DE3744044A1 - Verfahren zur waermebehandlung der schweissnaht an laengsgeschweissten metallrohren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung der Schweißnaht von längsnahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere aus austenitischen, ferritischen oder austenitisch-ferritischen Stählen, wobei die Rohre nur im Bereich der Schweißnaht und ihrer seitlichen Wärmeeinfluß­ zonen lösunsgeglüht werden.

Bei längsnahtgeschweißten Rohren aus korrosionsbeständigen Stählen ist es erforderlich, nach dem Längsnahtschweißen zur Reduzierung der Spannung und zur Behebung der durch den Schweißprozeß aufgetretenen Seigerungen die Längsnaht einer weiteren Wärmebehandlung zu unterwerfen. Insbesondere bei korrosionsbeständigen Stählen, die mit Nickel, Chrom und/oder Molybdän legiert sind, tritt durch den Schweiß­ vorgang eine "Entmischung" in der Schweißnaht und in der zu beiden Seiten angrenzenden Wärmeeinflußzone auf, so daß beispielsweise der Legierungsbestandteil Molybdän im Material der Schweißnaht und in der angrenzenden Wärmeein­ flußzone nicht mehr in einer gleichmäßigen Konzentration vorhanden ist. Die örtlichen Konzentrationsunterschiede im Schweißnahtbereich führen dann beim Einsatz derartiger Rohre, beispielsweise in Wasserdampf-Kondensatoren, zur Lochkorrosion.

Um dies zu beheben, ist es erforderlich, das Material über einen verhältnismäßig langen Zeitraum auf einer Temperatur zu halten, die über der normalen Lösungstemperatur liegt, so daß der betreffende Legierungsbestandteil, beispielsweise das Molybdän, durch Diffusion wieder die gewünschte und erforderliche gleichmäßige Konzentrationsverteilung in der Schweißnaht einnimmt. Die hierzu erforderliche Temperatur, deren Höhe von dem jeweils zu behandelnden Rohrwerkstoff abhängt, muß so hoch angesetzt werden, daß ein Aufschmelzen bzw. Teigigwerden des Materials gerade nicht eintritt.

Die herkömmliche Glühbehandlung in einem Glühofen läßt sich beispielsweise bei großen Werkstücken nicht durchführen, so daß hierfür bereits in der US-PS 37 31 051 vorgeschlagen wurde, nur die Schweißnaht und die seitlich angrenzenden Wärmeeinflußzonen auf die erforderlichen Temperaturen aufzu­ heizen und zwar mit Hilfe von Quarzstrahlern.

