DE3343547A1

DE3343547A1 - Verbindung zwischen zwei, vorzugsweise metallischen rohren und verfahren zur herstellung dieser verbindung

Info

Publication number: DE3343547A1
Application number: DE19833343547
Authority: DE
Inventors: Bengt 29300 Olofström Persson; Per Ingemar 71300 Nora Persson
Original assignee: Volvo AB; Nitro Nobel AB
Current assignee: Volvo AB; Nitro Nobel AB
Priority date: 1982-12-03
Filing date: 1983-12-01
Publication date: 1984-06-07
Also published as: FI834379A; FR2537244A1; SU1708149A3; SE8206913D0; MX160418A; JPH0371232B2; FR2537244B1; CH662400A5; LU85112A1; FI76011B; GB2134203A; GB8331915D0; FI834379A0; BE898367A; NO161543B; NO161543C; MY8600637A; AU2194083A; FI76011C; SE458302B

Description

Verbindung zwischen zwei, vorzugsweise metallischen Rohren und Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung

Beschreibung

\ ' Die vorliegende Erfindung betrifft das Verbinden

von Rohren. Dies kann auf viele Arten durchgeführt werden, • wobei eine Art das Schweißen ist, das insbesondere bei

Rohren mit großem Durchmesser/ wie beispielsweise Rohr-5 leitungen für Gas, Öl oder andere industrielle Produkta, verwendet wird. Die Rohre können sogar für Fernheizungssysteme sein. Bei solchen Rohren sind die Anforderungen an Dichtheit und Festigkeit im allgemeinen extrem hoch und daher sind genaue Schweißverfahren erforderlich. Solche 10 Rohre müssen oft unter ungünstigen Wetterbedingungen und draußen an Baustellen geschweißt werden. Infolge der hohen Anforderungen an die fertigen Schweißstellen wird die An-

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Wendung von Schweißen teuer und zeitaufwendig. Das Schweißen erfordert auch eine sachkundige Bearbeitung. Eine normale Schweißverbindung kann laufende Risse, die in Rohrleitungen auftreten können, nicht verhindern. Diese Risse neigen dazu, sich über mehrere Kilometer entlang der Rohrleitung hinzuziehen, wobei sie sogar Schweißverbindungen passieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbindung herzustellen, die die hohen Anforderungen an die Dichtheit erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie durch Anbringen eines äußeren Umfangteils oder Halterings und eines inneren Umfangteils oder Überlapprings an der Verbindungsstelle gebildet wird. Der Überlappring ist mit einer Explosivladung versehen, die auf irgendeine Weise gezündet wird. Wenn die Ladung gezündet wird, wird an der Innenseite der Verbindungsstelle eine Explosionsschweißung erhalten, während gleichzeitig die Rohrenden an der Verbindungsstelle deformiert werden und zusammen mit dem äußeren Umfangsteil oder Haltering nach außen gebogen werden. An der Verbindungsstelle wird somit sowohl innen eine Explosionsschweißung als auch außen eine mechanische Verbindung infolge der Deformation der Rohrenden und des äußeren Umfangsteils oder Halteringes erzielt.

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Daher wird mittels der neuen Verbindungseinheit eine doppelte Verbindung, eine mechanische und eine Explosionsschweißverbindung, erhalten. Die mechanische Verbindung schafft eine sichere Festigkeit und Dichtheit der Verbindung und die innere Explosionsschweißverbindung trägt ebenfalls zu der Dichtheit bei. Von den beiden Abdichtvorgängen ist die Explosionsschweißung die wichtigere, die mechanische Abdichtung ist lediglich eine Folge derselben.

. Dank der Tatsache, daß sowohl der äußere ümfangsteil als auch der innere Umfangsteil mit seiner Explosivladung mit großer Genauigkeit industriell hergestellt werden können, wird eine große Genauigkeit erhalten.

Die Explosivladung ist ebenfalls rohrförmig und es ist eine Zündladung angeordnet, um einen Zünder in bekannter Weise zu zünden. Die Explosivladung wird gleichzeitig entlang ihres Innendurchmessers gezündet. Die Explosion in der Explosivladung setzt sich in axialer Richtung in beiden Richtungen fort, wenn die Zündladung am inneren Umfang zwischen den beiden Enden der Explosivladung angeordnet ist.

Der innere Umfangsteil oder Überlappring hat vorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt und der kleinste Abstand zur Innenwand des Rohres beträgt zwischen 0 und 10 mm

und hängt von der Dicke des Umfangteils ab. Die Dicke des Umfangteils ist um so größer, je größer der Abstand zur Innenwand der zu verbindenden Rohre ist.

