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Uralskij Nautschno-Issledowatelskiå
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Institut Trubnoj Promyschlennost, Tschelåabinsk/UdSSR VERFAHREN ZUM
REDUZIEREN UND KALIBRIEREN VON SCHWEISSROHREN SOWIE WALZWERK ZUR DURCllFHRUNG DES
VERFAHRENS Die vorliegende-Erfindung bezieht sich auf die Technologie und Ausrüstung
für die Rohrherstellung insbesondere auf ein Verfahren zum Reduzieran und Kalibrieren
von Schweissrohren sowie auf ein Walzwerk zur Durchführung des Verfahrens.
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Die Erfindung kann beim Reduzieren und Kalibrieren von Rohren auf
kontinuierlichen Rohr-Feuerschweissanlagen sowie Rohr- Elektroschweissanlagen zur
Anwendung kommen.
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Die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf bestehenden und neu
zu errichtenden Walzwarken mit Zweiwalzengerüsten gestattet/bs, Rohre mit einer
festeren Schweissnaht und einer genauaren Wanddicke (geringere Dickendifferenz im
Querschnitt) zu erzeugen.
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In der Mehrheit der industriell entwickelten Länder hat die Erzeugung
von Schweissrohren eine weite Verwendung gefunden.
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Das Verfahren zum kontinuierlichen Schweissen von Rohren Behandlung
zur in Kombination mit anschiiessender/ Durchmesserabnahme (Reduzieren und Kalibrieren)
derselben gewährleistet eine höhere Leistung und niedrigere Selbstkosten als das
Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren. Jedoch sind dabei die mechanischen
und physikalischen Charakteristiken der Schweissnaht und der angrenzenden Bereiche
ungünstiger als die des Muttermetalls.
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Das Problem auf diesem Gebiet der Technik besteht in der Erhöhung
der Festigkeit der Schweisanaht sowie in der Annäherung der Eigenschaften der Schweissrohre
afl diejenigen der nahtlose Rohre unter Verringerung der Ausgaben und Steigerung
der Leistuag.
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Gegenwärtig ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohren durch kontinuierliches
Feuerschweissen (Fretz-Moon-Verfahren) mit anschliessencteia Reduzieren des heissen
Rohres weit verbreitet (siehe das Buch von Ju.M. Matwejew, Ju.W. Samar3anow, P.G.
Gilew u.a. Neue Prozesse der Rohrherstellung, Verlag "Ketallurgiån", 1969, S. 25-31).
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Gemaß diesem Verfahren wird das Rohr aus einem auf Schweisstemperatur
erhitzten Band im ersten Gerüst zu einem Schlitzrohr unter einem Winkel von 2200
bis 2700 gebogen, und im zweiten Gerüst wird dieses zu einem Rohr verschweisst,
das in den nachfolgenden Gerüsten reduziert und Kalibiriert wird, Die ovalen Zweiwalzenkaliber
der Gerüste folgen auSeinander, wobei jedes nachfolgende Kaliber um 900 gegen das
vorhergehende versetzt ist.
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den die Zu Nachteilen dieses Verfahrens zählen/grosse UnÖlelchdie
mässigkeit der Verformung in don Kaliberanzügen und zyklische Verbiegung der Rohrabschnitte
in der Ebene der Ealibergründe und -snzüge, da der Konvergenzwinkel der Abschnitte
des Rohrquerschnitts von 1800 im Kalibergrund bis 1600 im Kalibern an um variiert.
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Dabei erfolgt eine starke Verbiegun,- der Rohrwand, wodurch grosse
Zugspannungen der Rohraussenlagen im Kaliberanzug und der Inenlagen beim Übergang
dieses Abscht t-s in den Grund des nachfolgenden Kalibers hervorgerufen werden.
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Bekanntlich weist die Schweissnaht im Augenblick ihrer Bildung beim
Feuerschweissen eine geringe Festigkeit auf, was durch die hohe Temperatur der zu
verschweissenden Kanten (bis 14800C), den niedrigen Schweissdruck und die Vergrösserung
an der Konzentration/Verunreinigungen im Nahtbereich bedingt ist.
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den Unter/genannten Bedingungen führt die zyklische Verbiegung des
Rohrabschnitts mit der Naht vor deren Abkuhlen zu einer einem Schwächung der Naht
sowie zur ungenügendan Durchschweissen infolge der Entstehung von Heissrissen auf
der Aussen- und Innenfläche.
