DE2818671B2 - Verfahren zur Entspannung eines in einen Rohrboden mechanisch eingewalzten Rohres - Google Patents
Verfahren zur Entspannung eines in einen Rohrboden mechanisch eingewalzten RohresInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entspannung eines in einen Rohrboden mechanisch
eingewalzten Rohres in seinem Übergangsbereich zwischen dem eingewalzten Teil und dem unverformten
Teil des Rohres.
Bekannt ist in· der Technik das Verfahren zum
mechanischen Einwalzen von Rdiren an einem Träger, insbesondere an einer Platte mit derartige Rohre
aufnehmenden Bohrungen. Diese Platte ist von der Art einer Platte mit Wärmetauschrohren. Das Verfahren
besteht in einem ersten Schritt in einer Aufweitung jedes Rohres von innen her, um es in Berührung mit der
Oberfläche der entsprechenden Bohrung zu bringen, und besteht in einem zweiten Schritt im Drücken des
Rohrs gegen die Wand, wobei ein tatsächliches Kaltwalzen oder -schmieden des Rohrmetalls erfolgt,
was ein Haften des Rohrs an der Platte gewährleistet. Die Materialarten des Rohrs und der Platte werden
vorteilhaft so gewählt, daß deren mechanische Eigenschaften zu einer plastischen Verformung des Rohrs
führen, ohne daß die Elastizitätsgrenze der Platte überschritten wird. Das ausgeführte Einwalzen kann
gegebenenfalls durch eine Endverschweißung vervollständigt werden.
Das Einwalzen von Rohren erfolgt in üblicher Weise mittels geeigneter Werkzeuge, die im allgemeinen eine
Reihe von Rollen aufweisen (»Industrie-Anzeiger Essen«, 8.2.1957, Seiten 160-162).
Die Achsen dieser Rollen sind zur Achse der Bohrung und des in diese eingesetzten Rohre parallel oder
geneigt. Die Rollen werden von einer dazwischen verschobenen axialen Spindel gedreht und nach außen
gedrückt und drücken die Wand des Rohrs gegen diejenige der Bohrung.
An der Stelle, die den eigentlichen eingewalzten Teil
mit größerem Durchmesser von dem Teil trennt, wo das Rohr seinen Nenndurchmesser aufweist, weist das Rohr
nicht vernachlässigbare Restspannungen auf, die in korrodierender Umgebung zu Rissen und gegebenen
falls einem Durchbrechen der Rohre im Betrieb führen
können. Es scheint daher unbedingt erforderlich zu sein, vor der Inbetriebnahme der Rohre, insbesondere in
einem Wärmetauscher, eine vorhergehende Entspannung der genannten Bereiche zur Erzielung einer fast
vollständigen Entspannung dieser Restspannungen
durchzuführen, die für das endgültige gute Verhalten dieser Rohre schädlich sind.
Es wurden bereits verschiedene Entspannungsverfah-
in ren in Betracht gezogen, die im einzelnen aus einer
Wärmebehandlung der betroffenen Bereiche bestehen. Jedenfalls weist dieser Vorgang zu seiner vorschriftsmäßigen
Durchführung in dem Maß Schwierigkeiten auf, in dem die Erhitzung auf den Übergangsbereich zwischen
Ii dem eingewalzten Teil und dem nicht verformten Teil
der Rohre beschränkt werden muß, um nicht gleichzeitig die Spannungen zu entspannen, die die mechanische
Festigkeit der Einwalzung selbst gewährleisten, vor allem wenn der Ausdehnungskoeffizient der Rohre
größer als derjenige der Platte ist. Wenn überdies das Rohr gegenüber dem Fließen widerstandsfähiger als die
Platte ist, z. B. wenn das Rohr aus nichtrostendem austenitischen Stahl oder aus einer Legierung mit
hohem Nickelgehalt und die Platte aus z. B. Kohlenstoff-
>■) stahl hergestellt sind, führt der angewendete Wärmezyklus,
dessen Temperatur beschränkt ist, um die Eigenschaften der Platte nicht zu verschlechtern, nur zu
einer geringen Absenkung der Spannungen jenseits des eingewalzten Bereichs. In Anbetracht dieser Schwierig-
Jd keiten ist jedenfalls keines dieser Verfahren Gegenstand
einer ausgedehnten industriellen Anwendung, und es wurde in den weitaus meisten Fällen bis heute keine
Entspannung der betroffenen Bereiche durchgeführt.
