DE3490629T - Verfahren zur Herstellung eines Bruchdämpfers - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 2. Auaust 1985

ZELLENTIN _{p 94 357 RZ/Hu}

ZWEIBROCKENSTR. 1ß η

BOOO MÜNCHEN 2. '<*-'

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES 3RUCHDÄMPFERS

Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Großrohrherstellungsverfahren und betrifft inabesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Bruchdainpi'era.

Stand der Technik

In Zusammenhang mit dem Bau von Hauptrohrleitungen, besonders in Gebieten des hohen Nordens, entstand das Problem, diese Rohrleitungen gegen langausgedehnte ■ _ .. , ,(Risse),
Bruche /zu schützen.

Mit der Gasdruck- und Rohrdurchmesserzunahme steigt der Vorrat an Zustandsenergie in einer Gasleitung beträchtlich an, und die Aufgabe einer Begrenzung von Bruchaus-

,C maßen wird kpmplizierter. Untersuchungen ergaben, daß die Eingrenzung von Zähbrüchen mit vorgegebener Wahrscheinlichkeit durch weitere Zähigkeitssteigerung von Stahl bis zu den den heutigen Stand um ein 1,5 bis ^faches überschreitenden Werten gewährleistet werden kann. Man

muß berücksichtigen, daß die Schnellbildung des Werkstoffs der Rohrwand die plastische Verformung des Metalls während eines Bruchs erschwert und die vollständige Verwertung der, um einen hinreichend hohen Preis erkauften,erhöhten Zähigkeitseigenschaften von Stahl ausgeschlossen wird.

Bei der Erzeugung eines wirtschaftlich annehmbaren otahls in großen Mengen mit den erforderlich hohen Zähigkeitsund Festigkeitswerten sind auch die Möglichkeiten des Stahlgießerei- und Walzblechbetriebs begrenzt. Unter diesen Verhältnissen stellt der Bau von Gasleitungen aus Rohren, die Sprödbrüche ausschließen, den zweckmäßigsten Weg· dar, langausgedehnte Zähbrüche einzugrenzen, wobei an bestimmten otellen Sondersperren d.h. Bruchdämpfer angeordnet werden, die das Stoppen eines beweglichen Hisses innerhalb ihrer Länge gewährleisten.

Allgemein begannt sind Bruchdampferkonstruktionen,

einem

die in Form eines mit'Band bzw. Seil bandagierten Spannringes mit demselben Durchmesser wie das Rohr ausgebildet sind. Durch die Bandage oder das Seil des Spannringes wird die während der Bewegung; des Risses freiwerdende elastische Energie aufgenommen, das Aufgehen seiner Ränder verhindert und somit Voraussetzungen für eine Änderung seiner Bewegungsbahn von der longitudinalen ⁱⁿ eine helikoida-Ie mit anschließendem Stoppen gescnaffen.

Durch all diese Bruchdämpferkonstruütionen wird jedoch sowohl die Bautechnologie der Rohrleitung selbst wesentlich kompliziert, als auch ihr Preis erhöht.

In den letzten Jahren wurde eine Bruchdämpferkonstruktion für Ilaupbrohrleitungen entwickelt (US-PS Nr.4-383536),

die in Form eines Rohrabschnitts mit einer Mehrschichtwand ausgebildet ist, in deren Innenschichten Schlitze einer bestimmten Form vorgesehen sind. Dabei stimmen die geometrischen Abmessungen des Dämpfers (Durchmesser und Stärke) mit denen der Rohrleitung, in der er angeordnet ist, überein.

Durch das Vorhandensein von Spalten an den Stirnseiten eines solchen mehrschichtigen Bruchdämpfers wird jedoch das Rundnahtschweißen bei der Verlegung von Rohrleitungen erschwert.

Für den mehrscüichtigen Bruchdämpfer ist außerdem eine verminderte Steifigkeit kennzeichnend, wodurch seine Beförderung und Montage erschwert werden.

Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Bruchdärapfers (Veröffentlichungen des VII. gemeinsamen sowjetisch-westdeutschen Symposiums unter Beteiligung der Fa. "Mannesmann AG" über Großrohre B.ß. Paton, S.M. Biletaky, A.A. LiybaKov, Ju.P.Barvinko. "Truby i gasiteli razrushenii s mnogosloinoi stenkoi dlya magistralnykh . gazoprovodov"/ "Rohre und Bruchdämpfer mit iiehrschichtwand für Ferngasleitungen" /, Verlag Minnefteü^as°stroi, Moskau, S. 8 bis 11, 1982), das darin besteht, daß ein mehrschichtig ausgebildeter ßruchdärnpfer, dessen

geometrische Abmessungen mit denen der für ihn bestimmten Rohrleitung übei-einütimmen, durch Aufwickeln eines geschlitzten Bandes von der Rolle und anschließendes Schweißen von überlappten Innen- und Außennähten hergestellt wird.

An die beiden Stirnseiten des Dämpfers werden dann VoIlwandstutzen werkmäßig angeschweißt, die das Einschweißen des Bruchdämpfers in die Rohrleitung unter Monta^ebedingungen ermöglichen.

Durch die Notwendigkeit, Vollwandstutzen zusätzlich anzuschweißen, wird der Anwendungsnutzen des erwähnten Bruchdämpferherstellungsverfahrens verringert.

Wesen der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Bruchdämpfers zu entwicKeln das eine Verbesserung der Pertigungsgerechtheit und der Güte von Schweißverbindungen bei der Anordnung des Bruchdämpfers in einer Rohrleitung gewährleistet.

Sin weiteres Ziel der Ex'findung ist es, den ßetriebs-.virkungsgrad des Bruchdämpfers unter Extrembedingungen zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bruchdämpfers zu entwichein das eine Verbesserung der Fertigungs'gerechtheit'· und der Güte von Schweißverbindungen bei der Anordnung des Dämpfers in einer Rohrleitung sowie eine Erhöhung des Betriebswirkungsgrades des Bruchdäinpi'ers unter Extrembedingungen durch eine Änderung seiner Herstellungstechnolo^ie gewährleistet. Das gesetzte Ziel wird dadurch erreicht, daß bei.einem Verfahren zur Herstellung eines Bruchdämpfers das die Fertigung eines zylindrischen Mehrschichtwand-Hohlrohlings mit einem mindesbens in einer der Randschichten künstlich nergestellten Kontinuitätsbruch z.B. Schlitz einschließt, erfindungsgemäß der Bruchdämpferrohling mit einem geringeren Durchmesser und einer größeren Wandstärke in bezug aux" die erforderlichen _beome trischen Endabmessungen des

Bruchdämpfers gefertigt, der Rohling erwärmt, auf einer Ringwalzmaschine über die gesamte Rohlingslänge bis auf die geometrischen Endabmessungen des Bruchdämpfers ausgewalzt wird, wobei die Schichten durch das Auswalzen miteinander verschweißt werden.

Sin derartiges Verfahren zur Herstellung des Bruchdämpferspannringes bietet die Möglichkeit, einzelne Schichten miteinander zu verschweißen und dieerforderlichen geometrischen Abmessungen des Bruchdämpfers zu erhalten. Durch das Verschweißen der Schichten miteinander wird die Fertigungsgerechtheit und die Güte der Schweißverbindungen bei der Anordnung des Bruchdämpfers in der Rohrleitung verbessert. Die Notwendigkeit, Vollwandstutzen

an die Stirnseiten anzuschweißen, fällt weg, weil der Bruchdämpfer nach dem Schweißen der Schichten miteinander praktisch genauso wie ein Vollwandrohr in eine Rohrleitung eingeschweißt wird.

Zur Erhöhung des Betriebswirkungsgrades des Bruchdämpfers unter Extrembedingutifceη ist es vorteilhaft, während der Herstellung des Rohlings überzüge, die_e-j_n Verschweißen der Schichten miteinander während des Auswalzens im Bereich des Überzugs verhindern, auf von den Stirnseiten des Rohlings entfernten Abschnitten auf seinen einzelnen Innenschichten aufzubringen.

