DE3140936C2 - - Google Patents
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- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
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Description
Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Innen
härten eines doppellagigen Stahlrohrs gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 und richtet sich andererseits auf eine Vorrichtung
zum Innenhärten eines doppellagigen Stahlrohrs gemäß dem Ober
begriff des Anspruchs 4.
Doppellagige Stahlrohre werden für die hydraulische För
derung von Feststoffen eingesetzt. Diese Transportart verlangt
in Verbindung mit den Einsatzbedingungen der Stahlrohre sowie
den Beanspruchungen, welche die Stahlrohre vom Herstellerwerk
bis zum Verlegeort ausgesetzt sind, spezielle Fertigungsmethoden.
Einerseits ist auf der Innenseite ein großer Verschleißwider
stand erforderlich, während andererseits außenseitig ein elasti
scher Mantel erwünscht ist. Dabei kommt dem innenseitigen Ver
schleißwiderstand eine besondere Bedeutung zu. Er wird durch
Härten erzielt.
Zu diesem Zweck wird eine Wärmequelle in Form eines
schmalen scheibenartigen Gasbrenners durch das Stahlrohr ge
führt, dem in geeignetem Abstand eine Ringbrause folgt. Die Er
wärmung der Innenlage auf eine Temperatur geringfügig über den
Austenitisierungspunkt AC 3 im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ge
schieht im wesentlichen - bis auf die Vorwärmung durch ver
brannte Abgase - nur durch die aus dem Scheibenbrenner mit ver
gleichsweise hoher Intensität auf einen kleinen Oberflächenbe
reich auftreffenden Gasflammen. Die Kühlung des Stahlrohrs wird
durch die ringförmige Wasserbrause bewirkt. Deren Strahlen tref
fen in einem vorbestimmten Abstand hinter der Erwärmzone auf
die Innenlage. Folglich strahlt das Stahlrohr innerhalb dieses
Übergangsbereichs Wärme sowohl nach innen als auch nach außen ab.
Aufgrund dessen muß die Ringbrause diese Abstrahlzone so schnell
überfahren und oberhalb der kritischen Abkühlgeschwindigkeit ab
kühlen, daß die Rohrtemperatur den AC 3-Punkt nicht langsam
überschreitet. Mithin muß im schmalen Auftreffbereich des Gas
brenners die Erwärmung der Innenlage bei derselben Vorschubge
schwindigkeit geschehen.
Des weiteren ist nicht zu vermeiden, daß doppellagige
Stahlrohre, insbesondere in den Endabschnitten, jedoch auch im
Mittelteil mehr oder weniger große Luftspalte zwischen den
beiden Rohrlagen aufweisen. Die Rohrlagen liegen hier also nicht
satt aneinander. Die Luftspalte bilden mithin eine Trennschicht
zwischen den Lagen und verhindern das ungehinderte Abfließen
der in die Innenlage eingebrachten Wärmeenergie in die Außen
lage. So besteht die Möglichkeit, daß im Bereich unterhalb der
artiger Luftspalte die Innenlage merklich über den AC 3-Punkt
hinaus erwärmt wird, wohingegen in den Rohrbereichen, wo die
Innenlage satt an der Außenlage anliegt, die Temperatur ledig
lich in dem gewünschten Umfang den AC 3-Punkt geringfügig über
schreitet. Die Folge hiervon sind Risse in der Innenlage des
Stahlrohrs, insbesondere am Anfang und Ende, eine ungleichmäßige
Verteilung des Grobkorn-Feinkorngefüges verbunden mit einer
unregelmäßigen Härte sowie nicht aneinanderliegende Rohrlagen.
