DE3324658A1

DE3324658A1 - Verfahren zur herstellung eines vorschweissbunds fuer feststofftransportrohre sowie vorschweissbund fuer derartige rohre

Info

Publication number: DE3324658A1
Application number: DE19833324658
Authority: DE
Inventors: Alexander 4788 Warstein Esser
Original assignee: Esser Brieden GmbH and Co KG
Current assignee: Esser Brieden GmbH and Co KG
Priority date: 1983-07-08
Filing date: 1983-07-08
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3324658C2

Description

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Esser-Brieden GmbH & Co. KG, Belecker Landstraße 107,

4788 Warstein

Verfahren zur Herstellung eines Vorschweißbunds für Fest- j stofftransportrohre sowie Vorschweißbund für derartige Rohre :

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zur J Herstellung eines Vorschweißbunds für Rohre zum Transport von Feststoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Andererseits richtet sich die Erfindung auf einen Vorschweißbund für Rohre zum Transport von Feststoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Bei Rohrleitungen zum hydraulischen oder pneumatischen Transport von Feststoffen, wie beispielsweise Sand durch Düker oder Schiffsverrohrungen bzw. Bergematerial in bergbaulichen untertägigen Blasversatzrohren,ist in der Regel der stärkste Verschleiß an den Enden der zwecks leichter Auswechselbarkeit unzentriert aneinanderstoßenden Rohre zu beobachten. Der überproportional starke Verschleiß an den Rohrenden ist gerade deshalb unangenehm, weil die Länge der Vorschweißbunde oder Vorschweißflansche nur etwa 5 bis 10 % der Gesamtlänge eines Rohrs ausmacht. Die anderen 90 bis 95 % Rohrlänge sind nämlich ausschließlich dem normalen Abrieb durch die transportierten Feststoffe unterworfen. Diese Verschleiß hat also zur Folge, daß Rohre auch dann komplett ausgewechselt werden müssen, xvenn lediglich die Vorschweißbunde über Gebühr verschlissen· sind, obwohl die Restlänge des Rohrs durchaus noch länger funktionsfähig wäre.

Die Ursache der rohrendseitigen Verschleißerscheinungen ist darin zu sehen, daß das axiale Ausrichten der Durchmesser

bis zu 1.000 mm und mehr und Längen um annähernd 6 m aufweisenden Rohre im Zuge eines RohrStrangs im wesentlichen nur über den Außenumfang der Rohre oder über die endseitigen Vorschweißbunde erfolgen kann. Ineinandergreifende Zentrierungen sind nicht vorgesehen, weil dann sowohl das radiale Herauslösen eines Rohrs aus einem Rohrstrang als auch die Wiedereingliederung eines neuen Rohrs meistens nicht möglich ist. Folglich sind im Bereich der Stoßstellen zweier Rohre Stoßkanten nicht zu vermeiden. Selbst bei Größenordnungen von unter 1 mm führen diese Absätze zu Verwirbelungen der Feststoffteilchen und damit überall dort zu beträchtlichen Verschleißerscheinungen, wo die laminare Strömung der Feststoffteilchen durch Turbulenzen unterbrochen wird.

Man hat zwar schon vorgeschlagen, die Rohrenden durch umfangsseitig anzuordnende Manschetten zu verstärken, damiü ein vorzeitiger und damit unwirtschaftlicher Austausch der Rohre vermieden wird. Hiermit konnte jedoch auch keine wirklich, befriedigende Abhilfe bezüglich der Verschleißprobleme geschaffen werden.

Ferner zählt es zum Stand der Technik, die Vorschweißbunde aus einer Innenhülse aus einem härtbaren Kohlenstoffstahl und einer/zylindrischen Mantelschicht aus einem schweißbaren Stahl zu bilden. Hierdurch konnte die Standzeit eines Feststoff transport / zwar etwas verlängert werden, indessen auch nur in' einem letztlich nicht befriedigendem Umfang.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Vorschweißbunds genial dem

Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen geeigneten Vorschweißbund gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 zu schaffen, durch welche eine Vergleichmäßigung der Lebensdauer aller Längenabschnitte eines Rohrs gewährleistet werden kann.