Für die Wärmebehandlung der Schweißnaht an längsnahtge­ schweißten Rohren wurde ferner gemäß der US-PS 26 73 276 vorgeschlagen, die erforderliche Aufheizung durch einen linienförmig über der Schweißnaht des durchlaufenden Rohres angebrachten Induktionsheizer mittels eines Hochfrequenz­ stromes aufzuheizen und zwar auf eine Temperatur, die etwa 38°C über der sogenannten kritischen Temperatur des betreffen­ den Materials liegt. Die zu installierende elektrische Leistung ist hierbei sehr erheblich und mit einer großen Verlustleistung verbunden. Ein weiterer Nachteil bei der vorbekannten Verfahrensweise besteht darin, daß eine Regelung der Glühtemperatur verhältnismäßig träge ist, so daß aus Sicherheitsgründen mit einer etwas niedrigeren Temperatur gefahren werden muß. Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Einrichtung besteht darin, daß bei den erforderlichen elektri­ schen Leistungen die linienförmig ausgebildeten Induktions­ spulen sehr groß ausfallen, so daß eine gezielte Wärmebehand­ lung der Schweißnaht und der angrenzenden Wärmeeinflußzonen nur bei Rohren mit größeren Durchmessern möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das eine gezielte Wärmezufuhr zur Schweißnaht ermöglicht, hohe Durchlaufge­ schwindigkeiten gestattet, trotz hoher Durchlaufgeschwindig­ keiten hinsichtlich der Energiezufuhr gut regelbar ist und auch die Wärmebehandlung von Rohren mit geringen Rohr­ durchmessern erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der aufzuheizende Bereich mittels wenigstens eines mit einer nichtschmelzenden Elektrode erzeugten Lichtbogens mindestens auf eine für das Lösungsglühen des betreffenden Rohrmaterials erforderliche, jedoch unter der Schmelztemperatur liegende Temperatur unter Schutzgas aufgeheizt und über einen vorgebba­ ren Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten und anschließend unter Schutzgas schnell abgekühlt wird. Durch die Verwendung eines auf den aufzuheizenden Bereich gerichteten Lichtbogens ist es möglich, die erforderliche Wärmeenergie gezielt und genau dosierbar zuzuführen. Durch entsprechende Bemessung der Elektroden ist es somit möglich, selbst Rohre mit geringem Durchmesser gezielt nur im Schweißnahtbereich zu glühen, ohne daß der übrige Rohrbereich so hoch erhitzt wird, daß Verformungen auftreten. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für eine Durchlaufbehandlung von Rohren, so daß es auch möglich ist, die Wärmebehandlung on-line einer Schweißeinrichtung nachzuordnen. Während bei geringen Durch­ laufgeschwindigkeiten die Aufheizung über nur einen Licht­ bogen ausreichen kann, ist es für hohe Durchlaufgeschwindig­ keiten des zu behandelnden Rohres zweckmäßig, wenn mehrere Lichtbögen im Abstand hintereinander angeordnet sind, so daß trotz hoher Durchlaufgeschwindigkeit die Schweißnaht über eine Haltezeit von mehreren Sekunden auf der erforder­ lichen Temperatur gehalten werden kann. Durch die Schutzgas­ zufuhr im Heizbereich wird eine Oxidation des Materials vermieden. Nach dem Verlassen der Heizzone muß das Rohr abgekühlt werden, wobei bei den vorstehend genannten nicht­ rostenden Stählen die Abkühlung möglichst schnell und unter Schutzgas erfolgen muß.

Da bei der Verwendung eines Lichtbogens die zuzuführende Wärmemenge schnell veränderbar ist, ist es gemäß weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die zuzuführende Wärmemenge so einzustellen, daß das Rohr­ material im aufzuheizenden Bereich gerade nicht teigig wird. Bei einer derart hohen Temperaturlage wird die Diffu­ sionsgeschwindigkeit der einzelnen Legierungs-Komponenten im Material erhöht und somit sichergestellt, daß die Legie­ rungselemente in der Schweißnaht nach der Wärmebehandlung sich in der Schweißnaht in der gleichen Verteilung befinden wie im übrigen Rohrwerkstoff.

In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Relativbewegung zwischen Rohr und Licht­ bogen in Rohrlängsrichtung zusätzlich eine hin- und hergehen­ de Querbewegung und/oder Längsbewegung überlagert wird. Hierdurch wird sowohl ein breit gefächerter Lichtbogen erzeugt als auch den Wärmeeinflußzonen gezielt Wärmeenergie zuge­ führt. Die Wärmezufuhr wird vergleichmäßigt und geringfügige geometrische Abweichungen in der Zuordnung zwischen Schweiß­ naht und Lichtbogen werden ausgeglichen. Die Amplitude der Bewegung des Lichtbogens entspricht erfindungsgemäß in etwa der Breite der Schweißnaht. Die Bewegung des Lichtbogens wird zweckmäßigerweise durch pulsierende Magnetfelder erzeugt, wobei hier sowohl ein pulsierendes Gleichfeld als auch ein Wechselfeld verwendet werden kann. Die Pulsationsfrequenz ist zweckmäßigerweise einstellbar. Das Verfahren läßt sich jedoch auch mit der normalen Netzfrequenz von 50 Hertz durchführen.

