DE2745389B1

DE2745389B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Schraubennahtrohre

Info

Publication number: DE2745389B1
Application number: DE2745389A
Authority: DE
Inventors: Karl Ing Dahmen; Juergen Dipl-Ing Gross H Engel; Martin Dipl-Ing Henning; Werner Wennemann
Original assignee: Hoesch Werke AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1977-10-08
Filing date: 1977-10-08
Publication date: 1979-01-25
Also published as: SU902654A3; DE2745389C2; IN149547B; JPS5462158A; US4247033A; CA1117749A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei diesem bekannten Verfahren (DE-AS 19 63 805) werden zwei einzelne, lose übereinanderliegende Bänder durch separate Bandtreiber einer Formation zugeführt und zum Schraubennahtrohr eingeformt und verschweißt werden. Dabei wird der Schweißspalt, den jedes Band mit der bereits eingeformten Windung bildet, abhängig von der Säbeligkeit des Bandes für jedes Band für sich innerhalb der zulässigen, engen Grenzen durch kombiniertes Schwenken von Band und/oder Rohr geregelt. Zwangsläufig ergeben sich dadurch unterschiedliche voneinander unabhängige Durchmesseränderungen der inneren und äußeren Schicht des Rohres und damit ein Luftspalt zwischen innerer und äußerer Schicht. Bei üblicher Säbeligkeit von Warmbreitbändern, wie sie für die Herstellung von Schraubennahtrohren eingesetzt werden, insbesondere dann, wenn eine der zugeordneten Bandkanten konvex, die andere aber konkav gekrümmt ist, wird der Luftspalt mehrere Millimeter groß. Ein solcher Luftspalt bereitet große Schwierigkeiten beim Schweißen und beeinträchtigt die Qualität der Schweißung und damit die Rohrqualität.

Außerdem ist die Lagerung der Rohrformstation und der Bandzuführung auf mehreren unabhängig voneinander um eine gemeinsame Achse (Königszapfen) schwenkbaren Tischenmaschinen technisch sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung so auszugestalten, daß mehrere, lose übereinander liegende Bänder eingeformt werden können, ohne daß unter Berücksichtigung der gegebenen Säbeligkeiten bzw. anderer Unregelmäßigkeiten des Bandkantenlängsverlaufes der vorerwähnte Luftspalt größer als unvermeidlich wird, und zwar mit einer einfachen konstruierten Vorrichtung.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs bezeichneten Gattung durch das im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 5 Erfaßte gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird insbesondere erreicht, daß die Bänder nach dem Einformen spaltfrei aufeinanderliegen, so daß dadurch eine einwandfreie gemeinsame Stumpfstoßschweißung aller

Kanten, insbesondere auch unter vorteilhafter Anwendung der Hefttechnik, gewährleistet wird.

Weiterhin werden durch die Bearbeitung der Bänder auf die jeweils größtmögliche Breite die Zerspanungsbearbeitung und die Materialverluste auf ein Mindest- maß herabgesetzt.

Die Bedingungen für eine einwandfreie Einformung mehrschichtiger Rohre mit der Gewährleistung gleicher Steigungen der schraubenlinienförmig verlaufenden Schweißfugen und die Verhinderung von Relativbewegungen zwischen den einzelnen Bändern beim Verschweißen werden besonders vorteilhaft dadurch erreicht, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Bänder im Bereich der Biegelinie in Einführungsrichtung angetrieben werden. 1 ■>

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird die Erzielung der jeweils größtmöglichen Breite bei minimaler Zerspanung dadurch erreicht, daß die jeweilige Lage der einzelnen Bandkanten zueinander gemessen wird, die Meßwerte zu Stellsignalen für die ;«> Bearbeitung umgeformt werden und jede Bandseite unabhängig voneinander bearbeitet wird.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine derart vorteilhafte Schweißnahtgeometrie erreicht, daß gegebenenfalls die Bandkanten nur eines Bandes ver- 2^r> schweißt zu werden brauchen. Dabei kann sogar in vorteilhafter Weise die Anwendung der bekannten Hefttechnik vorgenommen werden, d. h., daß die Rohn in der Verformungsstation mit hoher Geschwindigkeit kontinuierlich oder diskontinuierlich geheftet, danach so getrennt und auf einzelnen Nachschweißständen fertiggeschweißt werden können.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist die Vorrichtung derart ausgebildet, daß zur geradlinigen Führung der Bänder unter den unter- » schiedlichen definierten Einführungsrichtungen an jeder Seite der Bänder eine in jeder Bandkantenbearbeitungsstation angeordnet, die drei Bänder gemeinsam haltende Spannrolle und für jedes Band eine vor der Bandkantenbearbeitungsstation angeordnete Führungsrolle sowie ein Nachführsystem zur Nachsteuerung jeder Führungsrolle entsprechend dem jeweiligen Bandkantenlängsverlauf angeordnet sind.