Um beim Explosionsschweißen Kantenwirkungen zu vermeiden, wird eine Zündgeschwindigkeit zwischen 3000 m/sec und 6000 m/sec, vorzugsweise zwischen 4500 m/sec und 5000 m/sec, verwendet.

Der äußere Umfangsteil kann zwischen seinen Enden eine dünnere Wandstärke aufweisen. Dies kann entweder durch eine äußere oder eine innere ringförmige Aussparung erzielt werden. Dadurch wird eine gleichmäßigere äußere Umfangsfläche am Umfangsteil erreicht.

Der äußere Umfangsteil kann aus einem dünnen Material bestehen. In diesem Fall wird ein starrer Umfangsring angeordnet, der als Haltering wirkt und nach der Explosicnsschweißung entfernt wird. Der Haltering kann vorzugsweise geteilt sein, um das Entfernen zu erleichtern.

Der äußere und der innere Umfangsteil können jeweils, auch mit Bezug auf das Material der zu verbindenden Rohre, aus unterschiedlichem Material sein.

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Wenn jedoch die zu verbindenden Rohre aus Verbundmaterial bestehen, ist es ratsam, für den inneren Umfangsring das gleiche Material wie an der Innenseite der beiden zu verbindenden Rohre zu verwenden.

Es kann zweckmäßig sein, zwischen dem äußeren Umfangsteil und den zu verbindenden Rohren Hilfen anzuordnen, um die bestmögliche Dichtung zu erzielen. Diese zusätzlichen Hilfen können Rippen oder zahlreiche Einsätze aus unterschiedlichen Materialarten aufweisen.

Wenn eine Schweißung mit Ultraschall geprüft werden soll, ist es zweckmäßig, zwischen den beiden zu verbindenden Rohren und dem äußeren Umfangsteil eine Schicht aus ultraschalldurchlässigem Material anzuordnen. Geeignete Materialien sind Zink oder Kunststoff.

Der bereits vorstehend beschriebene dreieckige Querschnitt des inneren Umfangsteils sollte so sein, daß der dreieckige Querschnitt gleichzeitig ist und die Seiten zur Innenwand der zu verbindenden Rohre um 3 - 20° geneigt sind. Ein größerer Winkel verringert die Geschwindigkeit der Kollisionsfront.

Die bereits vorstehend beschriebene rohrförmige Explosivladung kann aus Dynamit, Dynamex, Trinitrotoluol bestehen, und kann mit inertem Material, wie beispielsweise Pappe, Holzfaser, Sägemehl, Kunststoffdolomit oder

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Kochsalz vermischt sein. Die Zündgeschwindigkeit der Ladung kann durch den Zusatz von inertem Material modifiziert werden. Das inerte Material kann in Form von Pulver oder als Schicht zugefügt werden. Die Explosivladung kann somit aus mehreren, übereinanderliegenden Schichten, beispielsweise abwechselnd Schichten aus inertem und explosivem Material, bestehen.

Die Zündladung kann die Form einer Scheibe oder eines Speichensystems aufweisen. Für den Fall der letztgenannten Form ist die Explosionskraft begrenzt.

Die Explosivladung, die Zündladung und der Zünder sollen auf geeignete Weise umhüllt sein. Für diesen Zweck ist Kunststoff ein geeignetes Material, aber es können auch andere Materialien wie beispielsweise Aluminium, verwendet werden.

Es ist sogar möglich, eine Verbindung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Wasser herzustellen. Hierbei wird sowohl der äußere Umfangsteil und der innere Umfangsteil an der Verbindungsstelle, als auch die mechanisch zu verbindenden Oberflächen mittels Explosionsschweißung abgedichtet. Die abgedichteten Teile sind durch ein Absaugsystem völlig frei von Wasser.

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Weitere Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung sind den folgenden Patentansprüchen zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung wird im einzelnen anhand der folgenden Figuren beschrieben. Es zeigt:

Fig„ 1 eine Verbindung vor dem Zünden einer Explosivladung;

Fig.. 2 die gleiche Erfindung gemäß Fig. 1 nach dem Zünden der Explosivladung;

Fig. 3, 4 und 5 jeweils eine Ausführungsform eines äußeren ümfangsteils oder Halterings;

Fig. 6 einen Umfangsteil aus dünnerem Material, der mit einem als Haltering wirkenden äußeren Werkzeug ζ us ammenwirkt;

Fig. 7 eine Halteeinrichtung unter Wasser vor dem Zünden der Explosivladung;

Fig. 8 eine Ausführungsform einer Explosivladung mit Zündladung und Zünder; und

Fig. 9 ein anderes Beispiel für eine Einheit bestehend aus Explosivladung, Zündladung und Zünder.

