DE3236745C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Explo­ sionsverbinden von Metallrohren, entsprechend dem die aufeinander zu gerichteten Enden der Rohre zwischen einem äußeren Metallring und einem inneren Metallring eingesetzt werden, von denen der letztgenannte ein Außenprofil mit geneigten Randseiten hat, so daß ein keilförmiger Spalt zwischen dem inneren Ring und der äuße­ ren Seitenfläche jedes Rohres gebildet wird, wodurch eine Explosionsladung dazu veranlaßt wird, innerhalb des inne­ ren Ringes zu detonieren.

Verschiedene Verfahren des Explosionsverbindens von Rohren sind bereits bekannt. Beispielsweise beschreibt die GB-PS 7 66 741 ein Verfahren, gemäß dem die Rohrenden zwi­ schen einem äußeren Ring und einem inneren Ring einge­ setzt werden. Eine Explosionsladung in Form eines Zylin­ ders wird innerhalb des inneren Ringes zur Detonation ge­ bracht. Die Rohrenden und der äußere Ring werden dabei so deformiert, daß eine formabhängige Verbindung zwischen den Rohren erstellt wird. Der innere Ring, welcher aus weichem Material, wie Blei, besteht, wird in den Spalt zwischen den Endflächen der Rohre gepreßt, um diese Endflächen gegen Korrosion zu schützen. Bei der Verwendung dieses Verfahrens besteht ein erhebliches Risiko dahingehend, daß die Verbin­ dung nicht für unter hohem Druck und hoher Temperatur stehen­ de Medien dicht ist. Die mechanische Festigkeit der Verbin­ dung ist praktisch vollständig abhängig von der Deformierung des äußeren Ringes und der Rohrenden, da der innere Ring aus weichem Material besteht, welches nicht die Festigkeit im gewünschten Maße erhöht.

Die US-PS 32 90 721 behandelt ein Verfahren des Explosions­ verbindens von dünnwandigen Rohren, die mit einer korrosions­ schützenden Beschichtung versehen sind. Die Rohrenden werden in Ringnuten oder Eindrückungen eingesetzt, die sich in den Enden einer Kunststoffhülse befinden, welche die Explosions­ ladung umgibt. Die Rohrenden sind außerdem von einem getrenn­ ten äußeren Ring umgeben, welcher ein Paar von Ringnuten auf­ weist. Nach der Detonation geben die Nuten Anlaß zu alter­ natierenden Vertiefungen und Erhebungen in den Rohrenden der Hülse, wodurch die Rohrenden mit der Kunststoffhülse verriegelt werden. Nach der Detonation wird der äußere Ring aufgespalten und entfernt. Es ist nur möglich, dieses Ver­ fahren dann anzuwenden, wenn dünne Rohre verbunden werden sollen. Zum Verbinden von schweren Eisenrohren, beispiels­ weise bei Pipelines für Öl oder Gas, kann dieses Verbindungs­ verfahren nicht verwendet werden. Auch kann dieses Verbin­ dungsverfahren nicht für Heizrohre verwendet werden, welche einem Druck von bis zu 20 bar und Temperaturen bis zu 120°C widerstehen müssen.

Die Erfindung ist ganz allgemein gesehen dazu bestimmt, ein Verfahren zu schaffen, mit dem durch Explosion eine dichte und hochfeste Verbindung von in erster Linie schweren Metall­ rohren, wie Rohren für Pipelines oder Distriktheizleitungen hergestellt werden kann. Bis jetzt wurden derartige Rohre miteinander verschweißt, was teuer ist und hochqualifizierte Fachkräfte erfordert, insbesondere da die Schweißarbeit häufig an unzugänglichen Stellen, wie an der Innenseite der Rohre durchgeführt werden muß. In vielen Fällen müssen die Schweißpunkte X-bestrahlt werden, was weiterhin die Kosten erhöht. So ist die Erfindung weiterhin dazu bestimmt, ein einfacheres, weniger Zeit in Anspruch nehmendes Verfahren zum Verbinden von Rohren, insbesondere Rohren, die schwer zugäng­ lich sind, zu schaffen, ohne daß eine aufwendige Ausrüstung erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daß eine ringförmige Explosionsladung verwendet wird, die mit Hilfe von Detonatormitteln zur Detonation gebracht wird, wo­ durch in der radialen Mittelebene der Ladung eine gleichmäßig über den Umfang der Ladung verteilte Detonation erzeugt wird, um entgegengesetzt gerichtete Detonationswellen zu erzeugen, die von der Mittelebene der Ladung ausgehen, wobei die Explo­ sionskraft der Ladung so angepaßt ist, daß der Kollisions­ druck zwischen den Rohrenden und dem inneren Ring beim Expan­ dieren des letzteren eine Verschweißung zwischen dem Material des inneren Ringes und dem Material der Rohrenden erzeugt.

