DE3019592A1

DE3019592A1 - Stauch-schrumpfvorrichtung

Info

Publication number: DE3019592A1
Application number: DE19803019592
Authority: DE
Inventors: Toshio Ishihara; Tadaaki Taira; Junichiro Takehara
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE3019592C2; US4373365A; IT1143982B; FR2457135A1; JPS55156619A; JPS6023892B2; IT8048751A0; FR2457135B1; CA1134650A

Description

NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA 10812

1-2 j 1-chome, Marunouchi, Chiyoda-ku Tokyo / Japan

Stauch-Schrumpfvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Stauch-Schrumpfvorrichtung zum Reduzieren und Bearbeiten eines O-förmigen Rohr-Rohteils bei der Herstellung eines Stahlrohres, insbesondere eines solchen dickwandigen Stahlrohres, bei dem das Verhältnis von Wandstärke zu Außendurchmesser des Rohres mehr als 2% beträgt.

Die Stahlrohrfertigung nach dem UOE-Verfahren stellt bekanntlich eine der Möglichkeiten zum Produzieren dickwandiger geschweißter Stahlrohre dar. Dieses Verfahren umfaßt im wesentlichen folgende Schritte, nämlich

1. Kantenbearbeitung der Stahlplatte

2. Umbiegen der Kanten der Stahlplatte mittels einer Bördelpresse,

3. U-förmige Ausbildung der Stahlplatte durch eine U-Pormgebung

4. Durchführung einer O-Formgebung an dem U-förmigen Rohr-Rohteilj

5. Anbringung einer Heftschweißung an den Stoßkanten des O-förmigen Rohr-Rohteils,

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6. Anbringung einer inneren und einer äußeren Ober-

flächenschweißung,
7· und Expandierung des Rohres, beispielsweise mittels einer mechanischen Spreizvorrichtung.

Aufgrund seiner Eigenschaften wurde das UOE-Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit großem Durchmesser angewendet. Tiefsee-Rohrleitungen und Stahlrohre für Bauzwecke erfordern allerdings eine große Wandstärke und eine hohe Festigkeit, und es ergeben sich schwerwiegende Probleme, wenn nach dem UOE-Verfahren dickwandige Stahlrohre mit großem Durchmesser hergestellt werden sollen, deren Verhältnis von Wandstärke zu Außendurchmesser mehr als 2 % beträgt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zwangsläufig eine Spitzenbildung hervorgerufen wird.

Unter Spitzenbildung versteht man eine Abweichung der Stoßkanten gegenüber dem Außendurchmesser, nämlich einen Abstand

5 nach Figur 1 (als Vorsprung gegenüber dem regelmäßigen Kreis Q). Die Spitzenbildung bringt Nachteile mit sich, wie etwa Stabilitätsschwankungen beim Schweißen nach der O-Formgebung, woraus Fehlstellen in der Schweißnaht resultieren. Außerdem führt die Spitzenbildung, wenn sie nach dem Schweißen noch vorhanden ist, zu großen Winkelverformungen des Nahtbereichs während der Expansionsbehandlung, was Dehnrisse mit sich bringen kann. Hinzu kommt, daß selbst im Fertigkprodukt die Spannungen auf den Bereich der Schweißung zentralisiert werden, und zwar durch die Wirkung der inneren Last während der Verwendung.

Daher sollte bei der Rohrherstellung nach dem UOE-Verfahren diese Spitzenbildung vor dem Schweißen so weit wie möglich vermindert werden. Zur Beseitigung der Spitzenbildung wird ein Verfahren in Beträcht gezogen, bei dem ein Umbiegen der Kanten mittels einer Bördelpresse erfolgt. Dieses Verfahren ist jedoch abhängig von dem Biegemoment M- = F χ L zwischen

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den beiden Punkten F und P in Figur 2. Um eine Biegung in der Nachbarschaft der Kanten (L-*O) herbeizuführen, wird die Last F zum Bewirken des konstanten Moments M_n theoretisch unendlich groß. Daher verbleibt ein Bereich von I₃O t bis 1,5 t (t gleich Wandstärke) an der Kante der Platte im wesentlichen unbehandelt, nämlich geradlinig.

Figur 3 stellt die Spitzenbildung nach der O-Formgebung dar, und zwar unter Umbiegen der Kanten mittels einer Bördelpresse von 1500 Tonnen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Spitzenbildung um so höher wird, je mehr die Wandstärke und die Festigkeit ansteigen ("X65" und "X42" geben die Güte bzw. den Festigkeitswert des Rohres an). Lediglich eine Bördelpresse reicht also nicht aus, um die Spitzenbildung zu vermindern.