In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung unabhängig für jeden einzelnen Lichtbogen einstellbar ist. Hierdurch ist es möglich, die aufgeheizte Schweißnaht auch über eine längere Strecke, d.h. also auch über einen längeren Zeitraum innerhalb eines vorgegebenen, engbegrenzten Tempera­ turbereichs zu halten. In zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung wenigstens des in Durchlaufrichtung gesehen ersten Lichtbogens in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur des aufzuheizenden Bereichs, vorzugsweise des ablaufenden aufgeheizten Bereichs geregelt wird.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß im Einwirkungsbereich des Lichtbogens der der Schweißnaht abgekehrte Bereich des Rohres gekühlt wird. Hierdurch wird insbesondere für Rohre mit geringem Rohrdurch­ messer sichergestellt, daß die Formstabilität trotz der hohen Aufheizung im Schweißnahtbereich erhalten bleibt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der über den Lichtbogen in das Rohr eingeleitete elektri­ sche Strom über wenigstens einen an der Rohroberfläche federnd anliegenden Gleitkontakt abgeleitet wird. Hierdurch ergeben sich definierbare Übergangswiderstände zwischen Rohr und dem Gleitkontakt, so daß sich die Stromzufuhr zum Lichtbogen sehr genau einstellen und damit auch sehr genau regeln läßt. Damit wird die Regelgenauigkeit verbessert, so daß die Aufheizung bis an die höchste, gerade noch zuläs­ sige Temperaturobergrenze herangeführt werden kann, ohne daß sich das Rohr deformiert oder aber im Schweißnahtbereich das Material sich verflüssigt.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Stromabfuhr über den Gleitkontakt jeweils im Einwirkungsbereich eines Lichtbogens erfolgt und die in das zu behandelnde Rohr über den Lichtbo­ gen eingeleitete Wärmemenge über ein durch den Gleitkontakt geführtes Kühlmittel abgeführt wird. Neben einer definierten Abfuhr des elektrischen Stromes über das Rohr wird hierdurch auch eine hochwirksame Kühlung des Rohres im Bereich der Wärmezufuhr erzielt, da der für einen guten Stromdurchgang notwendige Kontakt zwischen Gleitkontakt und Rohrwandung zugleich auch einen guten Wärmedurchgang bewirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Ausgestaltung der Erfindung nach einer mechanischen Kaltverfestigung der Schweißnaht durch Walzen oder Hämmern erfolgen. Bei dieser Verfahrensweise wird das fertiggeschweißte Rohr zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt, kaltverfestigt und muß dann anschließend wieder mittels Lichtbogen, vorzugsweise mittels mehrerer Lichtbögen, auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt und bei dieser Temperatur über den gewünschten Zeitraum gehalten werden.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufheizung der Schweißnaht auf die für das Lösungs­ glühen erforderliche Temperatur durch wenigstens einen Lichtbogen unmittelbar an die Herstellung der Schweißnaht erfolgt. Bei dieser Verfahrensweise wird das Lösungsglühen in "einer Hitze" nach dem Schweißvorgang durchgeführt, so daß die Lichtbögen hinsichtlich der Energiezufuhr nur so eingestellt zu werden brauchen, daß das für ein Lösungs­ glühen erforderliche Temperaturniveau in der Schweißnaht über einen vorgegebenen Zeitraum aufrechterhalten bleibt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß beim Abkühlen zumindest beim Einlauf in die Kühlzone die Schweißnaht über eine vorgegebene Strecke mit einem Schutzgas bespült wird. Hierdurch wird ein Oxidieren des glühenden Materials nach dem Verlassen der Schutzgasatmosphäre im Lichtbogenbereich verhindert. Zugleich wird hierdurch die Kühlphase eingeleitet. Das in diesem Bereich zugeführte Schutzgas kann auch eine Schutzgasmischung sein, beispielsweise eine Mischung aus Argon und Stickstoff, so daß bei entsprechenden Stählen sich der Stickstoffgehalt im Material nicht verändern kann.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Wärmebe­ handlung der Schweißnaht an längsnahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere aus austenitischen, ferritischen oder austeni­ tisch-ferritischen Stählen, mit einer im wesentlichen nur auf die Schweißnaht und ihre seitlichen Wärmeeinflußzonen gerichteten Heizeinrichtung und einer nachfolgenden Kühlein­ richtung.