Ss ist vortei1haft ,die Überzugsabschnitte nur im Bereich eines Kontinuitätsbruchs aufzubringen.

Durch das Aufbringen der Überzüge im Bereich des Kontinuitätsbruchs wird die Bei behaltung der mehrschichtigen Abschnitte in einem Teil der Schichten nach dem Auswalzen

iQ praktisch gesichert, ohne daß die Steifigkeit des Bruchdämpf erspannringes vermindert wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Durchführungs-. beißpielenunter Hinweis auf Zeichnungen

J5 naher erläutert; es zeigen

Fig. 1 etappenweise die Herstellungstecbnologie eines· Bruchdämpfers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bruchdämpfer, bei dem die Wandschichten auf der gesamten Länge verschweißt sind;

Fig. 3 ein Wandfragment im Bereich des Kontinuitätsbruchs der Schichten nach Fig. d ;

Fig. 4 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bruchdämpfer mit einem auf von den Stirnseiten des Dämpfers im Abstand liegenden Abschnitten aufgebrachten Überzug, der ein Zusammenschweißen der Schichten hindert;

Fig. 5 ein Y/andfragment im Bereich des Kontinuitätsbruches der Schichten nach Fig. 4;

Fig. 6 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her-JLcj gestellten Bruchdärapfer mit einem Überzug, der das Verschweißen der Schichten im Bereich des Kontinuitätsbruchs der Schichten verhindert;

Fig. 7 ein Wandfragraent im Bereich des Kontinuitätsbruchs der Schichten nach Fig. 6.
Ausfiihrungsformen der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bruchdämpfern besteht darin, daß ein zylindrischer Hohlrohling 1 (Fig. 1) mit einer Mehrschichtwand, die mindestens in einer der Schichten Kontinuitätsbrüche 2 z.B. Schlitze ₂c aufweist, hergestellt wird. Der .Rohling 1 wird mit einem geringeren Durchmesser "d" und einer größeren Wandstärke

" ■<?, " gegenüber den erforderlichen geometrischen Endabmessungen des Bruchdämpfers hergestellt.

ßer Rohling 1 (Fig. 1) -wird auf verschiedene Weisehergestellt. Über die gesamte Länge eines Stahlstreifens wird z.B. mindestens ein Kontinuitätsbruch 2 in einer der Schichten hergestellt, der Rohling 1 wird mit dem erforderlichen Durchmesser und der notwendigen Wandstärke aus die- yj sem Streifen im rechten Winkel spiralförmig aufgewickelt. Dann werden die Streifenenden an den Körper des Rohlings 1 mit Innen- und Außenüberlappn.ihten angeschweißt.

Der Rohling 1 läßt eich auch aus einem mehrschichtigen

Blech oder einem Einzelblechpaket mit Kontinuitätsbrüchen

in einigen Schichten oder wenigstens in einer von ihnen herstellen. Nach einem beliebigen bekannten Verfahren (Walzen, Pressen im Gesenk) wird der zylindrische Hohlrohling 1 mit einer oaer mehreren Längsschweißnähten erzeugt. Eine weitere Möglichkeit der Herstellung des Rohlingsl linit den erforderlichen geometrischen Abmessungen und Mehrschichtwand bietet die Zusammensetzung des Rohlings 1 aus einzelnen Spannringen abnehmenden Durchmessers mit KontinuitätsbrüOhen 2 mindestens in einem von ihnen, die entsprechend der Durchmesse rabnahme ineinander eingesetzt werden.

Der nach einer der möglichen Varianten hergestellte Rohling 1 wird in einer Erwarmungsvorrichtung 3 erwärmt und dann auf einer Rin&walzinaschine 4 bis auf die erforderlichen geometrischen Endabmessungen (Durchmesser "D" und Wandstärke " £>₂") des Bruchdämpfers 5 ausgewalzt.