Als Verfahren zum Reduzieren der Spitzenbildung wird das Kantenbiegeverfahren aufgegriffen. Bei diesem Verfahren wird, da die Stahlplatte Druckbeanspruchungen in Umfangsrichtung durch Verpressen mittels eines oberen Werkzeugs A und eines unteren Werkzeugs B unterliegt, die Spitzenbildung während der Druckstufe mehr oder weniger vermindert. Allerdings handelt es sich bei dem Kantenbiegen durch O-Formgebung um eine Art Beul- oder Knickphänomen gemäß Figur 4, wobei der Abstand L, der das Moment zwischen den Angriffspunkten ergibt, klein ist; die Wirksamkeit ist gering. Man benötigt also eine große Drucklast, um die Spitzenbildung bei der 0-Formgebung zu vermindern. Um demnach die Spitzenbildung eines Stahlrohrs mit einer API-Güte X65₃ einem Verhältnis der Wandstärke zum Außendurchmesser von mehr als 5 % und mit 12 Meter Rohrlänge zu reduzieren, ist eine Druckkraft von mehr als 60 000 oder 70 000 Tonnen erforderlich. Eine Vorrichtung zur Erzeugung einer solchen Druckkraft ist jedoch groß in den Abmaßen und schwierig in der Konstruktion

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sowie ganz abgesehen davon äußerst teuer.

Unter dem Gesichtspunkt dieser Schwierigkeiten kann ein Verfahren in Betracht gezogen werden, bei dem das O-förmige Rohr-Rohteil nach der O-Pormgebung, jedoch vor dem Schweißen, über seinem gesamten Umfang durch Stauch-Schrumpfen im Durchmesser reduziert wird. Dieses Verfahren vermindert den Durchmesser des O-Rohr-Rohteils innerhalb möglicher Grenzen von der Außenfläche her unter Einsatz einer Stauch-Schrumpfvorrichtung, und zwar in umgekehrtem Sinne, betrachtet man die Expansion nach dem Schweißvorgang. Auf diese Weise wird die Nachbarschaft der Stoßkanten einer Kantenbiegung durch Druckeinwirkung in Umfangsrichtung unterworfen, wodurch sich die Spitzenbildung vermindert. Bei einem solchen Verfahren beträgt die auf einmal reduzierte Rohrlänge im allgemeinen etwa einen Meter. Im Vergleich zu einem Vorgehen, bei dem auf einmal die Gesamtlänge reduziert wird, genügt eine geringe Verformungslast.

Da jedoch bei diesem Verfahren das Rohteil lediglich über dem gesamten Umfang durch die das Rohr umgebenden Schrumpfwerkzeuge reduziert wird, unterscheidet sich der Mechanismus zum Vermindern der Spitzenbildung seinem Wesen nach nicht von den Beul- oder Knickphänomenen bei der O-Formgebung. Aus diesem Grunde ist das Verfahren nicht ausreichend wirksam im Zusammenhang mit der Verminderung der Spitzenbildung. Auch wird mit dem Zwecke, die Spitzenbildung zu reduzieren, eine extreme plastische Druckverformung auf das gesamte Rohr ausgeübt. Die Folge ist, daß sich die Festigkeit durch den Bauschinger-Effekt vermindert und daß durch die plastische Deformation die Zähigkeit abfällt.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine Stauch-Schrumpfvorrichtung zu schaffen, die im Rahmen des

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Reduzierverfahrens die Spitzenbildung an den Stoßkanten nach dem Schweißen auf einem Minimum hält, und zwar dadurch, daß die mit gebräuchlichen Mitteln verbundenen Probleme beseitigt werden, daß Gegenmaßnahmen ergriffen werden und dergleichen.

Ferner richtet sich die Erfindung auf die Schaffung einer Vorrichtung, die die Spitzenbildung in beträchtlichem Umfang bei geringer Verformungslast steuern kann, ohne daß eine extreme plastische Druckverformung auf das gesamte Rohteil ausgeübt wird. Die Vorrichtung soll das Verfahren in Abhängigkeit von der Festigkeit und Wandstärke des Materials durchführen können, um auf diese Weise die Spitzenbildung für ein Material beliebiger Festigkeit und Dicke auf einem Minimum zu halten.

Nach der Erfindung soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die in der Lage ist, die Spitzenbildung bei O-förmigen Rohr-Rohlingen in großem Umfang zu verbessern. Auch soll es sich um eine wirtschaftliche Vorrichtung handeln, die einfach in der Konstruktion und problemlos in der Herstellung ist.

Hierzu ist die Stauch-Schrumpfvorrichtung nach der Erfindung gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Reduzier-Schrumpfwerkzeugen entsprechend den nicht zu den vorbereiteten Stoßkanten gehörenden Bereichen des O-förmigen Rohteils und durch Bearbeitungs-Schrumpfwerkzeuge entsprechend den vorbereiteten Stoßkanten. Das Bearbeitungs-Schrumpfwerkzeug ist auf seiner Bohrung oder Kaliberfläche mit einem vorspringenden Fremdelement über der Werkzeuglänge versehen und wird unabhängig von den Reduzier-Schrumpfwerkzeugen betätigt.

Das Fremdelement auf der Bohrung oder Kaliberfläche des

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Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeugs ist entgegengerichtet zur Bohrungsfläche gekrümmt (umgekehrter R) oder im Querschnitt geradlinig ausgebildet (siehe Figur 9A, 9B), wodurch die Stoßkanten durch Druckbiegung bearbeitet werden.