Problematisch ist ferner die Erwärmung von doppellagigen
Stahlrohren mit einer dickwandigen Innenlage bei Anwendung des
bekannten Scheibenbrenners. Da die Energie nur über einen
recht kleinen Oberflächenbereich in die Innenlage eingebracht
wird, wäre der Zeitbedarf für eine solch gleichmäßige Erwärmung
der Innenlage relativ hoch, daß die Wärmeenergie auch noch
gleichmäßig in die Außenlage übertreten könnte. Da jedoch eine
Mindestvorschubgeschwindigkeit des Scheibenbrenners nicht
unterschritten werden kann, ist es in diesen Fällen erforder
lich, die Energiekonzentration an dem zu erwärmenden Ober
flächenbereich so hoch zu wählen, daß zwar die gesamte Innen
lage über den AC 3-Punkt erwärmt wird, dann aber ein Teil der
Oberfläche der Innenlage verbrennt oder aber man nimmt bewußt
in Kauf, daß die Innenlage nicht über ihre gesamte Dicke über
den AC 3-Punkt hinaus erwärmt wird.
Schließlich besteht im bekannten Fall noch ein Nachteil
darin, daß beim Härten von doppellagigen Stahlrohren mit vorab
angeschweißten endseitigen Radialflanschen im Bereich dieser
Radialflansche die Energieableitung von der Innenlage über
die Außenlage und in die Radialflansche ungleichmäßig ist. Da
über die Flanschkehlnähte eine wesentlich bessere Energie
ableitung erfolgt, werden mithin die Bereiche der Innenlage
unter den Radialflanschen nur ungenügend durchgewärmt, d. h.
der AC 3-Punkt wird nicht erreicht. Damit ist nur eine teil
weise Härte vorhanden.
Im Umfang der DE-OS 29 05 071 ist es bekannt, ein längsge
schlitztes Futterrohr unter Anwendung einer Preßkraft in ein
Mantelrohr einzubringen. Nach dem Einpressen in das Mantel
rohr wird das Futterrohr flammgehärtet. Aufgrund der Wahl
des Schrumpfmaßes der Breite des Längsschlitzes des Futter
rohrs und der Flammhärt-Bedingungen infolge der Feinkorn-
Gefügeausbildung wird in der zylinderförmigen Oberflächen-
Härtezone im Futterrohr in radialer Richtung eine Streck
wirkung in der Weise hervorgerufen, daß der Längsschlitz
völlig geschlossen wird.
Die DE-AS 25 29 518 beschreibt ein Verfahren zur Großrohr
vergütung, insbesondere dickwandiger Rohre, mit einer Er
wärmung der Rohre auf Austenitisierungstemperatur und nach
folgender Abschreckung. Hierbei werden die Rohre zunächst
mit Hilfe eines Ringbrenners im Gegestrom durch Flammener
wärmung bis etwa auf Curie-Temperatur gebracht. Hinter dem
Ringbrenner ist eine induktive Heizeinrichtung angeordnet,
an die sich ein Spritzring unmittelbar anschließt.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Innenhärten eines doppel
lagigen Stahlrohrs zu schaffen, welche eine gleichmäßige
Erwärmung der Innenlage über die gesamte Rohrlänge gewähr
leisten, so daß eine einwandfreie Härtung erzielbar und da
durch die Standzeit des Stahlrohrs wesentlich verlängert wird.
Was die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Auf
gabe anlangt, so besteht diese nach der Erfindung in den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Danach wird nunmehr jeder Oberflächenbereich der Innen
lage genügend lange, aber mit einer geringeren Intensität dem
Einfluß einer Wärmequelle ausgesetzt. Dies hat zur Folge, daß
sich die Innenlage aufgrund der Wärmedehnung auch dort satt an
die Außenlage anschmiegt, wo fertigungsbedingte Luftspalte vor
handen sind. Dies wiederum führt zu einem gleichmäßigeren
Energieübertritt von der Innenlage in die Außenlage, so daß
nach dem Abschrecken eine gleichmäßige Härte bei Rißfreiheit
über die gesamte Länge des Stahlrohrs vorhanden ist. Dabei
kann durch freie Wahl des Zeitraums zwischen dem Beginn und
dem Ende der Erwärmung gezielt dafür Sorge getragen werden, daß
auch dickere Innenlagen gleichmäßig durchgewärmt werden, ohne
daß die innere Oberfläche verbrennt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß der Zeitraum vom Be
ginn der Erwärmung eines Oberflächenbereichs bis zum Ende
seiner Erwärmung etwa doppelt so groß wie der zeitliche Abstand
zwischen dem Ende der Erwärmung und dem Beginn der Kühlung be
messen wird. Dieser Verfahrensschritt dürfte in der überwiegen
den Mehrzahl der Anwendungsfälle die gewünschten Ergebnisse
bringen. Dabei läßt es der Grundgedanke der Erfindung jedoch
ohne weiteres zu, bei Bedarf auch eine abweichende Relation zu
wählen, um sich an die jeweiligen Gegebenheiten in dem erforder
lichen Umfang anpassen zu können.