Durch eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Führungssystems können die Führungsrollen dem r> Bandsäbel folgend so gesteuert werden, daß jeder Punkt jeden Bandes trotz unterschiedlicher Säbeligkeit seine jeweilige Einführungsrichtung beibehält.

Durch die vorteilhafte Anordnung der Führungsrollen und Spannrollen ist dabei in jeder Lage eine genaue so Positionierung der Bänder gewährleistet und durch das Nachführsystem eine einwandfreie Anpassung an Unregelmäßigkeiten des Bandkantenlängsverlaufes sichergestellt.

Gemäß weiteren Merkmalen des Erfindungsgedan- v-, kens bestehen die Bandkantenbearbeitungsstationen im wesentlichen aus einem Werkzeugschlitten mit mindestens einem Satzfräser, der Spannrolle mit dem zugehörigen Hydrauliksystem und einem Satz Profilfräser sowie einer Steuerung. Wl

Es können statt der Fräswerkzeuge auch andere spanende oder trennende Werkzeuge eingesetzt werden.

Vorteilhaft weisen weiterhin die Satzfräser, die Spannrollen und die Satzprofilfräser eine dem Verlauf <>> der Einführungsrichtungen und dem Abstand von der Verformungsstation entsprechende Stufenprofilierung auf.

Gemäß einem anderen Merkmal können bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Oberwalze und/oder die Unterwalzen der als Drei-Walzen-Biegemaschine ausgebildeten Biege- und Antriebsvorrichtung aus einer in Rohrachse angeordneten Welle mit kardanisch gelagerten Laufringen bestehen, die durch stufenlos winkelverstellbare Führungsvorrichtungen in Einführungsrichtung geführt werden.

Dadurch ist sichergestellt, daß im Bereich der Biegelinie bei Beginn der Verformung die einzelnen Bänder spielfrei zusammengedrückt und gebogen werden, wobei jedes einzelne Band mit nach Größe und Richtung unterschiedlichen definierten Geschwindigkeiten in den Einführungsrichtungen angetrieben wird. Dabei können die Laufringe durch die Führungsvorrichtung auch während des Betriebes stufenlos verstellt werden.

Die Erfindung kann besonders vorteilhaft beispielsweise bei der Herstellung von Dreischichtenrohren mit einem Durchmesser über 1 000 mm für Hochdruckleitungen angewendet werden, wobei die Rohrschichten aus gleichartigen Bändern bestehen.

Die Erfindung kann jedoch in gleichem Maße bei der Herstellung von Rohren Anwendung finden, die aus verschiedenartigen Metallbändern bestehen, insbesondere aus Metallbändern mit unterschiedlichen mechanischen Gütewerten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Formstation und den Auslaufrahmen,

F i g. 3 einen Heftstoß der Schraubennaht eines dreischichtigen Rohres,

Fig.4 ein Schema der Bandkantenbearbeitung mit dem Bandführungssystem,

F i g. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in F i g. 4, F i g. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI in F i g. 4,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß der Linie VII-VII in F i g. 4 mit zugehörigem Hydrauliksystem,

Fig.8 einen Schnitt gemäß der Linie VIII-VIIl in Fig.4,

F i g. 9 die Draufsicht einer Oberwalze der kombinierten Biege-Antriebsvorrichtung,

F i g. 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X gemäß F i g. 9, wobei demgegenüber die Laufringe in senkrechter Stellung zur Wellenachse verschwenkt dargestellt sind,

F i g. 11 eine Teildraufsicht im Schnitt gemäß F i g. 9,

Fig. 12 eine Teildraufsicht im Schnitt gemäß Fig.9, jedoch in der Situation nach Weiterdrehung der Welle um 90° gegenüber der Darstellung in F i g. 9 und 11.

Wie F i g. 1 zeigt, werden die Bänder 1,2 und 3, auf die äußere, mittlere und innere Schicht des Rohres bilden, auf drei hintereinander angeordneten Bandeinlaufteilen mit Coilvorlagetisch 4, Coilhaspel 5, Richtwerk 6, Quernahtschweißstand 7, Bandführung 8, Richtwerk 9, Besäumschere 10 mit Spanzerhacker und Hilfstreiber 11 gleichzeitig abgecoilt, gerichtet, besäumt und über Rollentische 12, 13 und 14 in eine Schlingengrube 15 gefahren.