Bei der Stauch-Schrumpfvorrichtung nach der Erfindung werden zur Verminderung der Spitzenbildung lediglich die Stoßkanten wirksam deformiert, ohne daß eine extreme plastische Druckverformung auf die verbleibenden Abschnitte des O-förmigen Rohr-Rohteils ausgeübt würde.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 die Spitzenbildung am Stoß des Stahlrohres;

Figur 2 das Prinzip des Kantenbiegeverfahrens bei der Herstellung dickwandiger Stahlrohre;

Figur 3 eine grafische Darstellung für das Verhältnis zwischen der Wandstärke der Platte und dem Betrag der Spitzenbildung, wenn die O-Formgebung nach dem Kantenbiegeverfahren durchgeführt wird;

Figur 4 das Prinzip des Kantenbiegens durch O-Formgebung; Figur 5 eine Stauch-Schrumpfvorrichtung nach der Erfindung;

Figur 6 einen vertikalen Schnitt zur Darstellung des Reduzier-Schrumpfwerkzeugs der Stauch-Schrumpfvorrichtung, und zwar in der Arbeitsstellung;

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Figur 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Figur 7;

Figur 9A und 9B Schnitte durch das Kantenbearbeitungs-

Schrumpfwerkzeug nach der Erfindung;

Figur 10 in grafischer Darstellung einen Vergleich der Reduzierwirkung durch das erfindungsgemäße Stauch-Schrumpfwerkzeug mit dem durch eine bekannte Stauch-Schrumpfvorrichtung;

Figur 11 in grafischer Darstellung die Änderungen im Betrag der Spitzenbildung bei einer Änderung der Verschiebung die auf die Stoßkanten durch das Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeug der erfindungsgemäßen Stauch-Schrumpf vorrichtung ausgeübt wird.

Die Erfindung soll nun im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Die Figuren 5 bis 8 zeigen eine erfindungsgemäße Stauch-Schrumpfvorrichtung 2 sowie deren Arbeitsbedingungen. Es handelt sich um ein einer 0-Formgebung zu unterwerfendes Rohteil I₃ dessen Kanten 11 aneinander zu fügen sind.

Die Stauch-Schrumpfvorrichtung 2 umfaßt einen äußeren Zylinder 3j der an einer nicht gezeigten Basis befestigt ist, einen innerhalb des äußeren Zylinders angeordneten inneren Zylinder 4 und Schrumpfwerkzeuge 6,6', die an einer Mehrzahl von Stellen (beispielsweise an zehn bis zwölf Stellen), in Umfangsrichtung verteilt, von der Innenfläche des Zylinders 4 vorspringen. Geeignete Befestigungsmittel am äußeren Zylinder 3 o.dgl. sichern eine Mehrzahl von Reduzierzylindern 5₃ deren Betätigungsstangen an vielen Stellen auf dem Umfang des rückwärtigen Endes des inneren Zylinders k befestigt

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sind. Letzterer läßt sich in Axialrichtung innerhalb des äußeren Zylinders 3 durch die Betätigung der Reduzierzylinder 5 verschieben.

Die Schrumpfwerkzeuge 6, 6' sind, wie in Figur 5 dargestellt, aufeinanderfolgend in bestimmten Abständen rund um das O-förmige Rohr-Rohteil 1 angeordnet. Von ihnen führt das Schrumpfwerkzeug 6', das auf die Stoßkanten 11 trifft, das Biegen dieses Abschnittes durch, während die vielen Schrumpfwerkzeuge 6, die nicht auf die Stoßkanten 11 treffen, der Rohrreduzierung dienen. Eine Kaliberfläche oder Bohrung 65 der Schrumpf werkzeuge 6 bestimmt eine Krümmung, die an die Außenkrümmung des O-förmigen Rohr-Rohteils 1 angepaßt ist. Ihre Außenfläche (nämlich die Befestigungsseite bezüglich eines Keilsegments 7) ist in Längsrichtung abgeschrägt und trägt auf dieser Abschrägung einen Schwalbenschwanz 6l. Durch die Abschrägung verjüngt sich das Schrumpfwerkzeug 6 in rückwärtiger Richtung. Andererseits trägt der innere Zylinder 4 auf seiner Innenfläche insgesamt oder als einstückige Vorsprünge eine Mehrzahl der Keilsegmente 7. Diese sind auf ihrer Innenfläche (nämlich der Befestigungsseite bezüglich der Schrumpfwerkzeuge 6) in Längsrichtung abgeschrägt und auf der Schrägfläche mit einer schwalbenschwanzförmigen Nut 71 versehen. Durch die Abschrägung verdicken sich die Keilsegmente 7 in rückwärtiger Richtung. Jedes Schrumpfwerkzeug 6 wird dadurch im inneren Zylinder 4 gehalten, daß sein Schwalbenschwanz 6l in eine der schwalbenschwanzförmigen Nuten 71 eingreift. Die Schraumpfwerkzeuge 6 sind auf den vorderen und rückwärtigen Seiten mit Haltern 15 und 16 versehen, die das 0-förmige Rohr-Rohteil 1 umgeben. Der frontseitige Halter 16 der Schrumpfwerkzeuge 6 ist auf seiner einen Seite in Umfangsrichtung mit einem Anschlag 161 versehen, der an den Enden der Schrumpfwerkzeuge 6,6' angreift. Wenn also der innere Zylinder mit den Keilsegmenten 7 durch die Wirkung der Reduzierzylinder 5 bewegt wird, verschieben sich die am Anschlag 161 anliegenden Schrumpfwerkzeuge 6 bezüglich des