Die Erfindung basiert auf der Idee des Schaffens von Zustän­ den gleich denen beim Explosionsschweißen von zwei Blechen (beispielsweise), bei dem ein Blech nach einem kurzen Beschleu­ nigungsabstand mit dem anderen Blech zusammenstößt, indem die Detonation an einem Ende angesetzt wird, so daß die Kollision sukzessive in Richtung auf das andere Ende statt­ findet. Dadurch, daß entsprechend der Erfindung ein innerer Ring mit geneigten Profilflächen verwendet wird und die Detonation im Zentrum eingeleitet wird, pflanzen sich die Kollisionszonen vom Zentrum in entgegengesetzten Richtungen zu den Enden des inneren Ringes fort.

Das Verbinden der Rohre an unzugänglichen Stellen ist insbe­ sondere einfach, wenn bei der bevorzugten Anwendung des Ver­ fahrens entsprechend der Erfindung der innere Ring zuerst mit dem äußeren Ring fest verbunden wird, und zwar unter Zu­ hilfenahme von Abstandsmitteln, welche zentral zwischen den Seitenrändern der Ringe angeordnet werden. Der äußere Ring mit dem angebrachten inneren Ring kann dann über ein Rohr­ ende geschoben werden, bis die Kante des Rohrendes gegen die Abstandsmittel im Spalt zwischen den Ringen anstößt. Nach dem Befestigen der ringförmigen Explosionsladung an der Innen­ seite des inneren Ringes wird das äußere Rohrende in den Spalt zwischen den Ringen eingesetzt, bis dessen Endkante gegen die Abstandsmittel stößt. Dieses Verfahren erfordert keinen Zugang zur Verbindung selbst. Eher ist es ausreichend, daß das äußere Ende eines der Rohre zugänglich ist, so daß eine Kraft auf dieses Ende aufgebracht werden kann, um die Rohre zusammenzustoßen. Die Abstandsmittel stellen sicher, daß die Ringe präzise in Relation zu den Rohrenden zentriert werden, das für die Erzielung einer gleichförmigen Deformation und einer gleichförmigen Verschweißung der Rohrenden wesentlich ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spiele. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform einer Kupplungsvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens entsprechend der Erfindung, angewendet auf ein Paar von Rohrenden,

Fig. 2 eine modifizierte Ausführungsform des Innenrings ge­ mäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Längsschnittansichten durch zusätzliche Ausfüh­ rungsformen des Außenringes und des Innenringes vor und nach der Detonation und

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Ab­ standselements.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 Endabschnitte eines Paares von Standardeisenrohren mit einem Durchmesser von 32 cm, auf die eine Kupplungsvorrichtung entsprechend der Er­ findung befestigt wird. Diese Kupplungsvorrichtung umfaßt einen äußeren Eisenring 3 größerer Dicke als die Dicke der Rohre und konsequenterweise höherer Festigkeit in Radialrichtung als die Rohre. Der Ring 3 ist mit einer inneren Umfangsnut 4 her­ gestellt, die im wesentlichen eine V-Form hat, deren Randsei­ ten 5, 6 jeweils auf einer Seite einer schmalen, flachen Bo­ denfläche 7 zueinander geneigt verlaufen. Wie der Figur zu entnehmen ist, verlaufen die Enden der Rohre 1, 2 nur bis zu der Grenze zwischen der Bodenfläche 7 und den genannten Rand­ seiten 5, 6.