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Die grosse Ungleichmassigkeit der Verformung in don Anzbgen der Ovalkaliber
hat eine stärkere Verdickung dieser Abschnitte und eine Dickendifferenz im Querschnitt
zur Folge.
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Ein anderes weit verbreitetes Verfahren zur Rchrherstellung ist das
Schweissen von Rohren aus Kaltband unter Erhitzung der Kanten vor dem Schweissen
durch Hochfrequenzstrom, Gleichstrom
usw. mit anschliessendem Kalt-
bzw. War=eduzieren.
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Dieses Verfahren eist dieselben Nachteile wie bereits oben erwähnt
auf. Ausserdem wird beim Kaltreduzieren eine erhöhte Verfestigung der Abschnitte
beobachtet, die durch zyklische Verbiegung beeinflusst werden, wodurch die maximal
zulässige Grösse der Streckung und die Leistung herabgesetzt werden.
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Bekannt ist ein Verfahren zur Verformung von Rohren in Walzen, deren
Kaliber zwecks Erzeugung von rechteckigen Profilrohren durch konjugierende Bögen
von drei Radien gebildet sind, wobei sich beim uebergang des Rohres aus einem Kaliber
in das andere zwei Radien bis ins Unendliche steigern und die Flansche des rechteckigen
Profils bilden, während sich der konjugierende Radius auf die Grösse des Abrundungsradius
der Fertigprofilkanten verringert.
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Jedoch ist dieses Verfahren auf das Reduzieren und Kalibrieren von
runden Rohren nicht anwendbar.
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Es ist ein Verfahren zum Reduzieren und Kalibrieren von Rohren in
Walzen mit Zweiradienkalibern bekannt. Jedoch gestattet dieses Verfahren es nicht,
das Rohr derart zu verformen, dass dessen Radius im Kaliberanzug dem Radius am Scheitel
des vorhergehenden Kalibers gleich ist.
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Die vorliegende Erfingung bezweckt, die oben genannten Nachteile
zu beseitigen.
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Der erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zum
Reduzieren und Kalibrieren von Rohren sowie ein
Walzwerk zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen, durch welches die Nahtfestigkeit der Schweisarohre sowie
deren Genauigkeit infolge der Formanderung des Rohres wähnend dessen Verformung
über den Durchmesser vergrossert wird.
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Die gestallte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass nach einem Verfahren
zum Reduzieren und Kalibrieren von Schweisarohren, bei dem das Rohr im Durchmesser
in Kalibern verformt wird, welche durch die Walzen der abwechselnd angcordneten
horizontalin und ve~tilSalen Gerüste gebildet werden, erfindungssemäss die Verformung
des Schweissnaht/bereiches durch die Abschnitte der Walzenkaliber durchgeführt wird,
die die gleiche Krümmung aufweisen.
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Die gestellte Aufgabe wird ebenfalls dadurch gelöst, dass in einem
Walzwerk zur Durchführung des Verfahrens zum Reduzieren und Kalibrieren von Schweissrohren,
weiches abwechselnd angeordnete horizontale und vertikale Gerüste mit Walzen enthält,
deren Arbeitsflache durch konåugierende Bögen von mindestens zwei Radien gebildet
ist, erfindungsgemäss mindestens einer der Bögen einen Xnit dem Schweisskaliberradius
gleichen Radius aufweist, wobei die Scheitel der Bögen vom gleichen Radius in der
gleichen durch die alzwerngsache verlaufenden Ebene auf der Linie der Schweissnahtbewegung
liegen.
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Durch ein derartiges Verfahren zum Reduzieren und Ealibrieren sowie
das Walzwerk zur Durchfuhrung des Verfahrens werden die zyklische Verbiegung der
Rohrprofilabscilnitte in Ealibergründen und anzUgen und folglich die zyklischen
Zugspannungen
und Verformung der Außen- und Innenlagen des Rohres verhindert und die tangentiale
Druekspannung und Verformung beibehalten. Unter derartigen rerformungverhältnissen
wird die Tiefe der unarenugenden Durchschweißung verringert und die Festigkeit der
Schweißnaht erhdht.
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Ein weiteres positives Brgebnls bei der Verwendung der Erfindung
ist die Verringerung der Dickendifferenz im Querschnitt infolge verminderter Verdickung
der Rohrwand in Kaliberansugen und beim Kaltreduzieren die Verringerung der ungleichmäßigen
Verfestigung.