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inneren Zylinders 4 radial nach innen, und zwar unter der Wirkung der Abschrägung der schwalbenschwanzförmigen Nut 71 und des Schwalbenschwanzes 61.

Andererseits unterscheidet sich das Schrumpfwerkzeug 6', das zum Verbiegen der Stoßkanten 11 des O-förmigen Rohr-Rohteils an diesen Stoßkanten angreift, hinsichtlich der Form seiner Kaliberfläche oder Bohrung von den Reduzier-Schrumpfwerkzeugen 6. Auch arbeitet es unabhängig von letzteren. Genauer gesagt ist das Kantenbearbeitungs-Schrumpf werkzeug 6', wie in Figur 9A und 9B gezeigt, mit einem Fremdelement 63 bzw. 631 versehen, welches eine entgegengerichtete Krümmung (umgekehrter R) oder eine geradlinige Fläche aufweist und aus einer regelmäßig gekrümmten Kaliberfläche oder Bohrung 62 vorspringt. Die Anordnung zur Betätigung des Schrumpfwerkzeugs 6' unabhängig von der Betätigung der anderen Schrumpfwerkzeuge 6 ergibt sich aus den Figuren und 8.

Der innere Zylinder 4 ist zum Teil mit einer in seiner Axialrichtung verlaufenden Führungsnut 41 versehen, in die ein Gleitblock 9 eingeschoben ist. Letzterer steht an seiner rückwärtigen Seite mit einer Betätigungsstange 101 eines Kantenbearbeitungs-Zylinders 10 in Verbindung, der über geeignete Befestigungsmittel an den äußeren Zylinder 3 angeschlossen ist. Auf seiner Innenseite trägt der Gleitblock 9 ein Keilsegment 7'. Die Anordnung zur Halterung des. Schrumpfwerkzeuges 6' am Keilsegment 7' ist die gleiche wie im Falle der Keilsegmente 7 und der Schrumpfwerkzeuge 6. Demnach ist das Keilsegment 7' auf seiner Innenfläche in Längsrichtung abgeschrägt sowie in dieser Schrägfläche mit einer schwalbenschwanzförmigen Nut 71' versehen. Das Kantenbearbeitungs-Schrumpf werkzeug 6' ist auf seiner Außenfläche in Längsrichtung abgeschrägt und trägt auf dieser Schräg-

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fläche ebenfalls einen Schwalbenschwanz 6l'. Das Schrumpfwerkzeug 6' wird in einer Stellung gehalten, in der es in den inneren Zylinder 4 vorspringt, während es mit seinem Schwalbenschwanz 6l' in die schwalbenschwanzförmige Nut 71' eingreift. Wenn also der Gleitblock 9 und das Keilsegment 7' durch die Betätigung des Kantenbearbeitungs-Zylinders 10 gegen den Halter 16 bewegt werden, verspannt sich das Schrumpfwerkzeug 6¹, das am Anschlag l6l anliegt, in Radialrichtung nach innen bezüglich des inneren Zylinders 4, und zwar aufgrund der Abschrägung der schwälbenschwanzförmigen Nut 71' und des Schwalbenschwanzes 61'.

Um die Radialstellung des Schrumpfwerkzeuges 6' relativ zum inneren Zylinder 4 in sanfter Art ändern zu können, schließt sich eine Führungsplatte 12 in Längsrichtung an den Gleitblock 9 an, wobei an letzterem in Längsrichtung eine weitere Führungsplatte 13 befestigt ist, und zwar mittels eines Bolzens 14. Die Führungsplatten 12 und 13 gleiten also auf den Flächen der Halter 15 und 16, welche das O-förmige Rohteil 1 umgeben.

Bei der Konstruktion des Fremdelements 63 auf dem Schrumpfwerkzeug 6' sollten folgende Punkte beachtet werden. Die Höhe t von der Fläche der Bohrung 62 aus und die Breite b des Fremdelementes sollen unter Berücksichtigung der Dicke und der Festigkeit der Stahlplatte vorzugsweise so bestimmt werden, daß die Stoßkanten 11 die vorbestimmte Krümmung besitzen, nachdem das Rohr-Rohteil im Anschluß an den Bearbeitungsvorgang zurückgefedert ist. In jedem Falle setzen sich die Spitze und die beiden Seiten des Fremdelementes durch sanft gekrümmte Linien fort. Die Schrumpfwerkzeuge 6 und 6¹ sind an ihren unteren Enden 64 mit mäßigen Radien R versehen, um Übergänge zwischen den bearbeiteten und den nicht bearbeiteten Teilen des O-förmigen Rohteils zu vermeiden.