Aufgabe der Erfindung' ist die Schaffung eines
Aufgabe der Erfindung' ist die Schaffung eines
si Verfahrens der eingangs genannten Art, das bei bereits
ausgeführter Einwalzung durchgeführt werden kann, d. h. nachdem die Verbindung zwischen dem Rohr und
dem Rohrboden fertiggestellt ist.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine gesteuerte bleibende radiale Aufveitung wenigstens in
seinem Übergangsbereich zwischen dem eingewalzten Teil und dem Teil des Rohrss, an dem es seinen
Nenndurchmesser beibehalten hat.
Dieses Verfahren beruht auf einem allgemein
•n bekannten Prinzip, das in der Entspannung der
Restspannung eines behandelten Bauteils besteht, indem dieses in der Weise einer mechanischen
Verformung unterzogen wird, daß die Gesamtelastizitätsgrenze des Bauteils erreicht wird. Die Restspannun-
>(> gen unterworfenen Bereiche verformen sich dann
plastisch, während die Bereiche ohne Spannungen weniger beansprucht werden, wobei die Verformung
zur Vermeidung eines schädlichen Abhebens der Wand des Rohrs im eingewalzten Bereich dauernd kontrolliert
ί·Ί bleibt. Daraus ergibt sich eine Anpassung der verschiedenen
Bereiche des Bauteils in der Weise, daß nach der Entspannung, d. h., wenn das Bauteil praktisch zu seiner
Ausgangsform zurückgekehrt ist, das Niveau der örtlichen Restspannungen beträchtlich herabgesetzt ist.
wi Ein derartiger mechanischer Entspannungsvorgang
findet für gewöhnlich an den geraden Teilen von Rohren nach dem Richten unter Erzeugung einer
Zugkraft Anwendung, die am Ende der Herstellung eine geringfügige Verlängerung des Rohrs bewirkt. Jeden-
h'i falls eignet sich dieses Verfahren nicht für den im
einzelnen in Betracht gezogenen Fall, indem die Rohre an einem Träger, insbesondere einem Rohrboden,
eingewalzt sind.
Das Verfahren zur Erfindung beruht auf einer abweichenden Verwirklichung desselben Prinzips, indem
eine kontrollierte radiale Aufweitung der betroffenen Bereiche vorgenommen wird.
Diese Aufweitung kann durch Steuerung des axialen Vorschubs eines konischen oder spitzbogenförmigen
Werkzeugs, durch Verwendung eines radial nach außen ausdehnbaren Werkzeugs oder durch eine Einwalzvorrichtung
mit sich drehenden Rollen, d. h. mit Mitteln erfolgen, v,le sie an sich aus der schon genannten
Druckschrift (»Industrie-Anzeiger Essen«, 8. 2. 1957, Seiten 160-162) bekannt ist.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine radiale Aufweitung des Rohrs durch Einführen eines unter
Druck stehenden Druckmittels in das Rohr zu erzeugen, was ebenfalls an sich bekannt ist (DE-OS 24 00 148).