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von Nachstehend wird die Erfindung an Hand/Ausführinsbein spiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen es zeigt:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Reduzier- und Kalibrierwalzwerk in Kombination mit einer
Formung und Schweißeinheit; Fig. 2 ein Einradius-Rundkaliber; Fig. 3 ein Einradius-Ovalkaliber;
Fig. 4 ein Dreiradienkaliber; Fig. 5 ein Zweiradienkaliber; Fig. 6 die schaubildliche
Darstellung des horizontalen Schweißkalibers im Walzgerüst 10 gemäß Fig. 1 und der
Lage der Schweißnaht (Punkt c) in demselben; Fig. 7 die schaubildliche Darstellung
der Lage der Schweißnaht (Punkt c) und des Bogens vom gleichen Radius im Kaliber
des vertikalen Reduziergerüstes 2 gemäß Fig. 1; Fig. 8 die schaubildliche Darstellung
der Lage der Schweißnaht und des Bogens vom gleichen Radius im Kaliber
des
horizontalen ReduziergertYstes 4 gemäß Fig. 1; Fig. 9 die schaubildliche Darstellung
der Lage der Schweißnaht und des Bogens vom gleichen Radius im Kaliber des vertikale
len Reduziergerüstes 3 gemäß Fig. 1; Fig. 10 die Lage der Schweißnaht im Rundkaliber
des letzten Gerüstes gemäß Fig. 1; Fig. 11 ein vertikales Schvjeißkaliber und die
Lage der Schweieißnaht in demselben; Fig. 12 bis 14 die Lage der Schweißnaht und
des Bogens vom gleichen Radius in Kalibern der Reduziergerüste beim vertikalen Schvleißkaliber;
Fig. 15 ein Rtindkaliber des Kalibriergerüstes.
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Das erfindungsgemäße Reduzieren und Kalibrierwalzwerk enthalt einen
Ständer 1 (Fig. t), auf dem vertikale 2, 3 und horizontale 4 Reduziergerüste mit
Walzen 5 aufeinanderfolge, sowie ein Kalibriergerüst 6 mit Walzen j. Die Anzahl
der Reduzier- und Kalibriergelüste kann größer sein.
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Das Reduzier- und Kalibrierwalzwerk ist mit einer Formungs-und Schweißeinheit
vereinigt, welche aus einem Formungsgerüst 8 mit walzen 9 und einem Schweißgerüst
10 mit Schweißwalzen 11 besteht.
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Durch die Arbeitsflächen der Walzen 5, 7, 9, « erden in der Ebene
ihrer Drehachsen Kaliber gebildet. Diese können als zinradius-Rund- (Fig. 2) und-Ovalkaliber
(Fig. 3), Dreiradienkaliber (Fig. 4) und Zweiradienkaliber (Eig. 5) ausgestaltet
werden.
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Das Einradius-Rundkaliber der Walzen (Fig. 2) wird mit einem Radius
R aus dem Zentrum 0 des Kalibers konstruiert. Das Einradius-Ovalkaliber der Walzen
(Fig. 3) wird mit einem Radius R' aus dem Zentrum O' unter Versetzung um die Größe
A relativ zum Zentrum 0 des Kalibers in der Achse y, die senkrecht steht, auf der
Achse X der Trennfuge des Kalibers konstruiert.
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Das Dreiradienkaliber der ?salzen (Fig. 4) wird durch Bögen mit drei
radien konstruiert, u.zw. mit dem Scheitel radius R1 aus dem in der Achse y liegenden
Zentrum 01, mit dem Anzugsradius R3 aus dem in der Achse x liegenden Zentrum 03
sowie mit dem Konjugationsradius R2 aus dem Zentrum °2* das im Schnittpunkt der
Radien R1 und R3 liegt, die in die Konjugationspunkte a und b gezogen werden. Der
in den Konjugationspunkt a gezogene Radius Ri bildet mit der Achse y einen Winkel
o(. Der in den Konjugationspunkt b gezogene Radius R3 bildet mit der Achse x einen
Winkel Das Zweiradienkaliber der Walzen (Fig. 5) wird durch Bögen mit zwei Radien
konstruiert, u.zw. mit dem Scheitelradius Ri aus dem in der Achse y liegenden Zentrum
0'1 und mit dem Anzugsradius h2 aus dem in der Achse x liegenden Zentrum °2 Die
mit den zwei Radien konstruierten Bögen konjugieren im Punkt a', der auf einer Geraden
liegt1 die durch die Zentren zur Achse y 0; und 0'2 unter einem Winkel α/gezogen
ist.