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Es soll nun die Arbeitsweise der oben beschriebenen Stauch-Schrumpfvorrichtung 2 im einzelnen erläutert werden.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung kann zwei Arbeitsvorgänge durchführen, nämlich zum einen die Durchmesserverminderung des O-förmigen Rohteils durch die Vielzahl der Schrumpfwerkzeuge 6 und zum anderen die unter Krafteinwirkung erfolgende Umbiegung der Stoßkanten durch die Schrumpfwerkzeuge 6'. Anfänglich soll lediglich auf die Durchmesserverminderung mittels der Schrumpfwerkzeuge 6 Bezug genommen werden. Das O-förmige Rohr-Rohteil 1, das so weit wie möglich durch eine O-Formgebung gerundet ist, wird durch nicht dargestellte Fördermittel in den inneren Zylinder 4 eingebracht, woraufhin man die Reduzierzylinder 5 betätigt. Dadurch gleitet der innere Zylinder 4 innerhalb des äußeren Zylinders 3 gegen den Halter 16, wobei sich die Vielzahl der Keilsegmente 7, die in Umfangsrichtung innerhalb des inneren Zylinders 4 vorgesehen sind, ebenfalls bewegt. Die Bewegung der Keilsegmente 7 führt dazu, daß die innerhalb dieser Segmente angeordneten und mit ihren Enden am Anschlag l6l anliegenden Schrumpfwerkzeuge 6 sich radial nach innen in Bezug auf den inneren Zylinder 4 verspannen, und zwar durch die Abschrägung der Keilsegmente und durch die Anlage an dem Anschlag l6l. Dadurch vermindert sich der Umfang, der als gestrichelte Linie auf der Kaliberfläche des Schrumpfwerkzeugs 6 dargestellt ist. Das O-förmige Rohr-Rohteil 1 wird also im Durchmesser reduziert durch die in Umfangsrichtung einwirkende Druckkraft, hervorgerufen durch den Außendruck der Schrumpfwerkzeuge 6. Wenn die Reduzierzylinder 5 nach dem Reduziervorgang betätigt werden, um den inneren Zylinder 4 in entgegengesetzter Richtung zu verschieben, wird das O-förmige Rohteil um einen bestimmten Längenabschnitt vorgerückt, so daß ein nachfolgender, noch nicht reduzierter Bereich des Rohres in den Eingriff mit den Schrumpfwerkzeugen 6 gelangen kann. Letztere werden nach dem Vorschub des O-förmigen

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Rohr-Rohlings durch die Reduzierzylinder 5 auf dem inneren Zylinder 4 radial nach innen bewegt. Nachfolgend kann man durch Wiederholung dieser Vorgänge die Durchmesserverminderung über die gesamte Länge des Rohteils 1 erstrecken.

Als nächstes wird auf den Verfahrensschritt des Biegens der Stoßkanten durch das Schrumpfwerkzeug 6' Bezug genommen. Der Kantenbearbeitungs-Zylinder 10 wird unabhängig von den Reduzierzylindern 5 betätigt, wenn das 0-fÖrmige Rohr-Rohteil 1 in den inneren Zylinder 4 eingeführt ist. Dabei bewegt sich der Gleitblock 9 gegen den Halter 16 (von rechts nach links in Figur 6), und zwar unabhängig von einer Bewegung des inneren Zylinders 4, wobei sich als Folge das Keilsegment 7' ebenfalls um den gleichen Betrag in der gleichen Richtung verschiebt. Durch diese Bewegung des Keilsegments 7' wandert das Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeug 6', das verschieblich in der schwalbenschwanzförmigen Nut 71' des Keilsegments 7' sitzt, bezüglich des inneren Zylinders 4 radial nach innen, und zwar ähnlich wie die Reduzier-Schrumpfwerkzeuge, nämlich durch die Abschrägung und die Wirkung des Anschlags 161. Wie erwähnt, trägt die Bohrung 62 des Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeuges 6' als Vorsprung das Fremdelement 63 mit gegenüber der Bohrung umgekehrter Krümmung. Als Ergebnis der Verschiebung des Schfumpfwerkzeugs 6' werden die Stoßkanten 11,11 des O-förmigen Rohr-Rohteils 1, wie in Figur 8 dargestellt, dem Biegemoment unterworfen, hervorgerufen durch die in Wandstärkenrxchtung gemessene Höhe h des Fremdelements. Die Stoßkanten 11,11 werden durch dieses Biegemoment so verformt, als würden sie nach innen umgebördelt, und sie erreichen anschließend die vorbestimmte Krümmung, nämlich durch das Zurückfedern beim Aufheben des Drucks. Dieses Vorgehen ist äußerst wirksam, da seine Durchführung unabhängig ist sowohl von der O-Formgebung als auch von den Beul- oder