Besonders vorteilhaft ist es beim erfindungsgemäßen Ver
fahren, daß die Stahlrohre gehärtet werden, bevor endseitig die
Radialflansche angesetzt sind. Hierdurch ist ein Verfahrens
schritt möglich, gemäß welchem nach dem Härten der Innenlage
die Endabschnitte des Stahlrohrs unter gleichzeitiger Kühlung
abgetrennt und anschließend unter Kühlung der Innenlage die
Radialflansche angeschweißt werden. Auf diese Weise werden
evtl. geringfügige Ovalitäten an den Rohrenden beseitigt.
Eine Beeinträchtigung der Härte der Innenlage ist nicht zu be
fürchten, da diese gekühlt wird und die Schweißwärme keine Aus
wirkungen auf den Härtegrad hat. Zur Trennung wird vor
zugsweise ein Plasmabrenner oder ein Laserstrahl verwendet.
Bezüglich des sich auf die Vorrichtung beziehenden Teils
der Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Lösung in den kenn
zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4.
Die Innenlage wird also jetzt mit Hilfe langer Brenner
leisten erwärmt. Die aus diesen Brennerleisten austretenden
Brennstrahlen haben dabei eine geringere Intensität im Ver
gleich zu den bislang verwendeten schmalen Scheibenbrennern
und erlauben dadurch eine langsame sowie gleichmäßige Durchwär
mung der Innenlage. Die Anzahl der Brennerleisten ist von der
Größe des Stahlrohrs abhängig. Es können beispielsweise vier um
jeweils 90° in Umfangsrichtung zueinander versetzte Brennerlei
sten vorgesehen sein.
Vorteilhaft ist es nach der Erfindung, daß die Brenner
leisten frei vorkragend an einer Ringbrause befestigt sind.
Die Ringbrause bildet damit zugleich den Tragkörper für die
Brennerleisten. Zusätzliche Einbauten werden vermieden.
Eine weitere Verbesserung kann insbesondere dann ge
währleistet werden, wenn nach der Erfindung die aus den
Brennerleisten austretenden Brennstrahlen in Vorschubrichtung
und die aus der Ringbrause austretenden Wasserstrahlen nach
rückwärts geneigt sind. Dabei ist zweckmäßig der Neigungswinkel
der Brennstrahlen gegenüber der Rohrlängsachse größer als der
Neigungswinkel der Wasserstrahlen bemessen.
Schließlich wird es noch als ein vorteilhaftes Merkmal
angesehen, daß die Brennerleisten radial verstellbar sind.
Hierdurch können mit ein und derselben Härtevorrichtung Stahl
rohre verschiedener Durchmesser bearbeitet werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich
nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 ein doppellagiges Stahlrohr im vertikalen Längs
schnitt während des Härtevorgangs;
Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch das Stahl
rohr der Fig. 1 gemäß der Linie II-II und
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt III
der Fig. 1.
In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein doppellagiges Stahl
rohr bezeichnet, das als Bestandteil eines Rohrleitungsstrangs
der hydraulischen Förderung von Feststoffen dient.