Gemäß der Erfindung ist für eine derartige Vorrichtung vorgesehen, daß an einem Führungsgestell zur Führung des zu behandelnden Rohres wenigstens eine, mit einer Schutzgas­ zuführung versehene, nichtschmelzende Heizelektrode vorgese­ hen ist, die mit einer Stromquelle verbunden ist und daß hinter der Elektrode vorzugsweise im Einlaufbereich zur Kühlzone für die Schweißnaht eine Düsenanordnung zur Bespü­ lung der geglühten Schweißnaht mit einem Schutzgas angeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, daß im Durchlauf und mit verhältnismäßig hoher Durchlaufgeschwindig­ keit eine gezielte Wärmezufuhr zur Schweißnaht und deren seitlichen Wärmeeinflußzonen möglich ist und zwar sowohl hinsichtlich der geometrischen Ausrichtung der Wärmezufuhr, da der mit der Elektrode erzeugte Lichtbogen gezielt auf den aufzuheizenden Bereich geführt ist, als auch hinsichtlich der zuzuführenden Wärmeenergie, da über eine Regelung der Stromstärke und/oder der Stromspannung eine unmittelbare feinfühlige Regelung der Wärmezufuhr möglich ist. Dadurch, daß zumindest im Einlaufbereich zur Kühlzone eine Düsenan­ ordnung zur Bespülung der geglühten Schweißnaht mit einem Schutzgas vorgesehen ist, wird die noch glühende Schweißnaht sicher gegen eine Oxidation geschützt. Zugleich wird erreicht, daß durch das durchlaufende Rohr der über die Düsenanordnung angebrachte "Schutzgasmantel" mit in die Kühlzone geschleppt wird und damit auch in der Kühlzone eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten werden kann. Das Schutzgas kann als definier­ tes Gas oder auch als Gasmischung, beispielsweise in Form einer Argon-Stickstoff-Mischung, zugeführt werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, daß am Rohr anlegbare Stromrückflußkontakte vorgesehen sind. An sich reicht der Stromrückfluß über die Rollen und das Rollengestell aus. Die Rollenlagerung, in der Regel Kugellagerungen, weisen jedoch keinen genau definierbaren Übergangswiderstand auf. Durch die Verwendung von anlegbaren Stromrückflußkontakten ist jedoch ein definierbarer Übergangswiderstand im Strom­ rücklauf gegeben, so daß die Stromstärke und/oder die Strom­ spannung im Lichtbogen, die für die Wärmezufuhr entscheidend ist, sehr viel genauer eingestellt und im Falle einer automa­ tischen Regelung sehr präziser geregelt werden kann.

Zweckmäßigerweise sind in weiterer Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung in Durchlaufrichtung des zu behan­ delnden Rohres gesehen, wenigstens zwei Elektroden im Abstand hintereinander angeordnet und jeder Elektrode eine Regelein­ richtung zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspan­ nung zugeordnet. Durch die Anordnung von mehreren Elektroden hintereinander kann jede beliebige Temperaturhaltezeit für jede beliebige Durchlaufgeschwindigkeit vorgegeben werden. Je höher die Durchlaufgeschwindigkeit, desto größer muß die Zahl der Elektroden sein, so daß ein bestimmtes Temperaturniveau über eine vorgegebene Zeit für einen diskre­ ten Punkt der Schweißnaht aufrechterhalten werden kann. Auch der Abstand der einzelnen Elektroden zueinander richtet sich nach der Durchlaufgeschwindigkeit. Bei geringen Durch­ laufgeschwindigkeiten müssen die Elektroden dichter hinter­ einander angeordnet werden, während bei höheren Durchlaufge­ schwindigkeiten die Abstände größer gewählt werden können.

Es kommt hier lediglich darauf an, daß das einmal erreichte Temperaturniveau in der Behandlungszone möglichst in gleicher Höhe aufrechterhalten bleibt. Dadurch, daß vorzugsweise jeder Elektrode eine eigene Regeleinrichtung zugeordnet ist, kann für die jeweils nachfolgenden Elektroden die Energiezufuhr soweit heruntergeregelt werden, daß praktisch nur die Wärmeverluste durch die Abstrahlung und durch die nicht zu vermeidende Kühlung über das zugeführte Schutzgas ausgeglichen werden.