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Das Kaliber (Fig. 6) der Schweißwalzen 11 (Fig. 1) kann als ein Linradius-ltund-
bzw. -Ovalkaliber (Fig. 1, 2), Zweiradienkaliber (Fig. 5) und Dreiradienkaliber
(Fig. 4) ausgestaltet werden.
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Die Arbeitsflächen der in das Walzwerk eingebauten Walzen 5 (Fig.
l), durch welche die Kaliber (Fig. 7, 8, 9) der Reduziergerüste 2, 3, 4 (Fig. 1)
gebildet sind, sind durch konåugierende Bögen mit mindestens zwei Radien konstruiert.
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hrfindungsoemäß ist mindestens einer der Bögen jedes Kalibers, u.z.
bb (Fig. 7), aa' bzw. aa" (Fig. 8), b1b1" ig. 9) durch die Radien R3 (fur Kaliber
der V9rtikalgerüste) (Fig. 7, 9), RX bzw. R'1 (für Kaliber der Horizontalgerüste)
(Fig. 8) konstruiert, die mit dem Radius R des Schweißkalibers b bei der Lage der
Naht (Fig. 6) im Punkt c übereinstimmen. babei liegen die Scheitel der den gleichen
Radius aufweisenden Bögen bb", aa", und b1b1" in dei gleichen Ebene, die durch die
Walzwerklängsachse auf der Linie der Schweißnahtbewegung verläuft, welche die Kaliberebenen
in den Punkten c schneidet.
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Das Kaliber (Fig. 10) der Walzen 7 (Fig. 1) des letzten Kalibriergerüstes
6 stellt einen Kreis mit einem Radius R4 (Fig. 10) dar, der mit dem vorgegebenen
Radius des Fertigrohres 12 (Fig. 1) übereinstimmt.
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Nachstehend werden Beispiele der Durchführung des Verfahrens zum
reduzieren und Kalibrieren von Schweißrohren im Walzwerk beschrieben.
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sas erhitzte Band 13 (Fig. 1) wird in den Walzen 9 der Bandrollmaschine
8 zu einem Schlitzrohr 14 geformt. (Das Formen von Kaltband wird in Walzen mehrerer
Gerüste durchgeführt). Das geformte Schlitzrohr 14 wird zu einen Rohr 15 es im Kaliber
der Walzen 11 verschweißt, wielin Fig. 6 gezeigt ist. Das geschweißte Rohr 15 (fig.
1) wird im Kaliber der
Walzen 5 des Gerüstes 2 reduziert, wie in
Fig. 7 gezeigt ist.
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Um die Verbiegung der Rohrwand mit der Schweißnaht im Punkt C, die
Entstehung der Zugverformung in der Naht in der Nähe der Außenfläche sowie die erhöhte
Verdickung im Bereich der Anzüge zu verhindern, wird das Rohr in einem Dreiradienkaliber
(Fig. 4, 7) verformt, bei dem der Anzugsbogen bti den Radius R3 aufweist, der mit
dem Radius R des Schweißkalibers im Punkt c (ig. 6) übereinstimmt.
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Danach wird das Rohr im Gerüst 4 (Fig. 1) mit horizontalem Walzenkaliber
reduziert, wie in Fig. 8 gezeigt ist.
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Zwecks Verhinderung von Zugspannungen und Verformung der Naht in
der Nähe der Rohrinnenfläche ist das Kaliber der Gerüstwalzen, das ein Zwei- bzw.
Dreiradienkaliber darstellen kann, , derart ausgebildet, daß der Bogen aa" (für
das Dreiradienkaliber) mit dem Radius a konstruiert ist, der mit dem Radius R des
Schweißkalibers übereinstimmt, und der Bogen a'a" (für das Zweiradienkaliber) mit
dem Radius R'1 konstruiert ist, der mit dem Radius R des Schweißkalibers ebenfalls
übereinstimmt.
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Dann wird das Rohr im Gerüst 3 (Fig. 1) mit vertikalen walzen 5 reduziert,
deren Kaliber ein Dreiradienkaliber darstellt, wie in Fig. 4 und 9 gezeigt ist,
wobei der Rohrabschnitt mit der Schweißnaht den Abschnitt des Kalibers mit dem Bogen
brb'i durchläuft, der mit dem Radius R3 konstruiert ist, der mit dem Radius R des
Schweißkalibers übereinstimmt.
