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Verfahren zum Zusammenschweißen dickwandiger Rohre
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenschweißen dickwandiger
Rohre großer Länge, insbesondere Kupferrohre.
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Eine moderne Fertigung für nahtlose Kupferrohre sieht in der Regel
so aus, daß man zunächst aus einem Vollblock z.B. durch Warmwalzen oder Pressen
ein Rohr herstellt, dieses Rohr in einem Pilgerwalzwerk sowohl in der Wanddicke
als auch im Außendurchmesser reduziert und abschließend das Pilgerrohr in mehreren
Zügen mittels Matrizen und unter Verwendung fliegender Dorne auf das Endmaß herunterzieht.
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Diese Vorgehensweise hat eine Reihe von Nachteilen. Für das Pilgerwalzwerk,
insbesondere aber für das Rohrlager wird viel Platz benötigt, der vielfach nicht
vorhanden ist.
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So wird beispielsweise ein Preß- oder Walzrohr von 10 - 15 m Länge
dem Pilgerwalzwerk zugeführt. Das erzeugte Pilgerrohr hat üblicherweise eine Länge
von 60 - 75 m. Daraus resultiert, daß eine Pilgermaschine eine Länge von mindestens
100 m benötigt.
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Das gepilgerte Rohr wird im Fortgang der Fertigung für den ersten
Zug vorbereitet, indem ein Dorn sowie Ziehöl in das Rohr eingeführt und das Rohrende
dann angespitzt wird, damit es durch die Ziehmatrize hindurchgeführt werden kann.
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Die Vorbereitung für den nächsten Zug läuft ähnlich ab, wobei zusätzlich
noch die Spitze des vorherigen Zuges abgetrennt wird.
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An jeder Ziehstufe, zumindest jedoch an jeder zweiten Ziehstufe muß
eine Bedienungsperson sein, die die erforderlichen Arbeiten durchführt.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Zusammenschweißen von dickwandigen Rohren anzugeben, bei dem die Schweißnaht
eine genügend hohe Festigkeit aufweist und der nach innen und nach außen ragende
Schweißwulst nur schwach ausgebildet ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sollen
die eingangs geschilderten Nachteile, wie hoher Platzbedarf, hoher Materialabfall
und hoher Personalaufwand vermieden werden.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man zwischen die Enden der zu
verbindenden Rohre und mit den Rohren fluchtend ein Rohrstück kurzer aus dem gleichen
Werkstoff wie die Rohre, vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 D und mit gleichem Außendurchmesser
D und gleicher Wanddicke wie die Rohre anordnet, daß man das Rohrstück in schnelle
Rotation versetzt und dabei Druck auf die Kontaktflächen zwischen dem Rohrstück
und den Rohrenden aufbringt. Die Rohre selbst liegen dabei fest, so daß sich die
Verschweißung aufgrund der Reibungswärme ergibt. Der wesentliche Vorteil der Erfindung
ist darin zu sehen, daß durch die Verwendung eines kurzen Rohrstücks sehr hohe Rotationsgeschwindigkeiten
sich
anwenden lassen, die einen hohen Anpreßdruck überflüssig machen.
Die erzielte Schweißnaht ist sehr schmal und hat nur geringe Schweißwülste.
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Mit besonderem Vorteil wird das Rohrstück mit einer Geschwindigkeit
von mindestens 1000 U/min angetrieben.
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Eine Voraussetzung für eine Schweißnaht hoher Festigkeit ist, daß
die Schweißnaht keine Einschlüsse z.B. in Form von Oxiden hat. Aus diesem Grunde
ist es vorteilhaft, daß die miteinander zu verbindenden Teile an ihren Stirnseiten
gereinigt werden. Hierzu bietet es sich an, daß man die Enden der zu verbindenden
Rohre unmittelbar vor dem Verbinden glattsägt. Das Rohrstück selbst wird ebenfalls
unmittelbar vor dem Verbinden von einem der Rohre abgesägt.
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Die Rohre werden zumindest während des Verbindens festgehalten. Hierdurch
soll verhindert werden, daß sie von dem angetriebenen Rohrstück mit angetrieben
werden.
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Für die Erzeugung der Reibungswärme ist ein leichter Anpreßdruck erforderlich.
Dieser wird zweckmäßigerweise dadurch aufgebracht, daß die Rohre gegen das rotierende
Rohrstück gedrückt werden. Dabei wird der Druck langsam erhöht.
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Um zu verhindern, daß Oxide in die Schweißnaht gelangen, werden zumindest
die Verbindungsstellen zwischen dem Rohrstück und den Rohren während der Rotation
des Rohrstücks unter Schutzgas gehalten.
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Das Gefüge der Schweißnaht ist ein Gußgefüge. Es ist deshalb darauf
zu achten, daß die Zugkräfte beim ersten Zug nach dem Verbinden nicht zu hoch sind.
Eine Querschnittsabnahme von in etwa 5 - 10 % ist empfehlenswert. Damit die Schweißnaht
annähernd die gleiche Festigkeit wie das übrige
Rohrmaterial erhält,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Schweißnaht zu vergüten Dies wird dadurch
erreicht, daß man nach dem ersten Zug das verformte Gefüge rekristallisiert, indem
man das Rohr glüht. Dies geschieht zweckmäßigerweise durch kontinuierliches Widerstandsglühen,
vorzugsweise unter Schutzgas. Unter Umständen reicht jedoch auch die bei der Umformung
entstehende Wärme, um die Rekristallisation des Gefüges zu bewirken.