Nach der Schlingengrube werden die Bänder 1, 2, 3 durch eine innerhalb einer Formstation 16 angeordnete 3-Walzen-Biegemaschine, in nicht näher dargestellte einzelne, winkelverstellbare Ro'len aufgegliederte Un-

terwalzen gemeinsam mit nach Größe und Einführungsrichtungen Vi, V₂, V₃ unterschiedlichen definierten Geschwindigkeiten angetrieben. Die Oberwalze (Fig.9) besteht im wesentlichen aus einer fliegend gelagerten Welle 18 mit kardanisch gelagerten Laufringen 19, die durch eine Führungsvorrichtung 20 parallel geführt und sowohl im Stillstand als auch während des Betriebes stufenlos verstellt werden können, so daß die Drehrichtung der Laufringe 19 etwa parallel zu der Einführungsrichtung V₃ des inneren Bandes 3 verläuft Die nicht dargestellten einzelnen Rollen der beiden Unterwalzen der 3-Walzen-Biegemaschine 17 werden entsprechend der Einführuhgsrichtung V₍ des äußeren Bandes 1 eingestellt

Die aus der Schlingengrube 15 kommenden Bänder werden durch Führungen 21, 22, 23 (Fig. 1), die in horizontaler Ebene um eine senkrechte Achse schwenkbar und für jedes Band getrennt einstellbar sind, umgelenkt und in zwei unmittelbar vor der Formstation 16 angeordneten Bandkantenbearbeitungsstation 24 an allen Bandkanten so bearbeitet, daß zum einen die Bandkanten in der Formstation die Nahtgeometrie (F i g. 3 und F i g. 8) für eine gemeinsame Stumpfstoßschweißung aller Bänder bilden und zum anderen unabhängig von der jeweiligen Säbeligkeit und/oder anderer Abweichungen des Längskantenverlaufes der Bänder eine jeweils größtmögliche Breite erreicht wird.

Hierzu werden auf jeder Seite der Bänder angeordnete Werkzeugschlitten 25 (F i g. 4) mit zwei hintereinander angeordneten Satzfräsern 26 und 27 sowie Satzprofilfräser 28 senkrecht zur Einführungsrichtung V₂ des mittleren Bandes durch einen Antrieb 30 in Verbindung mit einer Steuerung 31 und Abtasteinheiten 32 entsprechend dem Verlauf der Bandkanten so zugestellt, daß die jeweils größtmögliche Breite erreicht wird.

Die Steuerung 31 besteht im wesentlichen aus Positionsgebern 33, 34 und 35, Positionsauswertung 36, Regelverstärker 37 und Leistungsverstärker 38.

Die erforderliche Durchmesserstufung der Satzfräser 26, 27 ist durch die Winkeldifferenz zwischen den Einführungsrichtungen des inneren und mittleren bzw. mittleren und äußeren Bandes vorgegeben (Fig.4, 5 und 6).

Die Durchmesser der Satzfräser 26, 27 sind so gewählt, daß die maximal zu erwartende Schnittiefe auf beide Satzfräser in etwa gleichmäßig aufgeteilt wird. Dabei ist durch die Steuerung 31 sichergestellt, daß jede Schneide des Satzfräsers 27 im Eingriff ist, aber nur eine jeweils minimale Gesamtzerspanung erfolgt.

Profil und Durchmesserstufung des Satzprofilfräsers 28 sind durch die gewählte Nahtgeometrie für den Stumpfstoß vorgegeben (F i g. 3 und 8).

Durch Führungsleisten 39 werden die Bänder in der Bandkantenbearbeitungsstation 24 in vertikaler Richtung geführt

Zur geradlinigen Führung der Bänder unter den vorgegebenen Einlaufrichtungen V_t, V₂, V₃, die wegen der für alle Rohrschichten gleichen Steigungen der Schraubenlinien, aber unterschiedlichen Durchmessern, unterschiedlich sind, dienen je eine auf jedem Werkzeugschlitten 25 angeordnete Spannrolle 40 und je ein Paar vor der Bandkantenbearbeitungsstation 24 an jedem Band gegenüberliegend angeordnete Führungsrollen 41.