Während der Herstellung des Rohlings 1 werden bei Bedarf zwecks Vexraeidung des Zusammenschweißens der Schichten beim Auswalzen Überzüge, die dieses Zusammenschweißen verhindern, auf einzelne Abschnitte der Oberfläche einer oder mehrerer Schichten des Rohlings 1 aufgebracht. Dabei liegen die Abschnitte der Überzüge entfernt von den Stirnseiten des Rohlings 1. Ss ist in manchen Fällen zweckdienlich, bei einer relativ geringen »vandstärke des ßruchdampfers , überzüge nur im Bereich des Kontinuitätsbruchs 2 der Schichten aufzubringen.

Den jtCuntinuitätsbruch 2 kann ein nach einem beliebigen bekannten Verfahren z.B. mittels Plasmaschneiden mit Luft, Schleifscheibe, Fräser usw. ausgebildeter Schlitz bilden. Außerdem kann der Kontinuitätsbruch 2 durch Anschneiden, Bohren, Ausschneiden usw. hergestellt werden. Da die Schlitzkanten senkrecht relativ zu aer Oberfläche der auszuwalzenden Schichten liegen, bleibt der Kontinuitätsbruch 2 in diesen Schichten auch nach dem Auswalzen beste- hen.

BekanntlicQ ist die Möglichkeit, einen Bruch in einer

Rohrleitung durch Richtungsänderung der Rißausbreitung zu stoppen, von dem Geschwindigkeitsverhältnis von Längsbewegung ctes Risses zu tfadialverschiebung seiner Ränder un~ mittelbar nach dem Scheitelpunkt abhängig. Dieses Verhältnis läßt sich mit Hilfe von im Wege, der Rißausbreitung errichteten Schranken ändern. Diese Schranken müssen die Längsgeschwindigkeit des Risses rapid herabsetzen, wodurch Bedingungen für ein intensives Auseinandergehen seiner Ränder und eine Änderung der Bewegungsbahn des Risses in eine helikoidale geschaffen werden. Der Kontinuitätsbruch 2 stellt z.B. eine solche Schranke dar. Sollte der Riß in den .Kbntinuitätsbruch 2 eintreten, verschwindet der seinem Scheitelpunkt eigene verformte Spannungszustand sprungartig, und da au der entgegengesetzten Grenze dieser Schranke keine Bedingungen für die Entstehung eines neuen Risses vorliegen, kommt der Bruch zum Stehen.

Sin Schlitz stellt die einfachste konstruktive Lösung der Schaffung des tContinuitätsbruchs 2 in einer Wand dar.

· Bei einer Reihe von Konstruktionen (z.B. Gasleitungen) ist jedoch laut Betriebsvorschriften ein durch die gesamte Wandstärke eingearbeiteter Schlitz unzulässig.

Die Entwicklung von mehrschichtigen Rohren für Ferngasleitungen im JS.O. Paton - Institut für das Elektroschweißen haben die Abkenr von der altherkömmlichen Vorstellung von der Rohrwand als einer monolithischen Konstruktion erbracht und es ermöglicht, einen neuartigen Schranxentyp in Form eines mehrschichtigen Pakets anzubieten, bei dem ein Teil der Schichten in einem Λ'ΐηκβΐ zum wahrscheinlichen Weg der Rißausbreitung angeordnete durchgehende Schlitze aufweist .

Die theoretische Analyse einer solchenKonstruktion zeigt, daß durch den selbst in einem Teil der tVandschichten vorhandenen Kbntinuitätsbruch 2 die notwendigen Bedingungen für das Stoppen des Risses in allen Wandschichten ge-

.yährleistet werden können. In diesem Fall spielt der Kontinuitätsbruch 2 (Schlitz) eine doppelte Rolle: Er bringt den Riß in jener Schicht, in der dieser ausgeführt ist, zum Stillstand und sichert die Bildung einer "Bandage" in Form eines unzerstörten Wandabschnitts hinter dem Schlitz für höher- und tieferliegende Schichten, die keine Schlitze aufweisen.