Unter Ausnutzung dieser letzteren Verfahrensweise ist Gegenstand der Erfindung außerdem das im
Anspruch 2 gekennzeichnete Verfahren.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert;
darin zeigen
Fig. 1 und 2 schematische Längsschnitte eines an eine Platte gewalzten Rohrs und eines in das Rohr
eingesetzten Werkzeugs, das die Entspannung der Spannungen in der Übergangszone zwischen dem
eingewalzten Teil und dem äußeren Teil mit dem Nenndurchmesser des Rohrs ermöglicht,
Fig.3 in kleinerem Maßstab eine weitere Variante
einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Gemäß Fig. 1 ist ein Ende 1 eines zylindrischen metallischen Rohrs an einer ebenfalls metallischen quer
verlaufender. Platte 2 durch ein übliches Einwalzverfahren befestigt. Hierzu enthält die Platte 2 eine Bohrung 3,
deren Abmessungen das Einsetzen des Rohrs 1 ermöglichen, wobei der in der Bohrung befindliche Teil
4 des Rohrs durch irgendeine geeignete Einrichtung, etwa eine Einwalzvorrichtung mit nicht gezeigter
axialer Spindel, gegen die Innenwand der Bohrung gedruckt wird, wobei das Einwalzen des Rohrs und
dessen Huiten verwirklicht werden. Der auf diese Weise
eingewalzte Teil 4 schließt sich an den jenseits der Bohrung 3 gelegenen und den Ner.ndurchmesser
aufweisenden Teil 5 des Rohrs über eine gestrichelt dargestellte Übergangszone 6 an.
Erfindungsgemäß erfolgt die Entspannung der durch das Einwalzen in der Übergangszone 6 erzeugten
Restspannungen durch den von innen her und jenseits des eingewalzten Teils 4 erfolgenden Eingriff eines
konischen oder spitzbogenförmigen Werkzeugs 7. das in der Folge einen axialen allmählichen Vorschub
innerhalb des Rohrs ermöglicht, und zwar durch einen pneuma.ischen oder insoesondere hydraulischen Stellzylinder.
Hierdurch unterliegt die Übergangszone einer Verformung nach außen. Das Werkzeug führt die
Übeirgangszone am Hubende in die in F i g. 8 ausgezogen dargestellte Stellung. Die an der Übergangszone
anzuwendende Verformung liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 0,5% des Durchmessers und kann
z. B. durch Steuerung der Verschiebeamplitude des Werkzeugs 7 automatisch erhalten werden.
Die in Fig. 2 gezeigte Variante besteht in der Verwendung des Werkzeugs 7 (nach Art einer
Einwalzvorrichtung), das die Verformung des Übergangsbereichs 6 des eingewalzten Rohrs durch eine sich
drehende Rollen 9 aufweisende axiale Spindel erzeugt. Auch hier wird die sich aus der Verformung des
Übergangsbercichs ti lach außen ergebende Ffntspan
nung der Spannungen leicht eingestellt durch Programmierung des Stillstands der die Rollen tragenden
Spindel nach einer zweckmäßigen Anzahl von deren Umdrehungen entsprechend einer gegebenen Verformung,
die durch eine vorhergehende Eichung definiert ist
Bei einer anderen in F i g. 3 gezeigten Durchführung?
Variante des Verfahrens nach der Erfindung erfolgt die Verformung der Übergangsbereiche des Rohrs 1 nach
der Einwalzung seiner Enden 10 und 11 durch eine hydraulische Unterdrucksetzung des Rohrs. Hierzu
werden die eingewalzten Enden durch zwei abnehmbare Dichtungen 12 bzw. 13 verschlossen, wobei die
Dichtung 12 von einer Leitung 14 durchquert ist, die den Innenraum des Rohrs mit einer hydraulischen Pumpe 15
oder dergleichen verbindet. Dabei wird der Druck in der Leitung 14 durch ein Manometer 16 gemessen. In
gleicher Weise wird die Dichtung 13 über eine Leitung 17 mit einem Ablaßventil 18 verbunden.
Bei dieser Ausführungsvariante wird der von der hydraulischen Pumpe 15 im Roh' ί erzeugte Druck so
gewählt, daß eine ausreichende Verformung der Übergangsbereiche des Rohrs jenseits der eingewalzten
Teile erzeugt wird durch Herstellung einer einen gegebenen Wert erreichenden mittleren Umfangsbelastun>_;
Zur Berechnung des zur Entspannung aller Rohre eines gegebenen Satzes erforderlichen minimalen
Drucks kann es vorkommen, daß aufgrund der großen Streuungen der mechanischen und geometrischen
Eigenschaften dieser Rohre eine Situation vorliegt, bei der der zur Entspannung des widerstandsfähigsten
Rohrs erforderliche Druck zu einer übermäßigen Verformung des am wenigsten widerstandsfähigen
Rohrs führt. Es kann daher schädlich sein, auf alle Rohre einen gleichen Innendruck auszuüben zur Erzielung der
Entspannung der Übergangsbereiche.