Wie bei gemeinsamer Betrachtung der Fig. 1 bis 3 zu er
kennen ist, besteht das Stahlrohr 1 aus einer Innenlage 2 und
einer im Vergleich dazu dünnwandigeren Außenlage 3. Endseitig
des Stahlrohrs 1 werden (s. Fig. 1) nach dem Härten Radial
flansche 4 angeschweißt, welche der Verbindung von im Rohrlei
tungsstrang aufeinanderfolgenden Stahlrohren 1 dienen.
Zur Härtung der Innenlage 2 dienen beim Ausführungsbei
spiel vier lange Brennerleisten 5, die sich in Längsrichtung
des Stahlrohrs 1 erstrecken und um 90° zueinander in Umfangs
richtung versetzt sind. Die Brennerleisten 5 sind an einer Ring
brause 6 frei vorkragend befestigt. Die Halterung für die Ring
brause 6 und damit auch für die Brennerleisten 5 ist zur Auf
rechterhaltung der Zeichnungsübersichtlichkeit nicht näher dar
gestellt. Ebenfalls nicht näher dargestellt ist die Vorrichtung,
mit deren Hilfe das Stahlrohr 1 relativ zu den Brennerleisten 5
und zu der Ringbrause 6 gemäß den Pfeilen R in Rotation ver
setzt wird.
Die Zuführungsleitungen für das Gas zu den Brenner
leisten 5 und das Wasser zu der Ringbrause 6 sind mit 7 be
zeichnet.
Insbesondere die Fig. 3 zeigt mit der notwendigen Deut
lichkeit, daß die aus den Brennerleisten 5 austretenden Brenn
strahlen 8 in Vorschubrichtung V der Härtevorrichtung 9 und die
aus der Ringbrause 6 austretenden Wasserstrahlen 10 nach rück
wärts geneigt sind. Dabei ist der Neigungswinkel der Brenn
strahlen 8 gegenüber der Rohrlängsachse 11 größer als der Nei
gungswinkel der Wasserstrahlen 10 bemessen.
Beim Hindurchführen der Härtevorrichtung 9 durch das
rotierende Stahlrohr 1 wird jeder Oberflächenbereich der Innen
lage 2 langsam und gleichmäßig durch die Brennstrahlen 8 auf
eine Temperatur geringfügig oberhalb des AC 3-Punkts des Eisen-
Kohlenstoff-Diagramms erwärmt. Dabei ist in der Fig. 3 durch
die strichpunktierte Linienführung 12 veranschaulicht, wie die
Temperaturumwandlung der Innenlage 2 von einem Bereich 13
unterhalb des AC 3-Punkts auf einen Bereich 14 oberhalb des AC 3-
Punkts erfolgt. Durch dieses langsame Durchwärmen der Innenlage
2 ist sichergestellt, daß sich die Innenlage 2 überall auf
grund der Wärmedehnung an die Außenlage 3 anschmiegt und
damit eine gleichmäßige Überführung der Wärmeenergie auch in
die Außenlage 3 sichergestellt ist.
Die durch die Länge der Brennerleisten 5 vorgegebene
Erwärmungszone EZ (s. Fig. 3) ist etwa doppelt so lang wie der
Abstand A der Brennstrahlen 8 von dem Beginn der Kühlung bemes
sen ist. Durch die strichpunktierte Linienführung 15 ist die
Grenze des gehärteten Innenlagenbereichs 16 veranschaulicht.