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Im letzten Kalibriergerüst 6 (Fig. 1) wird das Rohr durch Kreis die
Walzen 7 zu einem / mit dem Radius R4 talibriert, der
mit dem vorgegebenen
Radius des Fertigrohres übereinstimmt, wie in Fig. 10 gezeigt ist.
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Im Falle einer gröaeren Anzahl von Reduziergerüsten wird das Reduzieren
in Kalibern durchgefahrtt die ebenso wie die oben beschriebenen konstruiert sind.
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Um die Durchführung des erSindungsgemäßen Verfahrens zu gewährleisten,
sollen die Walzenkaliber, bei denen die Achse x in der durch die Walzachse und die
Schweißnaht verlaufenden Lbene liegt, nur als Dreiradienkaliber ausgebildet werden.
Die Kaliber, bei denen die Achse x senkrecht zu der durch die ialzachse und die
Schweißnaht verlaufenden Ebene liegt, können sowohl als Zwei- als auch als Dreiradienkaliber
ausgebildet werden.
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Das Formen von Kaltband wird in Walzen mehrerer Gerüste durchgefuhrt.
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Bei der Hochfrequenzerhitzung sowie bei anderen Arten der elektrischen
Erhitzung werden die Karten von geformten Schlitzrohren üblicherweise in Walzen
mit senkrechten Achsen (Fig. 11) verschweißt. Dabei wird das Reduzieren nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren so vorgenommen, wie es bereits im Beispiel mit dem horizontalen
Schweißgelüst beschrieben wurde. Der Unterschied besteht nur darin, daß die Anordnung
der auf das Scaweißkaliber folgenden Kaliber £ig. 12, 13, 14, 15) anders ist. In
dem auf das Schweißgerüst folgenden Gerüst wird das Rohr in einem kaliber reduziert,
das , da die Achse x senkrecht zu der durch die Walzachse und die Schweißnahtlinie
verlaufenden
Ebene liegt, als Zwei- bzw. Dreiradienkaliber (Fig. 12) ausgebildet werden kann.
Dabei ist der Bogen aa" mit dem Radius R1=R (für das Dreiradienkaliber) bzw. der
Bogen a'a" mit dem Radius R=R (für das ZBeiradienkaliber) konstruiert.
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Im weiteren wird das Rohr im vertikalen Dreiradienkaliber (Fig. 4,
13) reduziert, in dem der Anzugsbogen bb" mit dem Radius R3 konstruiext ist, der
mit dem Radius R des Schweißkalibers im Punkt c der Naht (Fig. 11) übereinstimmt.
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Das Reduzieren des Rohres im nächsten Horizontalgerüst kann im Zweiradienkaliber
(Fig. 5, 14), bei dem der Bogen a'a" mit dem Radius Ri konstruiert ist, der mit
dem Radius R des Schweißkalibers übereinstimmt, bzvJ. im Dreiradienkaliber (Fig.
4, 14), bei dem der Bogen aa' mit dem Radius R1 konstruiert ist, der mit dem Radius
R übereinstimmt, durchgeführt werden.
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Im letzten Kalibriergerüst wird das Rohr ebenfalls zu einem Kreis
mit dem Radius R4 kalibriert, des mit dem vorgegebenen Radius des Fertigrohres (Fig.
15) übereinstimmt.
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Das Reduzieren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sowohl unter
Ausnutzung sämtlicher Walzwerksgerüste als auch unter Ausnutzung eines Teils der
Gerüste durchgeführt werden.
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In den bestehenden kontinuerlichen Feuerschweißwalzwerken, wenn z.B.
nur eine Erhöhung dei Nahtfestiglceit bezweckt wird, genügt es, das Reduzieren nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Gerüsten des Formungs und Scheißwalzwefkes
durchzuführen, wonach die Nahttemperatux bereits niedriger wird und die emseratur
des ganzen Rohres erreicht, während die Naht relativ gleich
fest
mit dem Muttermetall wird. Das Reduzieren im Reduzierstreckwalzwerk wird nach dem
bekannten Verfahren durchgeführt.
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Wenn jedoch die ßrhöhung der Nahtfestigkeit und die Verringerung
der Dickendifferenz im Querschnitt angestrebt bzw.
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die Naht über die gesamte Walzwerkslange aus irgendwelchen Gründen
nicht gleichfest wird, wird das Reduzieren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
in sämtlichen Geiüsten des Walzwerks durchgeführt.
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Die Kaliberwalzen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
können in gewöhnlichen Walzendrehmaschinen mittels Profilschneidstählenbzw. in programmgesteuerten
Drehmaschinen erzeugt werden.
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