Was den verfahrensmäßigen Teil dieser Aufgabe anlangt, so besteht dessen Lösung nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Der Erfindung liegt der bekannte Sachverhalt zugrunde, daß beim Härten von hierfür geeigneten Kohlenstoffstählen eine Volumenvergrößerung stattfindet. Es wurde nun in nicht vorhersehbarer Weise gefunden, daß sich diese Volumenvergrößerung nicht auf einen einmaligen Härtevorgang beschränkt. Vielmehr wurde zur Überraschung festgestellt, daß sich eine bereits gehärtete zylindrische Hülse bei nochmaligen wiederholten Härte vor gangen jeweils um einen weiteren Stufensprung dehnt ·' und dabei mit Bezug auf ihren Außendurchmesser stetig vergrößert. Diese überraschende Erkenntnis führt nun zu dem Erfindungsgedanken, die Innenhülse eines Vorschweißbunds nur durch Härten einwandfrei in dem Mantelzylinder festzulegen. Der besondere Vorteil hierbei ist, daß auch herstellungs- und/oder transpörtbedingte große maßliche Abweichungen im Außen- und Innendurchmesser und/oder Unrundheiten bei der besonderen Art der Einpassung der Innenhülse in den Mantelzylinder eliminiert werden. Folglich können sehr grob tolerierte Rohre einfachen Qualitätsstandards als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Vorschweißbunde verwendet werden. Neben der besonderen Verbindung der Innenhülse-mit dem Mantelzylinder kann auch der Verschleißwiderstand der- Innenhülse jetzt gezielt so erhöht werden, daß die Lebensdauer der Vorschweißbunde annähernd der Lebensdauer der restlichen Rohrlänge entspricht. Insgesamt wird mithin die Standzeit der Vorschweiß-

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bunde auf die Standzeit der Rohre abgestimmt. Es brauchen nunmehr keine Rohre schon dann ausgetauscht zu werden, wenn nur die Vorschweißbunde innenseitig verschlissen sind. Die Erfindung stellt sicher, daß bei Verschleiß der Vorschv/eißbunde auch die Standzeit des Gesamtrohrs beendet ist.

^ Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig davon anwendbar, ob die Vorschweißbunde an Doppellagenrohre geschweißt werden sollen, die aus einem verschleißfesten Kernrohr und einem Mantelrohr aus einem demgegenüber zähen Werket off bestehen oder ob es sich um sogenannte Einlagenrohre aus einem schweißbaren Stahl handelt. Stets kann die Wanddicke der Innenhülse gezielt an den Verschleißwiderstand des Restrohrs angepaßt werden. Dabei ergibt sich außerdem der Vorteil, daß die Eliminierung der Toleranzen und/oder der Unrundheiten dazu führt, daß die anzuschließenden Vorschweißbunde exakt zu den Rohrmittelabschnitten axial ausgerichtet und dadurch mögliche Absätze von vornherein vermieden werden können.

Gemäß den Merkmalen im Anspruch 2 ist es denkbar, daß die Erwärmungstemperaturen der Härtestufen gleich bemessen werden.

Je nach den Erfordernissen ist es aber auch vorstellbar, daß entsprechend, den Merkmalen im Anspruch/3 die Erwärmungstemperaturen der Härtestufen unterschiedlich hoch bemessen werden.

Der gegenständliche Teil der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 gelöst.

Ein derartiger Vorschweißbund ist einfach herzustellen, weil vergleichsweise grob tolerierte Rohre als Ausgangsmaterial

für die Innenhülse und den Mantelzylinder verwendet werden können. Zur einwandfreien Verbindung der Innenhülse mit dem Mantelzylinder sowie zur Herstellung der gewünschten verschleißfesten Wanddicke der Innenhülse ist es lediglich erforderlich, die Innenhülse ein- oder mehrmals zu härten.

Sollen die erfindungsgemäßen Vorschweißbunde mit doppellagigen Rohren verwendet werden, so sind die Merkmale des Anspruchs 5 von Vorteil.

Bei Vorschweißbunden für einlagige Rohre aus Schweißstahl ist es zweckmäßig, die Merkmale des Anspruchs 6 anzuwenden.