Die Spannrollen 40 sind entsprechend den Winkeldifferenzen zwischen den Einführungsrichtungen des inneren und mittleren Bandes bzw. mittleren und äußeren Bandes im Durchmesser abgestuft und werden durch ein Hydrauliksystem 29 mit einstellbarer, gleichbleibender und für beide Seiten gleich großer Kraft an die aufeinander abgestimmt gefrästen Kanten der drei Bänder angepreßt (s. F i g. 7).

Die Führungsrollen 41 werden durch Antriebe 42 in Verbindung mit Steuerungen 43 und Abtasteinheiten 44 entsprechend dem Längsverlauf der Bandkanten verstellt

Steuerung 43 besteht im wesentlichen aus Sollwert-Positionsgeber 45, Istwert-Positionsgeber 46, Regelverstärker 47 und Leistungsverstärker 48.

Durch dieses Führungssystem werden die einzelnen Bänder stets gradlinig entsprechend den eingestellten, unterschiedlichen Einführungsrichtungen geführt. Während die Spannrollen 40 auf beiden Seiten der Bänder an die bereits aufeinander abgestimmt gefrästen Bandkanten mit gleich großer Kraft angepreßt werden und somit eine Verschiebung der Bänder, d. h, Änderung der Einführungsrichtung infolge der Anpreßkraft ausgeschlossen ist, wird ein Verschieben der Bänder durch die Führungsrollen 41 infolge eines von der vorgegebenen Einführungsrichtung abweichenden Bandkantenverlaufs durch die Nachführsteuerung verhindert.

Nach der Bandkantenfräsung werden die Bänder durch die 3-Walzen-Biegemaschine 17 (Fig. 1) im Bereich der Biegelinie gemeinsam angetrieben und gebogen und anschließend das mittlere und äußere Band mit der bereits eingeformten Windung mittels Schweiß brenner 49 ζ. Β. kontinuierlich heftgeschweißt

Aus F i g. 3 ist z. B. ersichtlich, daß lediglich eine Heftung des mittleren Bandes 2 mit dem äußeren Band 1 erfolgt ist. Die Fertigschweißung des gesamten Stumpfstoßes könnte in diesem Fall nach Abtrennung der entsprechenden Rohrlängen auf besonderen Nachschweißständen erfolgen.

Zur Regelung des Schweißspaltes innerhalb der erforderlichen engen Grenze wird nur in an sich bekannter Weise der Rohrauslaufrahmen 50 (Fig.2) mit Steuerlünette 51 durch Antrieb 52 in Verbindung mit Schweißspaltsteuerung 53 entsprechend geschwenkt.

Das endlos produzierte, geheftete Rohr kann durch eine mitlaufende Plasma-Schneidvorrichtung 54(F i g. 2) in Einzellängen getrennt und auf separaten Nachschweißständen von innen und außen nach dem Unterpulver-Schweißverfahren fertiggeschweißt werden. Bei der Einrichtung der Anlage wird die Grundein·

so stellung des Winkel «₂ (F i g. 2) der Einführungsrichtung V₂ des mittleren Bandes 2 — entsprechend dem Durchmesser der mittleren Rohrschicht und der Bandbreite — durch Ausrichten des Rohrauslaufrahmens 50 vorgenommen, während die Einführungsrich- tungen Vi und V₃ mit den Winkeln «1 bzw. «3 durch geringfügiges Versetzen der Führungen 21, 23 und 41 des inneren bzw. äußeren Bandes gegenüber den Führungen 22, 31 des mittleren Bandes 2 eingestellt werden (F i g. 1), wobei die Sollwinkelabweichungen der Einführungsrichtungen Vi, V₂, V₃ gegeneinander durch die Stufenprofilierung der Spannrollen 40 fest vorgegeben sind (F i g. 4 und 7).

Dabei sind die Winkel «1, «2, «3 des Winkels zwischen den Einführungsrichtungen Vi, V₂, V₃ und der

Senkrechten auf die Formstationsachse zu verstehen.

Für die Funktion der Laufringverstellung an der Oberwalze der 3-Walzen-Biegevorrichtung 17 ergibt sich aus den F i g. 9 bis 12, daß auf der in den Lagern 55,

56 fliegend gelagerten, angetriebenen Welle 18 über zwei diametral angeordnete Drehzapfen 57, Zwischenringe 58 gelagert sind. Am Außenumfang der um die gemeinsame Achse der Drehzapfen 57 schwenkbaren Zwischenringe 58 sind, — um 90° zu den am Innenumfang angeordneten Drehzapfen 57 versetzt — diametral zwei Drehzapfen 59 angeordnet, um deren gemeinsame Achse sich die Laufringe 19 bewegen können.

