DE2818671C3

DE2818671C3 -

Info

Publication number: DE2818671C3
Application number: DE2818671A
Authority: DE
Inventors: Georges Le Champagne-Sur-Seine Fr Huede; Guy Fontainebleau Fr Zacharie
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1990-06-21
Also published as: DE2818671B2; ZA781799B; FR2389429A1; IT7867857A0; US4134287A; IT1108654B; BE866448A; ES469259A1; DE2818671A1; FR2389429B1; CH620380A5; GB1582408A; SE427991B; SE7804970L

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 Rohren 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 Nanndruchmesser aufweist, weist das Rohr nicht vernachlässigbare Restspannungen auf, die in korrodierender Umgebung zu Rissen und gegebenenfalls 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 Entspannungsverfahren 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 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. Kunststoffstahl 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 Schwierigkeiten 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.

Andererseits ist ein Vorschlag bekannt ("VDEW, Niederschrift über die 17. Sitzung des Arbeitskreises "Kondensationsanlagen" am 17.9.1970 in Ismaning bei München", Seiten 13-19), durch flacheres Anschrägen der Walzenenden die eingebrachten Spannungen zu verringern.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines 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 Aufweitung wenigstens in seinem Übergangsbereich zwischen dem eingewalzten Teil und dem Teil des Rohres, an dem es seinen Nenndurchmesser beibehalten hat.

Dieses Verfahren beruht auf einem allgemein 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 Restspannungen 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 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.

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. Jedenfalls 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, wie 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 Rohres 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 verlaufenden 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 gedrückt wird, wobei das Einwalzen des Rohrs und dessen Haften verwirklicht werden. Der auf diese Weise eingewalzte Teil 4 schließt sich an den jenseits der Bohrung 3 gelegenen und den Nenndurchmesser 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 pneumatischen oder insbesondere hydraulischen Stellzylinder. Hierdurch unterliegt die Übergangszone einer Verformung nach außen. Das Werkzeug führt die Übergangszone am Hubende in die in Fig. 1 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 Übergangsbereichs 6 nach außen ergebende Entspannung 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 Fig. 3 gezeigten Durchführungsvariante 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 Monometer 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 Rohr 1 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 Umfangsbelastung. 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 widerstandsfähigen 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 V des Rohrs mit der Durchmesserveränderung ΔΦ des Rohrs verbindet, ist durch folgende Formel gegeben:

Hierbei ist L die Länge des Rohrs und Φ _i der mittlere Innendurchmesser. Dieses Volumen Δ V ist auch dasjenige des nach der Füllung des Rohrs einzuführenden Druckmittels, wenn mit einem inkompressiblen Druckmittel gearbeitet wird.

Die obige Beziehung (1) hat den Vorteil, keine Wechselbeziehung mit der Dicke der Rohre einzugehen. Überdies sind bei ein und demselben Satz von Rohren die Veränderungen am Innendurchmesser im allgemeinen gering und liegen in der Größenordnung von ±2%. Folglich verändert sich die zur Erzielung einer gegebenen Verformung

erforderliche Volumenverhänderung 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 stets 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

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 ∪-förmigen identischen Wärmetauschrohren 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 in 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.