In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß zumindest im Bereich einer Elektrode ein gegen die aufzuheizende Schweißnaht gerichteter Temperaturfühler vorgesehen ist, der mit der Regeleinrichtung zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspannung in Verbindung steht. Zumindest bei der in Durchlaufrichtung gesehen ersten Elektrode ist dieser Temperaturfühler hinter der Elektrode angeordnet, wenn das zu behandelnde Rohr von der Raumtemperatur auf die Glühtemperatur aufgeheizt werden soll. Bei einer Vorrichtung, die unmittelbar der Schweißstation nachgeschaltet ist, bei der also die Wärmebe­ handlung der Schweißnaht in "einer Hitze" erfolgt, kann der Temperaturfühler in Durchlaufrichtung gesehen vor der ersten Elektrode angeordnet sein, da dann die für die Wärme­ behandlung zuzuführende Wärmeenergie abhängig ist von dem Temperaturniveau der zu behandelnden Schweißnaht. Zweckmäßig ist in diesem Fall die Anordnung eines Temperaturfühlers vor der Elektrode und eines Temperaturfühlers nach der Elektrode, um durch eine entsprechende Differenzmessung die Regeleinrichtung der Elektrode so zu führen, daß die Aufheizung des Schweißnahtbereichs bis an die kritische Obergrenze herangeführt werden kann, d.h. bis dicht unter­ halb Temperaturobergrenze, bei der sich der zu glühende Bereich verformen würde.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Düsenanordnung zur Schutzgasbespülung der geglühten Schweißnaht durch einen sich in Längsrichtung erstreckenden, an sich bekannten gasdurchlässigen Sinterkörper gebildet wird, der mit einer Schutzgasquelle in Verbindung steht. Mit einer derartigen Düsenanordnung ist es möglich, bei geringstmöglichem Schutz­ gasverbrauch die noch glühende Schweißnaht über eine ver­ hältnismäßig lange Strecke mit einem Schutzgasmantel zu versehen und hierbei bereits eine rasche Kühlung zu errei­ chen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, daß als Stromrückfluß­ kontakt wenigstens eine federnd an das Rohr angedrückte Gleitbacke vorgesehen ist, die das durchlaufende Rohr auf seiner der Schweißnaht abgekehrten Seite über einen Teil des Rohrumfanges umgreift. Eine derartige Gleitbacke weist eine große Kontaktfläche auf, so daß der Übergangswiderstand zwischen Rohr und Gleitbacke gering ist und zugleich Span­ nungs- bzw. Stromspitzen vermieden werden, die sonst zum Funkenüberschlag führen würden.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist hierbei vorgesehen, daß die Gleitbacke teilweise hohl ausgebildet ist und von einem Kühlmittel durchströmt ist. Bei einer Anordnung der Gleitbacke unmittel­ bar im Einwirkungsbereich einer Elektrode wird hierbei erreicht, daß die der Schweißnaht zugeführte Wärmemenge sehr rasch und fortlaufend über den der Schweißnaht abge­ kehrten Teil des Rohres abgeführt wird, so daß das Rohr­ material in diesem Bereich sich nicht auf eine Temperatur aufheizen kann, in der bereits eine Verformung unter dem Einfluß des Eigengewichtes möglich ist. Das Rohr bleibt formstabil, so daß trotz der hohen Aufheizung der Schweißnaht und der seitlichen Wärmeeinflußzonen bis dicht an die Grenze, in der das Rohrmaterial teigig wird, keine Verformung des Schweißnahtbereiches eintreten kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kühlzone durch ein doppelwandiges Kühl­ rohr gebildet wird, dessen Innenrohr das glühende durchlau­ fende Rohr mit geringem Zwischenraum umfaßt und daß der Innenraum der Doppelwandung von einem Kühlmittel durchströmt ist. Durch ein derartiges Kühlrohr wird sehr rasch die von der noch glühenden Schweißnaht abgegebene Strahlungswärme aufgenommen und das Rohr gekühlt, so daß die einmal durch den Glühvorgang in der Schweißnaht erreichte Homogenisierung der Legierung erhalten bleibt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ist hierbei ein das zu glühende Rohr im Elektrodenbe­ reich umschließendes Schutzgehäuse vorgesehen, das rohraus­ trittsseitig mit dem Innenrohr des Kühlrohres dicht verbunden ist. Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß im aufzu­ heizenden Bereich durchgehend eine Schutzgasatmosphäre vorhanden ist. Durch das durchlaufende Rohr wird das Schutz­ gas in das Innenrohr des Kühlrohres mitgeschleppt, so daß auch im Kühlrohr eine Schutzgasatmosphäre vorhanden ist. Dieser Effekt ist insbesondere dann gegeben, wenn unmittelbar hinter der letzten Elektrode eine Düsenanordnung vorgesehen ist, über die ein Schutzgas bzw. ein Schutzgasgemisch unmit­ telbar auf die noch glühende Schweißnaht aufgegeben wird.