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Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist mit einer stationären
Schweißanlage, d.h. während des Schweißvorganges sind die zu verschweißenden Rohre
in Ruhestellung - diese Vorgehensweise ist sinnvoll anwendbar, wenn eine größere
Rohrlänge aus kürzeren Rohren zusammengeschweißt werden soll, die dann gezogen wird
-, soll die Erfindung anhand einer am Anfang einer kontinuierlichen Rohrfertigung
befindlichen Schweißanlage beschrieben werden.
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Die Schweißanlage besteht aus zwei Klemmeinrichtungen 1 und 2, welche
die zu verschweißenden Rohre 3 und 4 greifen.
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Zumindest eine der Klemmeinrichtungen 1 und 2 ist so ausgebildet,
daß sie das Rohr 3 oder 4 in Längsrichtung bewegen kann. Die Klemmeinrichtungen
1 und 2 sind an je einer Rohrhülse 5 und 6 befestigt, die auf einem verfahrbaren
nicht näher bezeichneten Wagen gelagert sind. Auf den einander zugekehrten Enden
der Rohrhülsen 5 und 6 ist ein über nicht mehr dargestellte Keilriemen antreibbares
Rad 7 über Kugellager 8 und 9 gelagert, welches Klemmbacken 10 zum Fassen eines
Rohrstücks 11 aufweist. Das Rohrstück 11 wird den Klemmbacken 10 durch eine Einführöffnung
12 in der Rohrhülse 6 zugeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt
ab.
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Die gesamte Schweißanlage wird über das Rohr 3 gefahren, bis sich
das Ende des Rohres 3 in der Mitte der Einrichtung befindet. Die Klemmeinrichtung
1 faßt dann das Rohr 3.
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Rohr 3 und Schweißeinrichtung sind nun miteinander verbunden.
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Durch die Öffnung 12 wird das Rohrstück 11 eingeführt und durch das
anzuschließende Rohr 4 bis in den Bereich der Klemmbacken 10 transportiert. Das
Rohr 4 wird dann durch die Klemmeinrichtung 2 eingespannt. Nun wird der Antrieb
für das Rad 7 eingeschaltet und das Rohrstück 11 in schnelle Rotation versetzt.
Drehzahlen von mehr als 1000 U/min sollten angewendet werden. Nachdem die gewünschte
Drehzahl erreicht ist, werden die Rohre 3 und 5 mittels der Klemmeinrichtungen 1
und 2 gegen das sich drehende Rohrstück 11 gedrückt. Durch die Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Rohrstück 11 und den Rohren 3 und 4 erwärmen sich die angrenzenden
Schichten und es entsteht eine Verschweißung des Rohrstücks 11 mit den Rohren 3
und 4. Der Anpreßdruck sollte nicht zu hoch gewählt werden, damit die sich bildende
Schweißnaht nicht zu stark ausgeprägt wird. Dadurch, daß das Rohrstück mit hoher
Geschwindigkeit rotiert, wird den Berührungsflächen sehr schnell die für die Verschweißung
erforderliche Energie zugeführt. Es entsteht eine sehr eng begrenzte schmale Schweißnaht.
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Die Qualität der Schweißnaht hängt in entscheidendem Maße davon ab,
ob Oxide in den Schweißnahtbereich gelangen. Aus diesem Grunde werden die miteinander
zu verbindenden Flächen erst kurz vor der Verschweißung hergestellt, indem die Rohrenden
glattgesägt werden. Der gesamte Innenraum der Rohrhülsen 5 und 6 befindet sich unter
Schutzgas.
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Ein im Bereich der Schweißstellen gegebenenfalls entstehender Schweißgrat
wird sowohl innen als auch außen in nicht mehr beschriebener Weise vor dem ersten
Zug entfernt.
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Nachdem die für die Verschweißung erforderliche Temperatur erreicht
ist, wird der Antrieb für das Rad 7 abgeschaltet.
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Vorher werden zweckmäßigerweise die Klemmbacken 10 gelöst.
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Danach werden die Klemmeinrichtungen 1 und 2 gelöst und die Schweißeinrichtung
entgegen der Fertigungsrichtung verfahren, bis sie in der Stellung für den nächsten
Schweißvorgang über dem Ende des Rohres 4 steht. Darauf wiederholt sich der beschriebene
Vorgang.
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Die für die verschiedenen Ziehstufen erforderlichen fliegenden Dorne
werden zu Beginn des Arbeitsablaufes in die erste Rohrlänge eingebracht und von
dieser bis zur entsprechenden Ziehstufe transportiert. Ziehöl wird in jede Rohrlänge
vor dem Verschweißen eingebracht. Damit das Ziehöl auch bis zur letzten Ziehstufe
gelangt, ist es erforderlich, daß die fliegenden Dorne mindestens einen Längskanal
aufweisen, durch den das Ziehöl hindurchtreten und der nachfolgenden Ziehstufe zugeführt
werden kann.
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Der Antrieb der Rohrlänge und damit der Schweißeinrichtung während
des Schweißvorgangs erfolgt durch nicht dargestellte hinter jeder Ziehstufe zugeordnete
Zieheinrichtungen. Zweckmäßigerweise verwendet man hierzu Klemmbackenziehvorrichtungen,
die das Rohr im Geradeauszug antreiben.
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Mit Hilfe der Erfindung ist es gelungen, nahtlose Rohre so miteinander
zu verbinden, daß das nachfolgende Ziehen kontinuierlich durchgeführt werden kann,
d.h. die bei der bisherigen Vorgehensweise für jede Rohrlänge anfallenden Arbeiten
können entfallen.