Die Erfindung ist- nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 im vertikalen Längsschnitt den Verbindungsbereic zwischen einem Vorschweißbund und einem Doppellagenrohr ;

Figur 2 im vertikalen Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Verbindungsbereichs zwischen einem Vorschweißbund und einem Doppellagenrohr;

Figur 3 im vertikalen Längsschnitt den Verbindungsbereich zwischen einem Vorschweißbund und einem Einlagenrohr;

Figur 4 im vertikalen Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des Verbindungsbereichs zwischen

einem Vorschweißbund/einem Einlagenrohr und

und

Figur 5 im vertikalen Längsschnitt den Kupplungsbereich¹ zweier axial aneinandergesetzter Rohre zum j Peststofftransport. ί

Mit 1 ist in der Figur 1 ein Vorschweißbund bezeichnet, j der stirnseitig eines Doppellagenrohrs 2 zum Transport von
feststoffen angeschweißt ist.

Das Doppellagenrohr 2 besteht aus einem flammgehärteten : Kernrohr 3 und aus einem Mantelrohr 4 aus einem zähen Werk- ί stoff. Kernrohr 3 und Mantelrohr h sind durch Härten aneinander] gepreßt. I

Dei/Vorschweißbund 1 ist ebenfalls zweilagig gestaltet. i Eine Innenhülse 5 mit einer die Wanddicke D des Kernrohrs 3 ; übersteigenden Wanddicke D. besteht aus einem härtbaren Kohlenstoffstahl, während eine zylindrische Mantelschicht 6 aus
einem Schweißstahl besteht. Der Innendurchmesser ID der Innenhülse 5 und der Innendurchmesser ID. des Kernrohrs 3 sind
derart aufeinander abgestimmt, daß beim Übergang von der
Innenhülse 5 auf das Kernrohr 3 kein Absatz vorhanden ist.

Die Festlegung der Innenhülse 5 in dem Mantelzylinder 6
erfolgt dadurch,daß. zunächst auch unter Berücksichtigung der
herstellungsbedingten Toleranzen und/oder Unrundheiten des
Ausgangsmaterials der Außendurchmesser AD der umfangsseitig
geschlossenen Innenhülse 5 gezielt um so viel kleiner als der
Innendurchmesser IDp des Mantelzylinders 6 bemessen wird, daß
die Innenhülse 5 mit ausreichendem Spiel leicht in den Mantelzylinder 6 eingeschoben werden kann. Es kann jedoch auch der
Innendurchmesser IDp des Mantelzylinders 6 bewußt um so viel
größer als de'r Außendurchmesser AD der Innenhülse 5 bemessen

werden, daß die Innenhülse 5 mit ausreichendem Spiel leicht; in den Mantelzylinder 6 eingeschoben werden kann. Anschließend wird dfe Innenhülse 5 durch wiederholt aufeinanderfolgendes Härten unter stufenweiser radialer Aufweitung zur festhaftenden flächigen Anlage an die innere Oberfläche des Mantelzylinders gebracht.

Bei dieser Maßnahme werden die Toleranzen und Unrundheiten der Ausgangsmaterialien für den Vorschweißbund 1 beseitigt, so daß über das gesamte Rohr 1, 2 eine absatzlose innere Oberfläche gewährleistet ist.

Zur Festlegung des Vorschweißbunds 1 am Rohr 2 ist an der Stirnseite 7 des Mantelzylinders 6 ein Absatz 8 ausgebildet, der das Mantelrohr 4 übergreift. Damit ist der Vorschweißbund 1 am Doppellagenrohr 2 zentriert. In den Winkelbereich zwischen der äußeren Oberfläche 9 des Doppellagenrohrs 2 und der Stirnseite 7 des Mantelzylinders 6 des Vor- . schweißbunds 1 kann nunmehr die Schweißnaht 10 einwandfrei. eingebracht werden.

Die Nut 11 in dem Mantelzylinder 6 dient der Verklammerung von Kupplungselementen 12, die anhand der Figur 5' noch näher erläutert sind.