Das angewendete Vorgehen kann zweckmäßig so abgeändert werden, daß die Rohre mit einer identischen
Volumenänderung für alle Rohre beaufschlagt werden was zur Ausübung einer Verformung anstatt einer
Beanspruchung führt.
Die Beziehung, die die innere Volumenveränderung Δ Vdes Rohrs mit der Durchmesserveränderung ΔΦ des
Rohrs verbindet, ist durch folgende Forme! gegeben:
I Γ =
L <lr
'/'■■
Hierbei ist L die Länge des Rohrs und Φ, der mittlere
Innendurchmesser. Dieses Volumen AV ist auch dasjenige des nach der Füllung des Rohrs einzuführenden
Druckmittels, wenn mit einem inkompressibien Drx'tmittel gearbeitet wird.
Die obige Beziehung (1) hat den Vorteil, keine Wechselbeziehur g mit der Dicke der Rohre einzugehen.
Überdies sind bei ein und demselben Satz von Rohron die Veränderungen am Innendurchmesser im allgemeinen
gering und liegen in der Größenordnung von ± 2Vo. Folglich verändert sich die zur Erzielung einer
gegebenen Verformung ' erforderliche Volumenveränderung Δ V von einem Rohr zum anderen nur. wenn
sich die Länge L verändert. Insbesondere ist bei Wärmetauschern, deren Rohrlängen sich nicht in zu
großen Grenzen verändern, die zur Entspannung erforderliche Volumenveränderung Δ V praktisch s'.cts
dieselbe.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht folglich eine einfache und praktische Durchführung der
mechanischen Entspannung von an einem Träger, insbesondere einer Platte, eingewalzten Rohren, wodurch
die mechanischen Eigenschaften dieser Rohre gegenüber der Korrosion unter Spannung dank der
Entspannung der Spannungen verbessert wird, von denen in gewissen Umgebungen die Gefahr ausgeht,
daß sie nicht wieder zu beseitigende Rißbildungen erzeugen. Das Verfahren nach der Erfindung findet, wie
bereits ausgeführt, in den Fällen Anwendung, in denen die Rohre durch vorhergehende mechanische Einwalzung
an ihrer Platte oder ihrem Träger befestigt sind. Wenn dagegen die Befestigung der Rohre sich aus einer
Verformung mittels hydraulischer Ausdehnung ergibt, ist das vorliegende Verfahren nicht von Interesse, da ein
derartiges Befestigungsvorgehen keine Restspannungen erzeugt, die denjenigen des mechanischen Einwalzens
gleichen.
Claims (2)
1. Verfahren zur Entspannung eines in einen Rohrboden mechanisch eingewalzten Rohres in
seinem Übergangsbereich zwischen dem eingewalzten Teil und dem unverformten Teil des Rohres,
gekennzeichnet durch eine gesteuerte bleibende radiale Aufweitung wenigstens in seinem
Übergangsbereich zwischen dem eingewalzten Teil und dem Teil des Rohres, an dem es seinen
Nenndurchmesser beibehalten hat.
2. Verfahren zur Entspannung von in eine Tragplatte an beiden Enden mechanisch eingewalzten
U-förmigen identischen Wärmeaustauschrohren in ihren Übergangsbereichen zwischen den eingewalzten
Teilen und dem unverformten Teil jedes Rohres, gekennzeichnet durch eine gesteuert bleibende,
einer bei allen Rohren identischen Volumenänderung entsprechende, radiale Aufweitung wenigstens
Li den Übergangsbereichen zwischen den eingewalzten Teilen und dem Teil jedes Rohres, an
dem es seinen Nenndurchmesser beibehalten hat, durch Einführung eines unter Druck stehenden
Druckmittels in die Rohre.
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