Die Führungsvorrichtung 20 besteht im wesentlichen aus sich in Führungsnuten 60 der Laufringe 19 führenden und abstützenden, halbschalenartig ausgebildeten Führungssegmenten 61, mit denen über Verbin-

dungsstangen 62, 62, 64 mittels eines Stellantriebes 65 auch während des Betriebes stufenlos die Laufringe 19 in die gewünschte Einführungsrichtung V3 verstellt werden können. Die Verbindungsstange 63 ist dabei an dem Lager 56 und an einer durch die Welle 18 geführten Stütze 66 gehalten. Bei Drehung der Welle 18 ergibt sich, daß die Laufringe 19 durch die Führungsvorrichtung 20 in der eingestellten Einführungsrichtung V₃ bleiben. Durch die kardanische Lagerung über die Drehzapfen 57,59 führen dagegen die Zwischenringe 58 eine Taumelbewegung aus, wobei zwei Taumelstellungen in den F i g. 9 und 11 bzw. 12 dargestellt sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

809 584/496

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Schraubennahtrohre aus mehreren lose übereinanderliegenden Bändern, die einzeln abgewickelt, gerichtet, deren Bandkanten bearbeitet und die nach Bildung einer Bandschlinge der Verformungsstation unter dem dem jeweiligen Rohrdurchmesser entsprechenden Einlaufwinkel zugeführt und danach gemeinsam zu einem Rohrstrang verschweißt werden, der anschließend in einzelne Rohre zerteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bänder (1,2,3) gemeinsam und unabhängig von den Unregelmäßigkeiten des jeweiligen Bandkantenlängsverlaufes in stetig geraden Einführungsrichtungen (Vi, V₂, V₃) zugeführt werden, daß die Bearbeitung aller Bandkanten gemeinsam auf eine aufeinander abgestimmte, jeweils größtmögliche Breite vorgenommen wird und danach die Bänder gemeinsam vorgeschoben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bänder (1, 2, 3) im Bereich der Biegelinie in den Einführungsrichtungen (V\, V₂, V3) angetrieben werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Lage der einzelnen Bandkanten zueinander gemessen wird, die Meßwerte zu Stellsignalen für die Bearbeitung umgeformt werden und jede Bandseite unabhängig ·*> voneinander bearbeitet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einformen die Bandkanten mindestens eines Bandes verschweißt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4 mit einer Bandvorbereitungsstation und einem Schraubennahtrohrwerk mit Biegevorrichtung für die zugeführten Bänder, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Füh- *o rungssystems für die Bänder vor der Rohrformstation, mit zwei Spannstellen, bestehend aus je einer Führungsrolle (41) und einer Spannrolle (40) für jedes Band und einer Bandkantenbearbeitungsstation (24) für alle Bänder mit zugehöriger Steuerung (31) an jeder Seite der Bänder (1, 2, 3) sowie durch eine mit der Biegevorrichtung kombinierte Antriebsvorrichtung (17) für die Bänder.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur geradlinigen Führung der Bänder so (1, 2, 3) unter den unterschiedlichen definierten Einführungsrichtungen (V\, V₂, V₃) an jeder Seite der Bänder eine in jeder Bandkantenbearbeitungsstation (24) angeordnete, die drei Bänder (1, 2, 3) gemeinsam haltende Spannrolle (40) und für jedes Band eine vor der Bandkantenverarbeitungsstation (24) angeordnete Führungsrolle (41) sowie ein Nachführsystem (42—48) zur Nachsteuerung jeder Führungsrolle (41) entsprechend dem jeweiligen Bandkantenlängsverlauf angeordnet sind. ^6Ü

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandkantenbearbeitungsstationen (24) im wesentlichen aus einem Werkzeugschlitten (25) mit mindestens einem Satzfräser (26, 27), der Spannrolle (40) mit dem &³ zugehörigen Hydrauliksystem (29) und einem Satzprofilfräser (28) sowie einer Steuerung (31) bestehen.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Satzfräser (26,27), die Spannrollen (40) und die Satzprofilfräser (28) eine dem Verlauf der Einführungsrichtungen (Vi, V₂, V₃) und dem Abstand von der Verformungsstation entsprechende Stufenprofilierung aufweisen.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberwalze und/oder die Unterwalzen der als 3-Walzen-Biegemaschine ausgebildeten Biege- und Antriebsvorrichtung (17) aus einer in Rohrachse angeordneten Welle (18) mit kardanisch gelagerten Laufringen (19) bestehen, die durch stufenlos winkelverstellbare Führungsvorrichtungen (20) in Einführungsrichtung geführt werden.