Bei der Ausführungsform der Figur. 2 ist sowohl der Aufbau des Doppellagenrohrs 2 als auch der Aufbau des Vorschweißbun-ds 13 weitgehend identisch mit der Ausführungsform gemäß Figur 1. Insofern wird auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet. Der Unterschied besteht lediglich in der Art der Befestigung des Vorschweißbundes 13 am Doppellagenrohr 2. Ss

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ist erkennbar, daß der Mantelzylinder lh des Vorsehwoi.ibunds

13 keinen Absatz nehr. aufweist, der über das Mantelrohr 4 greift.Aber auch in diesem Fall kann durch entsprechende Lehren sichergestellt sein, daß beim Verschweißen des Doppellagenrohrs 2 mit dem Vorschweißbund 13 die innere Oberfläche 15 der Innenhülse l6 und die innere Oberfläche 17 deri Ya:vi\- rohrs 3 fluchtend ausgerichtet sind.

Bei den Ausführungsformen der Figuren 3 und 4 werden Vorschweißbunde 1 und 13 gemäß den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 mit Einlagenrohren l8 aus Schweißstahl verbunden. Die Festlegung der Innenhülsen I9 in den Mantelzylindern 6, 14 der Vorschweißbunde I₃ 13 entspricht der anhand der Figur 1 erläuterten Festlegung. Folglich kann auch hierauf eine Wiederholung verzichtet werden. Es ist; lediglich bei der Einbringung der Innenhülsen 19 in die Mantelzylinder 6,

14 der Vorschweißbunde 1, 13 sicherzustellen, da3 die Wanddicke Dp der Innenhülsen 19 zur V/anddicke D_T des Festcvoffrohrc 13 derart bemessen ist, daß die Verschleißfest!jkeit und damit die Lebensdauer des Gesamtrohrs - auf die Echrlänge gesehen - vergleichmäßigt wird.

Die Figur 5 zeigt den Kupplungsbereich zweier axial aneinanderstoßender Rohre lS zum Feststofftransport. Gewählt wurden Rohre 13 mit Vorsehweißbunden 13 entsprechend der Ausführungsform der Figur 4. Es ist zu erkennen, da.3 die klammerartireη Kupplungselemente 12, welche in die "uren 11 der Mantelzylinder I¹A der Vorschweißbunde 13 eingreifen, es zulassen, daß die axial aneinandergrenzenderi Rohre 1: radial zueinander vernetzt sein können. Diese Versetzung kann deshalb nicht ausgeschlossen v/erden, weil die Rohre lS nicht axial zentriert werden kennen, um ein leichtes Demontieren

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und Wiedermontieren in einen geschlossenen Rohrstrang zu gewährleisten .Durch eine solche Versetzung sind jedoch in der Regel die Oberflächen 20 der Innenhülsen 19 in den Vorschweißbunden 13 einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Jetzt kann durch die Wahl der Wanddicke D_? der Innenhülsen 19 der Verschleißwiderstand der Vorschweißbunde 13 hinsichtlich der Lebensdauer auf die Lebensdauer des übrigen Rohrs 18 abgestimmt werden.

Durch den Pfeil X ist beispielsweise die Transportrdchtung veranschaulicht.

Mit 21 ist ein Dichtungselement innerhalb der U-förmigen Kupplungsklammer 12 bezeichnet, das den Spalt 22 zwischen den Vorschweißbunden 13 überbrückt.

52/30.5Θ5 " '" "* 07.07.1983 XR/an

BezugszeichenaufStellung:

1	Vorschweißbund
2	Doppellagenrohr
3	Kernrohr
4	Mantelrohr
5	Innenhülse
6	Mantelzylinder
7	Stirnseite von 6
8	Absatz
9	Oberfläche von 2
10	Schweißnaht
11	Nut in β
12	Kupplungselemente
13	.Vorschweißbund
14	Mantelzylinder
15	Oberfläche von 16
16	Innenhülse
17	Oberfläche von 3
18	Einlagenrohre
19	Innenhülsen
20	Oberflächen von 19
21	Dichtungselement von 12
22	Spalt zwischen 13
D	Wanddicke von 3
^Dl	Wanddicke von 5
ID	Innendurchmesser von 5
ID₁	Innendurchmesser von 3
AD	Außendurchmesser
ID₂	Innendurchmesser von 6
^D2	Wanddicke von 19
3	Wanddicke