Claims (8)
1. Verfahren zum Innenhärten eines doppellagigen Stahlrohrs,
bei welchem die Innenlage des in Rotation versetzten Stahl
rohrs an einem Rohrende beginnend und dann in Längsrichtung
gleichmäßig fortschreitend zunächst auf eine Temperatur
oberhalb des AC 3-Punkts im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm er
wärmt und anschließend im räumlichen sowie zeitlichen Ab
stand zur Wärmequelle innerhalb eines kurzen Zeitraums mit
einer den AC 3-Punkt schnell überschreitenden, oberhalb der
kritischen Abkühlgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit
gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Oberflächenbereich der Innenlage (2) während einer
Zeitspanne einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird, die we
sentlich größer als der zeitliche Abstand zwischen dem Ende
der Erwärmung und dem Beginn der Kühlung sowie derart be
messen ist, daß sich die Innenlage (2) durch die Wärmeaus
dehnung vor dem Einsetzen der Kühlung an die Außenlage (3)
luftspaltfrei anschmiegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Zeitraum vom Beginn der Erwärmung
eines Oberflächenbereichs bis zum Ende seiner Erwärmung etwa
doppelt so groß wie der zeitliche Abstand zwischen dem Ende
der Erwärmung und dem Beginn der Kühlung bemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, in der Anwendung auf
ein doppellagiges Stahlrohr mit endseitigen Radialflanschen,
dadurch gekennzeichnet, daß nach dem
Härten der Innenlage (2) die Endabschnitte des Stahlrohrs
(1) unter gleichzeitiger Kühlung abgetrennt und anschließend
unter Kühlung der Innenlage (2) die Radialflansche (4) an
geschweißt werden.
4. Vorrichtung zum Innenhärten eines doppellagigen Stahl
rohrs, welche aus einer in Längsrichtung des um seine Längs
achse drehfähig eingespannten Stahlrohrs verlagerbaren Wär
mequelle und aus einer der Wärmequelle nachgeführten Kühl
einheit besteht, insbesondere zur Durchführung des Verfah
rens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Wärmequelle aus mehreren,
umfangsseitig zueinander versetzten, sich in Längsrichtung
des Stahlrohrs (1) erstreckenden Brennerleisten (5) besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Brennerleisten (5) frei vorkragend
an einer Ringbrause (6) befestigt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die aus den Brennerleisten (5)
austretenden Brennstrahlen (8) in Vorschubrichtung (V) und
die aus der Ringbrause (6) austretenden Wasserstrahlen (10)
nach rückwärts geneigt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Neigungswinkel der Brennstrahlen
(8) gegenüber der Rohrlängsachse (11) größer als der Nei
gungswinkel der Wasserstrahlen (10) bemessen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Brennerleisten (5) radial verstellbar sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813140936 DE3140936A1 (de) | 1981-10-15 | 1981-10-15 | "verfahren und vorrichtung zum innenhaerten eines doppellagigen stahlrohrs" |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19813140936 DE3140936A1 (de) | 1981-10-15 | 1981-10-15 | "verfahren und vorrichtung zum innenhaerten eines doppellagigen stahlrohrs" |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3140936A1 DE3140936A1 (de) | 1983-05-05 |
DE3140936C2 true DE3140936C2 (de) | 1990-09-27 |
Family
ID=6144154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19813140936 Granted DE3140936A1 (de) | 1981-10-15 | 1981-10-15 | "verfahren und vorrichtung zum innenhaerten eines doppellagigen stahlrohrs" |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3140936A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006041696A1 (de) * | 2006-09-06 | 2008-03-27 | Schneiders, Servatius | Verfahren zur Herstellung eines Betonförderrohrs |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3511773C1 (de) * | 1985-03-30 | 1986-06-19 | Esser-Brieden GmbH & Co KG, 4788 Warstein | Vorrichtung zum Innenhärten von Rohren |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2529518B1 (de) * | 1975-06-30 | 1976-08-26 | Mannesmann Ag | Verfahren und vorrichtung zur grossrohrverguetung |
DE2905071C2 (de) * | 1979-02-10 | 1983-11-03 | Jakobs & Co GmbH, 4200 Oberhausen | Doppelwand-Leitungsrohr |
DE3005886A1 (de) * | 1980-02-16 | 1981-09-17 | Maschinenfabrik Karl Brieden & Co, 4630 Bochum | Verfahren zur herstellung eines foerderrohrs aus stahl fuer den feststofftransport |
-
1981
- 1981-10-15 DE DE19813140936 patent/DE3140936A1/de active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006041696A1 (de) * | 2006-09-06 | 2008-03-27 | Schneiders, Servatius | Verfahren zur Herstellung eines Betonförderrohrs |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3140936A1 (de) | 1983-05-05 |
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D2 | Grant after examination | ||
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