Die Anordnung der Schlitze und die Anzahl der Ivontinuitätsbrüche in den Schichten werden ausgehend von den Bedingungen der Gewährleistung einer statischen Gleichfestigkeit des Bruchdämpfers und der verwendeten Rohre bei deren Innendruckbeanspruchung sowie der Schaffung zusätzlicher konstruktiver Faktoren gewählt, die dazu beitragen, daß die longitudinale Richtung der Ausbreitung des beweglichen Risses in eine helikoidale geändert wird. Mit dem Eintritt des Risses in die Schranke in Form von Schlitzen (itontinuitätsbruch 2) nimmt die Längsgeschwindigkeit seiner Fortbewegung rapid ab, wodurch seine Ränder intensiv auseinandergehen und die longitudinale Richtung . der Ausbreitung des Risses sich in eine helikoidale änaert. Beim Auseinandergehe r Ränder werden die ganzen «VandschichJ ten längs der Kanten der Bandage, die aus den unzerstörten Schichten (hinter dem Schlitz) besteht, zerstört.

Nachstehend werden einzelne Beispiele angeführt, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Bruchdämpfers 5 veranschaulichen.

Beispiel 1. Zur Herstellung des zum Einsatz in einer Ferngasleitung mit Durchmesser "D" von 1420 mm, Stärke "d" uer Wand 7 von 16,5 mm, Betriebsdruck von 7,35 WB? a bestimmten Bruchdämpfers 6 (Fig. 2) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zylindrische Hohlrohling 1 (Fig. 1) mit Mehrschichtwand z.B. aus einem gerollten niedriglegierten

einer «einer

■varmgewalzten Stahl mit\ Starke von 7 mm uncnLange "L" von 750 mm nach den obenbeschriebenen Verfahren hergestellt, lier zylindrische Rohling 1 mit Innendurchmesser "d" von

630 mm (Fig. 1) und Gesamtstärke " cf, " von 28 mm (4 mal 7 mm) wird im rechten V/inkel aufgewickelt. Vor dem Aufwickeln des Rohlings 1 wird ein Schlitz 8 (Fig. 2, 3) auf dem Streifen über die ganze Länge , die dem Umfang der zweiten Schicht, gezählt von der Außenschicht, entspricht, nach einem beliebigen bekannten Verfahren z.B. mittels Plasmastrahlschneiden hergestellt.

Die Überlappungsnähte werden durch vollautomatisches UP-Schweißen geschweißt. Der auf diese weise vorbereitete Rohling 1 (Fig. 1) wird in einem Ofen z.B. Gasflammofen auf eine Temperatur von 1100 bis 1250⁰C erwärmt und bis zur Herstellung des Bruchdämpfers 6 mit Außendurchmesser "D" von 1420 ram (Fig. 2) auf der Ringwalzmaschine 4 ausgewalzt.

•je Beispiel 2. Zur Herstellung des Bruchdämpfers 9 wird der Rohling (Fig. 4) mit denselben geometrischen Abmessungen wie im Beispiel 1 aus vier Spannringen mit 630, 644, 658 und 672 mm Durchmesser, 750 mm Länge zusammengesetzt. Der Spannring mit 630 mm Durchmesser ist . dabei aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellt» die übrigen Spannringe hingegen bestehen aus einem niedriglegierten Stanl. Der Spannring mit 658 mm Durchmesser weist einen Schlitz 10 auf (Fig. 4, 5)» die Spannringe mit und 644 mra Durchmesser sind auf der Länge L-(I₁ +■ 1_P) mit einem Überzug (Chromoxid) beschichtet (Fig. 4). Die Spannringe werden mit Schiebesitz zum Rohling zusammengeeetzfc . Danach wird dieser Rohling erwärmt und genauso wie im Beispiel 1 ausgewalzt. In der wand 11 (Fig. 4) des Bruchdämpfers 9 sind die Schichten mit ihren Innenflächen auf der Länge L - (1, * Ip) nicht miteinander verschweißt. An den Enden des Bruchdämpfers 9 sind hingegen alle Schichten auf der Länge 1-, und I₂ miteinander verschweißt.