Claims

P" A T £-tsi T A N-WA-LT E
DR₁-ING. W. STUHLMANN — DIPL.-ING. R. WILLERT

DR.-1N G. P. H. OIDTMAN N q " -■ ' r ς Q ':

O -J ■.- T <.' yj U

AKTEN-NR. 52/3Ο5Ο5 4β3Ο BOCHUM1.7.7.1983 XR/Ξ.Ι

Postschließfach 1O 24 5O

Ihr Zeichen Bergstraße 109

Fernruf 0234/ B19B7 Telegr. Stuhlmannpatent Telex 825 381 swop d

Patentansprüche:

ί l.i Verfahren zur Herstellung eines eine zylindrische
Innenhülse aus einem härtbaren Kohlenstoffstahl sowie einen
daran gepreßten zylindrischen Mantel aus einem Schweißstahl
aufweisenden Vorschweißbunds für Rohre zum hydraulischen
oder pneumatischen Transport von Feststoffen, dadurch
gekennzeichnet , daß auch unter Berücksichtigung der herstellungsbedingten Toleranzen und/oder Unrundheiten
beim Ausgangsmaterial der Außendurchmesser (AD) der umfangsseitig geschlossenen Innenhülse (5, l6, 19) gezielt um so
viel kleiner als der Innendurchmesser (IDp) des Mantelzylinders (6, 14) und/oder der Innendurchmesser (IDp) des Mantelzylinders (6, 14) bewußt um so viel größer als der Außendurchmesser (AD) der Innenhülse (5, 16, 19) bemessen wird, daß die Innenhülse (5, 16, 19) mit ausreichendem Spiel leicht in den Mantelzylinder (6, 14) eingeschoben werden kann und daß die -.

Innenhülse (5, 16, 19) daraufhin durch wiederholt aufeinanderfolgendes Härten unter stufenweiser radialer Aufweitung zur \ festhaftenden flächigen Anlage an die innere Oberfläche des j Mantelzylinders (6, 14) gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet ,daß die Erwärmungstemperaturen der Härtestufen gleich hoch bemessen werden.
3· Verfahren nach Anspruch 1,dadurch

gekennzeichnet , daß die Erwärmungstemperaturen der Härtestufen unterschiedlich hoch bemessen werden.
4. Vorschweißbund für Rohre zum Transport von Feststoffen, der eine zylindrische Innenhülse aus einem härtbaren

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Kohlenstoffstahl sowie einen daran gepreßten zylind-"^: sehen Mantel aus einem Schweißstahl aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die auch unter Berücksichtigung herstellungs- und/oder transportbedingter Toleranzen und/oder Unrundheiten mit Bezug auf ihren Außendurchmesser(AD) gezielt kleiner als der Innendurchmesser (ID~) des Mantelzylinders (6, 14) bemessene ungeschlitzte Innenhülse (5, lö, 19) durch.,, wiederholt aufeinanderfolgendes Flammhärten und dadurch bewirkter stufenweiser radialer Aufweitung zur festhaftenden flächigen Anlage an die innere Oberfläche des Mantelzylinders (6, l4) gebracht ist.
5. Vorschweißbund nach Anspruch 4 zum Anschweißen an doppellagige Rohre, die aus einem flammgehärteten Kernrohr und einem darauf gepreßten Mantelrohr aus zähem Werkstoff gebildet sind, dadurch gekennzeichnet;, daß die Wanddicke (D.) der Innenhülse (5, 16) größer als die Wanddicke (D) des Kernrohrs (3) bemessen ist.
6. Vorschweiobund nach Anspruch 4 zum Anschweißen an einlagige Rohre aus Schweißstahl, dadurch ^ ^ -kennzeichnet , daß unter Berücksichtigung der Verschleißintensität das Verhältnis der Wanddicke (Dp) der Innenhülse (19) zur Wanddicke (D-,) des Peststoffrohrs (iS) derart bemessen ist, daß auf der gesamten Rohrlänge eine in wesentlichen gleichmäßige Lebensdauer erreichbar ist.

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