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In der Fig. 1 sind zwei zu verbindende Rohre 1 und dargestellt. Ein äußerer Umfangsteil 3 ist um die Verbindungsstelle angeordnet. Der Umfangsteil dient auch als ein Haltering. An der Innenseite der Verbindung ist ein innerer Umfangsring oder überlappring 4 mit einem dreieckigen Querschnitt angeordnet. Selbstverständlich kann der innere Umfangsring jeden anderen geeigneten Querschnitt aufweisen, aber es wurde herausgefunden, daß ein dreieckiger Querschnitt zu bevorzugen ist. Der kleinste Abstand zwischen dem Umfangsteil 4 und der Innenwand der Rohre 1 und 2 kann zwischen 0 und 10 mm betragen. Der innere Umfangsteil 4 und der äußere Umfangsteil 3 sind vorzugsweise beide aus der gleichen Materialart wie die beiden Rohre 1 und 2. Andere Materialien sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Wenn jedoch die Rohre 1 und\2 Verbundrohre sind, wird empfohlen, daß das Material des inneren Umfangsteils die gleiche Art wie das Material ist, welches die Innenschicht der Rohre bildet. Die Innenseite des inneren Umfangsteils ist mit einer rohrförmigen Schicht aus Explosivmaterial versehen. Die Schicht ist mit 5 bezeichnet und besteht aus einer Explosivladung wie beispielsweise Dynamit, Dynamex, Trinitrotoluol, etc.. In dem Hohlraum der rohrförmigen Explosivladung 5 ist eine Scheibe 6 mit gleichem Abstand zu den beiden Enden der Ladung angeordnet. Die Scheibe 6 besteht aus einer Zündladung, die Pentyl, Sprengstoffpaste oder irgendein anderer gleichwertiger Sprengstoff sein kann. In der Mitte der

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Scheibe ist irgendeine Art von Zünder 7 angeordnet. Für die Explosivladung wird eine Zündgeschwindigkeit ausgewählt, die höher als die normalerweise für Explosionsschweißen verwendete ist. Die geeignetste Geschwindigkeit liegt beispielsweise zwischen 3000 m/s und 6000 m/s, insbesondere zwischen 4500 m/s und 5000 m/s.

Wenn die Explosivladung nun durch den Zünder 7 über die Zündladung 6 gezündet wird, wird in der Ladung 5 die Explosion axial in beiden Richtungen zur Zündladung 6 verlaufen. Die Geschwindigkeit der Kollisionsfront uri der Impuls der Explosivladung sind mit Bezug auf die gewählte Zündgeschwindigkeit völlig ausreichend, um eine perfekte Verschweißung zwischen dem inneren Umfangsteil 4 und der Innenwand der Rohre 1 und 2 zu erhalten. Bei der Auswahl einer niedrigeren Zündgeschwindigkeit ist das Risiko von Randeffekten in Form von mangelnder Kohäsion in der Nähe der Kanten des inneren Umfangsteils in Betracht zu ziehen. Diese ist vom Standpunkt der Spaltkorrosion nicht zu akzeptieren. Die durch das Explosionsschweißen erhaltene Verschweißung sieht wie in der Fig. 2 dargestellt aus. Diese Figur zeigt, daß die Innenfläche der Verbindung gleichförmig ist und mit der Innenfläche der beiden Rohre 1 und 2 fluchtet. Die Explosionsschweißung bewirkt, daß die Endflächen der beiden Rohre 1 und 2 nach oben gebogen werden, und dabei

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den mittleren Teil des ümfangsteils 3 mitnehmen, welcher dadurch gekrümmt wird. Der gekrümmte äußere ümfangsteil 3 ist mit 3' bezeichnet. Diese Krümmung des äußeren Ümfangsteils 3' und das Aufbiegen der beiden Rohrenden 1 und 2 ergibt sowohl eine äußerst starke formschlüssige Verbindung als auch eine zufriedenstellende Dichtung. Sollte eine noch bessere Dichtung zwischen der Innenfläche des äußeren Ümfangsteils und der Außenfläche der Rohre erforderlich sein, können verschiedene Abdichtschichten angeordnet werden oder andere mechanische Maßnahmen, wie beispielsweise das Vorsehen von Nuten oder Rippen, getroffen werden.

Die in den Fig. 1 und 2.gezeigte Verbindung erzielt durch die Explosionsverschweißung und auch durch den αεί 5 formierten äußeren ümfangsteil 3' und die deformierten Rohrenden eine doppelte Abdichtung.