Beispiel 3. Zur Herstellung des Bruchdämpfers 12 (Fig. 6) aus einem 24 mm starken, 600 mra breiten und 3140 mm langen mehrscnichti_ben niedrig-legierten Stahl-

blech wird ein Spannring mit 600 ma Länge und 1000 ram . Durchmesser gewalzt. In .der zweiten Schicht 13 (Fig. 7) mit einem Schlitz 14 ist bei dem mehrschichtigen Blech im Bereich des Schlitzes 14 ein W'asserglasmagnesitüberzug (d 'breit) aufgebracht).

Nach dem Walzen werden die Stoßkanten des Blechs durch vollautomatisches Schutzgasschweißen zusammengeschweißt. Der Rohling wird auf eine Temperatur von 1100 bis 1250⁰C erwärmt und auf den Außendurchmesser "D" (Fig. 6) gleich 1420 mm und die entsprechende Wandstärke " §· " gleich 16,5 mm auf einer ßingwalzmaschine ausgewalzt. In der Wand 15 (Fig. 6) des Bruchdämpfers 12 sind die Schichten 13 (Fig. 7) auf der Oberfläche 16 im Bereich des Schlitzes 14 auf der Länge ^ miteinander nicht verschweißt. An den Stirnseiten des Dämpfers 12 sind die Schichten zusammengeschweißt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bruchdämpfer haben also eine Mehrschichtwand mit Kontinuitätsbrüchen in einem Teil der Schichten, was · es ihnen gestattet, einen sich an der Rohrwand bewegenden Riß innerhalb der Dämpferlänge zu stoppen, während die auf den an die Stirnflächen angrenzenden Abschnitten miteinander verschweißten Wandschichten die Möglichkeit bieten, die Fertigungsgerecatheit und die Güte der Schweißverbindüngen bei der Anordnung des Bruchddmpfers in Rohrleitungen zu verbessern. Die Notwendigkeit, Vollwandstutzen an die Stirnseiten anzuschweißen, fällt weg, weil der Bruchdämpfer nach dem Zusammenschweißen der Schichten praktisch genauso wie ein Vollwandrohr in eine Rohrleitung eingeschweißt wird.

Gewerbliche Anwendbarkeit

Die Erfindung kann beim Ferngasleitungsbau zur Ein- ^renzung von langausgedehnten Brüchen und zum Bruchschutz von LeitungsarmaturenjFluß-, Straßenüberführungen und Verdichteranlagen weitgehend verwendet werden.

Claims (1)

1. 2. August 19 8 N T · ^Ν W9 P 94 357 RZ/IIu

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Herstellung eines Bruchdämpfers, das die Fertigung eines zylindrischen Mehrschichtwand-Hohl — rohlings mit einem mindestens in einer der Wandschichten künstlich hergestellten Kontinuitätsbruch z.B. Schlitz einschließt, d a d u'r c h gekennzeichne t, daß der Rohling (1) des Bruchdämpfers (5,6,9,12) mit einem geringeren Durchmesser und einer größeren »Vands-tärke in bezug auf die erforderlichen geometrischen Endabmessungen des Bruchdämpfers (5, 6, 12) gefertigt, der Rohling (1) auf einer Ringwalzmaschine (4) über die gesamte Länge des Rohlings (1) bis auf die geometrischen Endabmessungen des Bruchdämpfers (5,6,9,12) ausgewalzt wird, wobei die Schichten während des Auswalzens mitteinander verschweißt werden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Betriebswirkungsgrades des Bruchdämpfers unter Extrembedingungen während der Herstellung des Rohlings (1) überzüge, die ' das Verschweißender Schichten miteinander wahrend des Auswalzens im Bereich des Überzugs verhindern, auf von den Stirnseiten des Rohlings (1) abgesetzten Abschnitten auf die Oberflächen (16) seiner einzelnen Innenscnichten

   (13) aufgebracht werden.

   3· Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsabschnitte nur im Bereich eines Kontinuitätsbruchs aufgebracht werden.