Innerhalb des Rohres befindet sich im Zentrum der Nut 7 ein innerer Eisenring 8, dessen Breite nahezu gleich der Breite der Nut 4 ist. An ihrer Oberseite weist dieser innere Eisen­ ring 8 geneigte Flächen 9, 10 auf, welche dieselbe Neigung ha­ ben wie die Randseiten 5, 6 der Nut. Die Flächen 9, 10 sind durch eine flache Nut 11 mit einem ebenen, flachen Boden von­ einander getrennt, wobei die Breite dieser Nut gleich der Breite der Bodenfläche 7 ist. Der äußere Eisenring 3 und der innere Eisenring 8 sind mit Hilfe von Abstandsmitteln miteinander befestigt, welche Abstandsmittel aus einem wel­ lenförmig ausgebildeten Stahlband 12 bestehen können. Dieses Stahlband ist detailliert in Fig. 5 dargestellt und hat einander abwechselnde, versetzte Abschnitte 13 und 14, die in der in Fig. 2 dargestellten Lage der Ringe mit dem Boden der Nut 4 punktgeschweißt und in die Nut 11 des inneren Eisenrings 8 eingeschnappt sind. Das Stahlband 12 hat eine Elastizität, die eine Federbewegung entsprechend der Tiefe der Nut 11 erlaubt. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 15 die Schweißpunkte mit der Nut 4. Alternativ kann das Stahl­ band 12 in gleichmäßig verteilte kurze Segmente unterteilt sein, d.h. zwischen den strichpunktierten Linien in Fig. 5. Durch Verwendung eines elastisch nachgiebigen Bandes, welches in die Nut des inneren Eisenringes einschnappt, wird die Anord­ nung einfach, da die vorhandenen geneigten Flächen 9, 10 dazu verwendet werden, das Stahlband außerhalb des Weges zu drücken. Ein zusätzlicher Vorteil hinsichtlich der Verwendung von Abstandsmitteln des beschriebenen Typs besteht darin, daß dieser nach der Deformation einen nur sehr geringen Raum einnimmt, wie dies weiter unten beschrieben wird.

In Fig. 1 zeigt die obere Hälfte die Lage und die Form der Komponententeile vor der Detonation einer Explosionsladung 16 (schematisch dargestellt), die am inneren Eisenring 8 befestigt ist. Die Explosionsladung, welche aus einer ringförmigen Dynamitladung besteht, die in eine Papierhülle eingeschlossen ist, wird mittels einer Anzahl von Detonatoren 17 zur Detonation gebracht, welche Detonatoren gleichmäßig über den Umfang der Ladung verteilt angeordnet und mit elektrischen Drähten 18 ver­ bunden sind, die durch eines der Rohre verlaufen. Nach der De­ tonation mit der begleitenden Expansion des inneren Eisenringes 8 wird eine Verbindung mit einem Erscheinungsbild erzielt, welches in der unteren Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist. Die Rohrenden werden konisch nach außen erweitert und zwischen den Eisenringen 3 und 8 eingeklemmt, woraus eine Verbindung mit einer Zugfestigkeit erzielt wird, die voll­ ständig mit der des Rohres selbst vergleichbar ist. Eine geeignete Proportionierung der Explosionsladung zusammen mit einer sorgfältigen Reinigung der Verbindungsbereiche schafft ebenso ein Verschweißen zwischen dem Material des inneren Eisenringes 8 und des Materials der Rohre 1, 2 im Bereich zwischen den Pfeilen in Fig. 1, um so auch eine dich­ te Verbindung zu schaffen. Das Stahlband 12 wird leicht im Raum zwischen den Rohrenden zusammengefaltet, so daß es den Deformationsvorgang nicht behindert bzw. unterbricht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sieht der innere Eisenring 8 einen praktisch glatten Übergang zwischen den Rohrenden vor, so daß die Verbindung keine Turbulenzen in dem durch die Rohre strömenden Medium erzeugt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die größ­ te Länge des Momentenarmes bei der anfänglichen Deformation der Rohre erzielt, wenn der innere Eisenring 8 gegen die Rohrenden stößt, und zwar in der Nähe ihrer äußeren Ränder. Da die Größe der Ladung zunächst von der durchzuführenden Deformationsarbeit abhängig ist, minimiert diese Anordnung die Größe der erforderlichen Ladung. Über Ventilations­ löcher bzw. Leitungen 19, die gleichmäßig um den äußeren Eisenring 3 angeordnet sind und die Nut 4 mit der Atmosphäre verbinden, kann das in der Nut eingeschlossene Medium schnell evakuiert werden, was weiterhin dazu beiträgt, die Größe der Ladung klein zu halten.