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Knickphänomenen, hervorgerufen durch die in Umfangsrichtung: des Rohres übertragene Kraft, siehe das einfache Redu- zierverfahren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt den auf das 0-förmige Rohteil einwirkenden Reduziervorgang durch die Schrumpfwerkzeuge 6 und den auf die Stoßkanten 11 einwirkenden Biegevorgang durch die Schrumpfwerkzeuge 6¹ durch. Für den Ablauf dieser beiden Verfahren bieten sich zwei Möglichkeiten an. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, daß der gesamte Umfang des O-förmigen Rohr-Rohteils 1 .einschließlich der Stoßkanten 11 auf einmal durch die Redu-zi er zylinder 5_a den Kantenbearbeitungs-Zylinder 10 und die Schrumpfwerkzeuge 6, 6' reduziert wird, wobei gleichzeitig das Biegen der Stoßkante erfolgt.. Bei der anderen Möglichkeit wird nach dem Reduzieren durch die Reduzierzylinder 5 und die Schrumpfwerkzeuge 6 allein der Kantenbearbeitungs-Zylinder 10 betätigt, um lediglich mittels des Schrumpfwerkzeuges 6' das unter Krafteinwirkung erfolgende Biegen der Stoßkanten 11,11 durchzuführen.

Die erstgenannte Möglichkeit besteht also darin, daß der Kantenbearbeitungs-Zylinder 10 gleichzeitig mit den Reduzierzylindern 5 betätigt wird, um auf diese Weise die Keilsegmente 7j 7' zu bewegen und damit die Stauch-Schrumpfwerkzeuge 6,6' gleichzeitig und um den gleichen Betrag bezüglich des inneren Zylinders 4 radial nach innen zu verschieben.

Bei diesem Verfahren kann es jedoch vorkommen, daß- die Stoßkanten 11,11* vorspringen_t und zwar in Abhängigkeit von der Festigkeit und Wandstärke des O-förmigen Rohteils. In diesem Falle wird der Hub des Kantenbearbeitungs-Zylinders 10, unter der Voraussetzung seiner gleichzeitigen Betätigung

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mit den Reduzierzylindern 5j zusätzlich vergrößert, um den Verspannungsweg des SchrumpfWerkzeuges 6' in Radialrichtung bezüglich des inneren Zylinders 4 anwachsen zu lassen. Dadurch wird die Krafteinwirkung des Fremdelements 63 auf die Stößkanten . 11, 11 verstärkt, so daß diese exakt verformt werden. Folglich vermindert sich der Betrag der Spitzenbildung auf ein Minimum.

Andererseits kann in Abhängigkeit von der Festigkeit und der Wandstärke des Materials eine nachteilige Spitzenbildung durch den gleichzeitigen Ablauf der beiden Verfahrensschritte hervorgerufen werden. Für diesen Fall findet die an zweiter Stelle genannte Möglichkeit Anwendung. Dabei wird, wenn es zu einer nachteiligen Spitzenbildung kommt, der Kantenbearbeitungs-Zylinder 10 nicht gleichzeitig, sondern im Anschluß an die "Reduzierzylinder 5 betätigt. Dabei bewegt sich der Gleitblock- 9 innerhalb des inneren Zylinders, während letzterer stationär gehalten wird, so daß sich· das Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeug 6' radial nach innen gegenüber dem inneren Zylinder 4 verspannt, und zwar über das Keilsegment 7', wobei die Stoßkanten 11 durch das Fremdelement 63 unter Druck gesetzt werden. Zu diesem Zeitpunkt kommt es nicht zu einer Reduzierung durch die Reduzier-Schrumpfwerkzeuge 6, d.h., es tritt keine Druck-Beulwirkung auf, sondern lediglich die Druck-Verformungskraft wird auf die Stoßkanten 11 wirksam. Steuert man hierbei den Hub des Kantenbearbeitungs-Zylinders 10, so ändert sich der Verspannungsweg des SchrumpfWerkzeugs 6' radial nach innen bezüglich des inneren Zylinders 4. Mit dieser Änderung geht eine Änderung der auf die Stoßkanten" einwirkenden Kraft einhe'r. Dies bietet' die Möglichkeit, die Kraftgröße durch Steuerung des Hubes des Zylinders 10 derart zu steuern, _daß keine Spitzenbildung in nachteiligem Umfang auftritt. - '

Das Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeug 6 ist unabhängig von

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den anderen Schrumpfwerkzeugen, und es läßt sich lösbar am Keilsegment 7¹ befestigen. Daher besteht zusätzlich zur Wahl der Zeitsteuerung und des Hubweges der Zylinder 5 und 10 die Möglichkeit j Schrumpfwerkzeuge 6¹ mit unterschiedlich hohen Fremdelementen in geeigneter Weise auszuwählen und dadurch ebenfalls die Krafteinwirkung und die Spitzenbildung der Größe nach zu steuern.