Um den Verbindungsvorgang zu erleichtern, ist es ratsam, sowohl den äußeren Umfangsteil als auch die Baueinheit bestehend aus dem inneren Umfangsteil 4 , der Explosivladung 5, der Zündladung 6 und dem Zünder 7, vorab herzustellen. Die Vorabherstellung stellt eine hohe Qualität der Teile 3 bis 7 sicher. Die Teile 3 bis 7 können sogar als eine Baueinheit hergestellt werden, die dann extrem einfach auf dem Ende eines Rohres anzubringen ist, wonach dann das andere Rohrende angebracht wird. In

diesem

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Fall ist es ratsam, den äußeren Umfangsteil 3 und den inneren Umfangsteil 4 mit einem Verbindungselement in Form eines umlaufenden Streifens mit einer Anzahl von Stiften, die die beiden Umfangsteile 3 und 4 miteinander verbinden, zu versehen.

Der äußere Umfangsteil 3 kann verschieden ausgebildet sein. Fig. 3 zeigt beispielsweise einei Umfangsteil 8 mit einer verringerten Wandstärke in Form einer innenliegenden, konkaven Ringnut und Fig. 4 zeigt einen äußeren Umfangsteil mit einer verringerten Wandstärke 11, die durch eine außenliegende konkave Ringnut gebildet wird. Durch die Verwendung eines äußeren Umfangsteils gemäß der Fig. 3 und 4 wird nach der Explosionsschweißung eine gleichförmigere Außenfläche erhalten.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Umfangsteils 12, der an den Enden mit zwei nach außen gerichteten Flanschen 13 und 14 versehen ist. Dies ergibt einen festeren Umfangsteil.

Die Verwendung eines Umfangsteils 15 aus dünnem Material ist ebenfalls möglich. Um diesen während des Explosionsschweißens vor Zerstörung zu bewahren, ist der Umfangsteil 15 von einem äußeren Werkzeug 16 umgeben, welches als eine Halterung dient und verhindert, daß der Umfangs-

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teil während dem Explosionsschweißen zerstört wird.

Fig. 7 zeigt einen fertigen Verbindungsaufbau vor dem Explosionsschweißen. Die Verbindung soll unter Wasser hergestellt werden und der Verbindungsbereich muß daher wie im folgenden beschrieben, von Feuchtigkeit freigehalten werden: An der Außenseite ist ein äußerer Umfangsteil 17 vorgesehen, der in der Nähe seiner äußeren Kanten mit Ringnuten versehen ist, in denen Dichtringe 18 und 19 eingesetzt sind. Diese können einen Schlauch aufweisen, dem Druckluft zugeführt werden kann, so daß zwischen dem mittleren Teil der Innenseite des Umfangsteils und der Außenseite der Rohre 1 und 2 eine gute Dichtung erzielt wird. Ein Ringteil 20 beispielsweise aus Kunststoff ist innerhalb der Verbindungsstelle angeordnet, der einen U-förmigen Querschnitt aufweist. An den äußeren Enden des Ringkörpers sind Nuten für Dichtungsringe 22 und 23 eingearbeitet, die vorzugsweise aus einem Schlauch bestehen, dem Druckluft zugeführt werden kann, um im Bereich zwischen den Schenkeln des U-förmigen Querschnittes eine zufriedenstellende Abdichtung sicherzustellen. Der Ringkörper weist somit einen ringförmigen Raum 21 auf. Der innere Umfangsteil 4 ist in und unterhalb dieses ringförmigen Raumes angeordnet und die ringförmige Explosivladung 24 ist in dem ringförmigen Teil eingebettet. Der ringförmige Teil 20 hat einen mittleren, scheibenförmigen Teil 25, der vorzugs-

weise zusammen mit dem ringförmigen Teil 20 als eine Baueinheit ausgebildet ist. In der Scheibe ist eine scheibenförmige Zündladung 26 eingebettet oder angeordnet und steht mit der Explosivladung 24 genau auf die gleiche Art wie die Verbindung zwischen Zündladung 6 und Explosivladung 5 gemäß Fig. 1 in Verbindung. Die Scheibe 25 ist in der Mitte mit einem rohrförmigen Ansatz versehen, in dem ein Zünder 27 angeordnet ist.