Die optimale Form der Nut 4 des äußeren Eisenringes 3 und des inneren Eisenringes 8 kann in Abhängigkeit von verschie­ denen Faktoren verändert werden, wie beispielsweise die Rohrdimension, die Materialeigenschaften, die Schweißan­ forderungen etc. Fig. 2, 3, und 4 zeigen verschiedene modifizierte Ausführungsformen des äußeren Eisenringes 3 und des inneren Eisenringes 8, bei denen dieselben Bezugs­ zeichen wie in Fig. 1 für die entsprechenden Teile verwen­ det werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Explosionsverbinden von Metallrohren, entsprechend dem die aufeinander zu gerichteten Enden der Rohre zwischen einem äußeren Metallring und einem inneren Metallring eingesetzt werden, von denen der letztgenannte ein Außenprofil mit geneigten Profil­ seiten aufweist, so daß ein keilförmiger Spalt zwischen dem inneren Ring und der inneren Seitenfläche jedes Rohres ausgebildet wird, wonach eine Explosionsladung innerhalb des inneren Ringes zur Detonation gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Explosionsladung (16) verwendet wird, die mit Hilfe von Detonatormitteln (17) zur Detonation gebracht wird, wodurch in der radialen Mittelebene der Ladung eine gleichmäßig über den Umfang der Ladung verteilte Detonation erzeugt wird, um entgegengesetzt gerichtete Detonationswellen zu erzeugen, die von der Mittelebene der Ladung ausgehen, wobei die Explosions­ kraft der Ladung so angepaßt wird, daß durch den Kollisions­ druck zwischen den Rohrenden (1, 2) und dem inneren Ring (8) beim Expandieren des letzteren eine Verschweißung zwischen dem Material des inneren Ringes und dem Material der Rohrenden erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der innere Ring (8) zunächst mit Hilfe von Abstandsmitteln (12), die zentral zwischen den Randflä­ chen der Ringe angeordnet sind, mit dem äußeren Ring (3) fest verbunden wird, daß der äußere Ring danach über ein Rohrende (1, 2) geschoben wird, bis die Endkante des Rohres innerhalb des Spaltes zwischen den Ringen gegen die Abstands­ mittel stößt, und daß das andere Rohrende, nachdem die ringförmige Explosionsladung (16) auf der Innenseite des inneren Ringes angebracht worden ist, in den Spalt zwischen den Ringen eingesetzt wird, bis dessen Endkante gegen die Abstandsmittel stößt, wonach die Explosionsladung zur De­ tonation gebracht wird.

3. Vorrichtung zum Explosionsverbinden von Metallrohren zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit einerseits einem äußeren Metallring und einem inneren Metallring, zwischen denen die aufeinander zu gerichteten Enden der Rohre eingesetzt sind, wobei der innere Metallring ein äußeres Profil mit geneigten Flächen aufweist, und ande­ rerseits mit einer in den inneren Ring einsetzbaren Explo­ sionsladung, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosionsladung (16) ringförmig ist und mit Detona­ tionsmitteln (17) versehen ist, die so angeordnet sind, daß eine gleichmäßig über den Umfang der Ladung verteilte Detonation in der radialen Mittelebene der Ladung erzeugbar ist, und daß die Explosionskraft der Ladung so angemessen ist, daß der Kollosionsdruck zwischen den Rohrenden (1, 2) und dem inneren Ring (8) beim Expandieren des letzteren eine Verschweißung zwischen dem Material des inneren Ringes und dem Material der Rohrenden erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der äußere Ring (3) und der innere Ring (8) durch Abstandsmittel (12), die zentral zwischen den geneig­ ten Randseiten (9, 10) des Innenringes angeordnet sind, miteinander befestigt sind, und daß die ringförmige Explo­ sionsladung (16) an der Innenseite des inneren Ringes be­ festigt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abstandsmittel aus einem elastisch nach­ giebigen Element (12) bestehen, welches radial innerhalb der Mitte der inneren Seitenfläche des äußeren Ringes ver­ läuft und gleichmäßig entlang dem Umfang verteilt ist, wo­ bei das Element in einer Umfangsnut (11) der äußeren Seiten­ fläche des inneren Ringes verläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das elastisch nachgiebige und beim Explosions­ verbinden plastisch verformbare Element aus einer oder mehre­ ren wellenförmigen Stahlbändern (12) besteht, welche fest mit dem Außenring verschweißt sind und in die Nut (11) des inneren Ringes (8) eingeschnappt sind.