Wenn beim vorliegenden Ausführungsbeispiel das 0-förmige Rohteil 1 über seiner Länge bearbeitet wird, schiebt man es schrittweise vor. Umgekehrt besteht die Möglichkeit, die Stauch-Schrumpfvorrichtung 2 selbst zusammen mit ihrer Basis entlang dem festgelegten Rohteil 1 wandern zu lassen.

Das in der oben beschriebenen Weise bearbeitete Rohr-Rohteil wird an den Stoßkanten 11,11 mit einer Heftschweißung versehen, und es erfolgt dann das Anbringen einer Schweißnaht auf der Innen- und Außenfläche, woraufhin das Rohr zur Erzielung des Endproduktes mittels einer Spreizvorrichtung gedehnt wird.

Die Rohrherstellungsanlage, auf die die Erfindung Anwendung findet, beschränkt sich nicht auf das UOE-Verfahren. Dies bedeutet, daß die Erfindung anwendbar ist auf sämtliche Rohrherstellungsanlagen, in denen 0-förmige Rohteile hergestellt werden.

Unter dem O-förmigen Rohteil, das der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt wird, ist ein Rohteil zu verstehen, das durch eine O-Formgebung hindurchgegangen ist, wobei das Material, so weit wie möglich, durch die O-Formgebungspresse gerundet ist. Dies bedeutet nicht, daß nur vollkommen 0-förmiges Material Verwendung finden kann. Dies ergibt sich aus der obigen Beschreibung der Schwierigkeiten bei der Durchführung der O-Verformung dicker Stahlplatten unter An-

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wendung der 0-Formgebung.

Beispiel I

Es wurden, ausgehend von Stahlplatten,dickwandige Stahlrohre mit einem Durchmesser von 24'' (610 Millimeter) hergestellt, und zwar mit vier Wandstärken, nämlich mit 12 Millimeter (0,5' '), 25 Millimeter (I'M, 38 Millimeter (1,5") und 50 Millimeter (2''). Verwendet wurden Stähle der Güte X42 und Χβ5. Die dicken Platten wurden der U-Formgebung und, soweit wie möglich, der O-Pormgebung unterworfen. Sodann wurden die O-förmigen Rohr-Rohlinge, wie in Figur 5 bis Figur 9A gezeigt, mittels der erfindungsgemäßen Stauch-Schrumpfvorrichtung bearbeitet, wobei letztere Reduzier-Schrumpfwerkzeuge aufwies und mit Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeugen versehen war, welche auf ihrer Bohrungsfläche das Fremdelement mit entgegengerichteter Krümmung (umgekehrter R) trugen. Als Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde der Reduziervorgang außerdem mit einer Stauch-Schrumpfvorrichtung durchgeführt, die lediglich Reduzier-Schrumpfwerkzeuge aufwies.

Figur 10 zeigt die Verminderung der Spitzenbildung durch das erfindungsgemäße Vorgehen. Es ergibt sich, daß der Betrag der Spitzenbildung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Schrumpfwerkzeugen, welche auf ihrer Bohrungsfläche entgegengesetzt gekrümmte Fremdelemente tragen, beträchtlich vermindert werden kann.

Beispiel II Es wurden, ausgehend von einer Stahlplatte mit 38 Millimeter

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(1,5*') Dicke und der Güte Χβ5, Stahlrohre mit einem Durchmesser von 24'' (6lO Millimeter) hergestellt. Die Platte wurde der Behandlung unterworfen, wobei man den Kraftweg (1) derjenigen Schrumpfwerkzeuge variierte, die auf ihrer Bohrungsfläche das Fremdelement für die Stoßkanten aufwiesen.

Figur 11 zeigt das Verhältnis zwischen dem Verschiebungsweg und dem Betrag der Spitzenbildung. Wie es sich ergibt, vermindert sich der Betrag der Spitzenbildung durch Erhöhung des Kraftweges (1) des SchrumpfWerkzeuges. Wird jedoch der Kraftweg zu groß, so ergibt sich selbst nach dem Zurückfedern eine negative Spitzenbildung. Da aber erfindungsgemäß die Kantenbearbeitungs-Zylinder unabhängig von den Reduzierzylindern sind, lassen sich dickwandige Stahlrohre in exzellenter Formgebung produzieren, indem lediglich der Kraftweg des Schrumpfwerkzeuges durch den Kantenbearbeitungs-Zylinder in geeigneter Weise gesteuert wird.

Bei der Durchführung der obigen Versuche wurde die Breite des Fremdelementes zwischen 80 Millimeter und 200 Millimeter variiert, jedoch war der dadurch erzielte Einfluß auf die Spitzenbildung nur gering.

Die obige Beschreibung betrifft ein Ausführungsbeispiel für entgegengesetzt gekrümmte (umgekehrter R) Fremdelemente gemäß Figur 9A als Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeug. Ein Schrumpfwerkzeug jedoch mit bezüglich zur Kaliberfläche geradlinig verlaufendem Fremdelement, wie es in Figur 9B dargestellt ist, besitzt grundsätzlich die gleiche Arbeitsweise und Auswirkung.

