweckmäßigerweise in einem getrennten Behälter abgepackt und in ihre Lage in der Leitung 15 eingesetzt sein.

Die Sprengladung wird zur Explosion gebracht, wenn eine ausreichende Spannung an die Klemmen 22 angelegt wird, um einen Funken über den Funkenspalt 21 hinweg zu erzeugen, wodurch

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eine Druckwelle geschaffen wird, die zur Zündladung 24 übertragen wird. Bei der Detonation der Sprengladung wird das Ende des Rohres 10 in innige Berührung mit der Rohrplatte aufgeweitet und darin fest befestigt. Wenn eine ausreichende Sprengladung verwendet wird, werden die einander berührenden Oberflächen miteinander verschweißt.

Bei der allgemeinen Anwendung der Erfindung beim Befestigen von Rohren in Rohrplatten, wie bei der Herstellung von Wärmeaustauschern, ist das Rohr 10 auch mit seinem anderen Ende in einer Öffnung in einer weiteren, hier nicht gezeigten Rohrplatte angeordnet. Jede Rohrplatte kann mehrere Öffnungen zur Aufnahme weitere^ darin zu befestigender Rohre haben, und die Enden der Rohre können entweder einzeln, nacheinander oder gleichzeitig aufgeweitet werden, je nachdem wie es zweckmäßig ist.

Es liegt auf der Hand, daß sich das oben beschriebene Verfahren ohne weiteres zum Vereinigen von ,zwei Rohren oder zum Befestigen eines Endstücks, beispielsweise eines Nippels oder einer Düse, am Ende des Rohres angepaßt werden kann, indem die Rohrplatte 12 der hier dargestellten Anordnung durch das entsprechende Element ersetzt wird. In diesem Fall muß jedoch das Element normalerweise außen gegen eine Verformung an der Verbindungsstelle abgestützt werden.

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Claims

Patentansprüche

1., Verfahren zum Aufweiten eines Metallrohres, bei dem in em aufzuweitenden Abschnitt des Rohres eine zum Erzeugen der gewünschten Erweiterung geeignete Sprengladung angebracht und zur Explosion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprengladung (23, 24) stoßempfindlich ist, und daß eine Druckwelle außerhalb des Rohres erzeugt und der Sprengladung durch eine nicht-metallische, zur Druckwellenführung dienende Leitung (15) übertragen wird, die geeignet ist, dem Druck der durch sie hindurchlaufenden Druckwelle standzuhalten, wodurch die Sprengladung gezündet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die stoßempfindliche Sprengladung (23, 24) Bleiazid aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die stoßempfindliche Sprengladung (23,24) in einem Ende der Leitung (15) zur Druckwellenübertragung angeordnet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckwelle durch eine explodierende Sprengladung, einen explodierenden Draht oder einen elektrischen Funken (20, 21, 22) erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwelle durch einen elektrischen Funken erzeugt wird, der durch das Entladen eines Kondensators oder durch eine piezoelektrische Vorrichtung erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht-metallische Leitung (15) zur-iDruckwellenübertragung eine Innenbeschichtung aus einem reaktionsfähigen Material hat, das beim Zünden durch die Druckwelle der Druckwellenfront Energie zufügt und dadurch die Fortpflanzung _ der Druckwelle aufrecht erhält.

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7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der aufzuweitende Abschnitt des Metallrohres (10) in eine Öffnung (11) einer Rohrplatte (12) oder in ein größeres Rohr eingesetzt und in Eingriff mit der Rohrplatte oder dem größeren Rohr aufgeweitet wird.

8. Vorrichtung zum Aufweiten eines Metallrohres mit einer zum Erzeugen der gewünschten Erweiterung geeigneten Sprengladung, dadurch gekennzeichnet , daß die Sprengladung

stoßempfindlich und an einem Ende einer nicht-metallischen Leitung (15) zur Druckwellenübertragung angeordnet ist, und daß ein Druckwellenerzeuger (20, 21, 22) am anderen Ende der Leitung (15) angeordnet ist, welcher geeignet ist, dem Druck durch das Passieren der Druckwelle vom Druckwellenerzeuger standzuhalten, wodurch durch das Erzeugen .einer Druckwelle durch den Druckwellenerzeuger die stoßempfindliche Sprengladung (23,.24) zur Explosion gebracht und das Metallrohr (10) aufgeweitet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitung (15) zur Druckwellenübertragung ein Rohr aus einem Kunststoffmaterial ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitung (15) zur Druckwellenübertragung aus Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Nylon hergestellt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwellenerzeuger (20, 21, 22) ein Paar Elektroden (20) aufweist, die in der Leitung (15) zur Druckwellenübertragung abgedichtet angebracht sind und einen Funkenspalt (21) bilden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenfläche der Leitung (15)

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zur Druckwellenübertragung eine Beschichtung eines reaktionsfähigen Materials aufweist, das beim Zünden durch die Druckwelle der Druckwellenfront Energie zufügt und dadurch dasF.ortpflanzen der Druckwelle aufrecht erhält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das reaktionsfähige Material Pentaerythritgltetranitrat aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenfläche der Leitung (15) zur Druckwellenübertragung mit einem nach außen vorspringenden Bereich (17) versehen ist, der am Ende des aufzuweitenden Rohres anliegt und dadurch das genaue Anbringen der Sprengladung erleichtert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenfläche der Leitung (15) zur Druckwellenübertragung mit einer Stufe (17) oder einem Kragen versehen ist.

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