Der in der Fig. 7 beschriebene Verbindungsaufbau wird an den Rohrenden 1 und 2 wie im folgenden beschrieben angeordnet: Über eine Leitung 28 wird die Feuchtigkeit aus dem ringförmigen Raum 21, sowie jegliche Feuchtigkeit zwischen der Innenseite des äußeren Umfangsteils und der Außenseite der Rohre 1 und 2 abgesaugt. Wenn alle Feuchtigkeit entfernt worden ist, wird die Zündladung durch den Zünder 7 auf die gleiche Weise wie anhand der Fig. 1 beschrieben r gezündet.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel für die Konstruktion einer Explosivladung. Diese ist aus zwei ringförmigen Schichten 29, 30, 31 aus Sprengstoff und zwei dazwischen liegenden, ringförmigen Schichten 32 und 33 aus einem Inertmaterial aufgebaut. Es wurde herausgefunden, daß eine Zündgeschwindigkeit von ca. 45 00 m/s erhalten wird, wenn 10 mm dicke Schichten aus dem Sprengstoff Dynamex und 4 mm dicke Schichten aus Masonit verwendet werden.

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Fig. 9 zeigt schließlich eine ringförmige Explosivladung, die ein Netz aus Ringen 34 und 36 und Speichen 35 und 37 umfaßt. Diese Netzform einer Zündladung wird durch einen Zünder 7 gezündet.

Um die Explosivladung 5, die Zündladung 6 und den Zünder 7 zu schützen, ist es zweckmäßig den ganzen Aufbau in Kunststoff oder irgendein anderes geeignetes Material, wie beispielsweise Aluminium einzubetten. Dies'kann auch bei den anderen Ausführungsformen erfolgen.

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Claims

Verbindung zwischen zwei, vorzugsweise metallischen Rohren und Verfahren zur Herstellung dieser Verbindung Patentansprüche

1. / Verbindung von zwei vorzugsweise metallischen Rohren, mit einem äußeren ümfangsteil und einem inneren ümfangsteil, vorzugsweise jeweils aus Metall, an der Verbindungsstelle, dadurch g e k e η η 5 zeichnet, daß der innere Umfangsteil (4) mittels einer Explosionsschweißung angebracht ist, und daß der äußere Umfangsteil (3) infolge der durch ■ die Explosionsschweißung verursachten Deformation in Längsrichtung unverschiebbar festgelegt ist.

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2. Verbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Umfangsteil ein Rohr mit über die gesamte Länge gleichförmiger Wandstärke ist.

3. Verbindung- nach Anspruch 1 , dadurch g e k e η η zeichnet, daß der äußere Umfangsteil (3) entlang seiner Länge unterschiedliche Wandstärken aufweist.

4. Verbindung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Umfangsteil (3) an den Enden dicker ist.

5. Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß eine Baueinheit"(3, 4, 5, 6 und 7) verwendet wird, in der der innere Umfangsteil (4) an Verbindungselementen, wie Stäben, Stiften oder Umfangsstreifen im äußeren Umfangsteil (3) befestigt oder aufgehängt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , daß ein innerer Umfangsteil (4) mit dreieckigem Querschnitt verwendet wird.

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7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand vom inneren Umfangsteil (4) zur inneren Mantelfläche der zu verbindenden Rohre (1 und 2) variiert und mit größerer Dicke zunimmt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine rohrförmige Explosivladung (5) verwendet wird und innerhalb des inneren Umfangsteils (4) angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8 , dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine aus mehreren rohrförmigen Schichten (2 9, 30, 31) gebildete Ladung (5) verwendet wird, wobei eine oder mehrere, vorzugsweise dazwischenliegende Schichten (32, 33) aus nicht explosivem Material, wie beispielsweise Pappe, Holzfaser, Gummi, Salz oder Sägemehl, bestehen.

10 Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet , daß eine rohrförmige Explosivladung (5) verwendet wird, die in einer Ebene zwischen den beiden Enden der Ladung , vorzugsweise in gleichem Abstand zu äen Enden, und rechtwinkelig zur Achse der rohrförmigen Explosivladung, eine Zündladung (6) und einen Zünder (7) aufweist, wobei der Zünder (7) in der Mitte der Ebene angeordnet ist.

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11. Verfahren nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , daß eine Explosivladung (5) verwendet wird, deren Zündladung (6) beispielsweise aus einer Scheibe oder Streifen besteht.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Zünden der Explosionsschweißung zwischen der Innenseite des äußeren Umfangsteils (3) und der Außenseite der.zu verbindenden Rohre (1 und 2) eine Schicht aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht bestehend aus Kunststoff, .Metall, Gummi oder elastischem Material, aufgebracht wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden-Ansprüche , wobei an der Schweißstelle ein unerwünschtes Medium auftreten kann, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Medium vor dem Explosionsschweißen abgesaugt wird.

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