Zusammenfassend schafft die Erfindung eine Möglichkeit zur Herstellung von Stahlrohren aus einer dickwandigen Stahl-

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platte unter Verwendung einer Stauch-Schrumpfvorrichtung zum Reduzieren und Bearbeiten eines Q-förmigen Rohr-Rohteils im Rahmen einer Anlage zur Erzeugung dickwandiger Stahlrohre, Die Stauch-Schrumpfvorrichtung ist mit einer Mehrzahl von Reduzier-Schrumpfwerkzeugen entsprechend den nicht zu den vorbereiteten Stoßkanten des O-förmigen Rohr-Rohteils gehörenden Bereichen und mit Bearbeitungs-Schrumpfwerkzeugen entsprechend den vorbereiteten Stoßkanten versehen, wobei das Bearbeitungs-Schrumpfwerkzeug auf seiner Kaliberfläche ein vorspringendes Fremdelement über der Werkzeuglänge aufweist. Das Bearbeitungs-Schrumpfwerkzeug arbeitet unabhängig von den Reduzier-Schrumpfwerkzeugen.

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Claims

NIPPON KOKAN KABUSHIKI KAISHA

1-2, 1-chome, Marunouchi, Chiyoda-ku

Tokyo /Japan 10812

PATENTANSPRÜCHE

(1, Stauch-Schrumpfvornchtung zum Herstellen dickwandiger Stahlrohre, nämlich zur Durchmesserverminderung O-förmiger Rohr-Rohteile mit Stoßkanten, die vor Eintritt in die Schweißstation einer O-Pormgebung unterworfen werden,

gekennzeichnet durch

eine Mehrzahl von Reduzier-Schrumpfwerkzeugen (6) entsprechend den nicht zu den vorbereiteten Stoßkanten (11) gehörenden Bereichen des 0-förmigen Rohr-Rohteils (1) und durch Schrumpfwerkzeuge (6') entsprechend den vorbereiteten Stoßkanten, wobei das Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeug (6¹) auf seiner Kaliberfläche (62) ein über der Werkzeuglänge vorspringendes Fremdelement (63,631) trägt und unabhängig von den Reduzier-Schrumpfwerkzeugen (6) betätigbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Fremdelement (63) auf der Kaliberfläche (62) des Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeugs (6¹) im Querschnitt

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entgegengesetzt zur Krümmung der Kaliberfläche gekrümmt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Fremdelement (631) auf der Kaliberfläche (62) des Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeugs (6^!) im Querschnitt geradlinig ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Fremdelement als abgeschwächte Krümmung zwischen seiner Spitze und seinen beiden Seiten verläuft.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß eine Mehrzahl von Reduzier-Schrumpfwerkzeugen (6) innerhalb eines inneren Zylinders (4) angeordnet ist j daß die Kantenbearbeitungs-Schrumpfwerkzeuge (6^!) von einem Gleitblock (9) getragen werdenj daß der innere Zylinder (4) innerhalb eines an einer Basis befestigten äußeren Zylinders (3) angeordnet und in letzterem in dessen Axialrichtung verschiebbar ist; und daß der Gleitblock (9) in einer Führungsnut (4l), die sich zum Teil in Axialrichtung des inneren Zylinders erstreckt, sitzt und innerhalb dieser Führungsnut durch einen Kantenbearbeitungs-Zylinder (10) verschiebbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5_a
dadurch gekennzeichnet,

daß der innere Zylinder (4) eine Mehrzahl von Keilsegmenten (7) aufweist, die an einer Mehrzahl von Stellen entlang dem innenumfang des inneren Zylinders radial nach innen von

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letzterem abstehen; daß der Gleitblock (9) ein Keilsegment (7') trägt, das vom inneren Zylinder aus radial nach innen vorspringt; und daß jedes Schrumpfwerkzeug (6,6') jeweils von einem der Keilsegmente (7,7') gehalten wird und bezüglich des letzteren verschieblich sind, und zwar derart, daß die Halterung der Schrumpfwerkzeuge erhalten bleibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schrumpfwerkzeuge (6,6') eine Schrägfläche tangential zur Schrägfläche der Keilsegmente (7,7') aufweisen; und daß die Schrumpfwerkzeuge (6,6') radial nach innen bezüglich des inneren Zylinders (4) verspannbar sind durch die erstgenannte Schrägfläche, die letztgenannte Schrägfläche und einen Anschlag (l6l), der an den Enden der Schrumpfwerkzeuge anliegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schrägfläche der Schrumpfwerkzeuge (6,6') als Schwalbenschwanz (61,61') ausgebildet ist; daß die Schrägfläche der Keilsegmente (7,7') die Form einer schwalbenschwanzförmigen Nut (71,71') besitzt; und daß die Schrumpfwerkzeuge über die Schwalbenschwänze und die schwalbenschwanzförmigen Nuten lösbar mit den Keilsegmenten verbunden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der Anschlag (l6l) an einem Halter (16) befestigt ist, der an der Vorderseite der Schrumpfwerkzeuge (6,6') das O-förmige Rohr-Rohteil (1) umgibt.

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