In weiterer Ausgestaltung der erfindunggemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß das Schutzgehäuse rohreintrittsseitig mit Mitteln zum Abdichten gegen den Eintritt von Luft ver­ sehen ist. Bei der Behandlung von kalt zugeführten Rohren kann zum Abdichten wenigstens ein am Rohrumfang anliegender Dichtkragen vorgesehen werden. Hierdurch wird in ausreichen­ dem Maße verhindert, daß über das zulaufende Rohr Umgebungs­ luft in das mit Schutzgas gefüllte Schutzgehäuse eingeschleppt wird.

Bei einem heiß zulaufenden Rohr kann hierbei dem Schutzge­ häuse rohreintrittsseitig eine Unterdruckkammer zugeordnet werden, die mit einer Absaugung in Verbindung steht, wobei die Rohreintrittsöffnung der Unterdruckkammer eine Labyrinth­ kammer aufweist. Hierdurch ist gewährleistet, daß über die Absaugung gegen die Durchlaufrichtung des Rohres ständig aus dem Schutzgehäuse Schutzgas abgesaugt wird und daß mit dem abgesaugten Schutzgas zugleich die geringen, über die Labyrinthdichtung eingeschleppten Luftmengen abgezogen werden und praktisch nicht in das Schutzgehäuse eindringen können.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch besonders zweckmäßig, wenn die Glühelektroden unmittelbar hinter der Schweißstation angeordnet sind, in der die zu glühende Schweißnaht gelegt wird und daß das Schutzgehäuse die Schweißstation und die Glühstation umschließt.

Der Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Verfahrensablauf anhand eines Rohrquerschnittes,

Fig. 2 in einer Seitenansicht eine vollstän­ dige Anlage zur Herstellung von längs­ nahtgeschweißten Rohren mit Wärmebe­ handlungsstation.

Das in Fig. 1 in einem Querschnitt dargestellte Rohr 1 wurde aus einem von einem Coil zulaufenden flachen Stahl­ band zunächst in einer Rollenstation fortlaufend zu einem Rohr gebogen, wobei die einander zugekehrten Ränder des zunächst noch offenen Schlitzes anschließend fortlaufend in einer Schweißstation, vorzugsweise einer Lichtbogen- Schweißstation unter Schutzgas verschweißt werden. Hierbei entsteht eine in Längsrichtung durchgehende Schweißnaht 2. Bei legierten Rohrwerkstoffen entstehen durch den Schweiß­ vorgang in der Schweißnaht Seigerungen mit örtlichen Konzentrationsunterschieden einzelner Legierungsbestandteile, die sich bis in die unmittelbar zu beiden Seiten der Schweiß­ naht angrenzenden Wärmeeinflußzonen 3 in unterschiedlicher Stärke erstrecken können.

Zum Ausgleich dieser Seigerungen, d.h. zur Homogenisierung des Legierungsgefüges in der Schweißnaht 2 und der Wärmeein­ flußzone 3 wird nun die Schweißnaht mit Hilfe eines über eine Elektrode 4 erzeugten Lichtbogens 5 auf eine Temperatur so hoch aufgeheizt, daß sich die Seigerungen wieder ausglei­ chen. Hierbei kommt es darauf an, die Temperatur möglichst hoch einzustellen und über eine Zeit von mehreren Sekunden, beispielsweise über einen Zeitraum bis zu 30 Sekunden aufrecht­ zuerhalten. Die Höhe der Temperatur richtet sich hierbei nach dem jeweiligen Rohrwerkstoff und ist hierbei begrenzt durch die Temperatur, in der das Material beginnt teigig zu werden. Der Lichtbogen ist an eine Stromquelle 6′ ange­ schlossen.

Der Lichtbogen ist hierbei gezielt auf die Schweißnaht gerichtet, wobei die Stromstärke und/oder die Stromspannung über eine Regeleinrichtung 6 eingestellt wird. Durch einen Temperaturfühler 7, beispielsweise ein Strahlungspyrometer kann beispielsweise in Durchlaufrichtung des Rohres gesehen unmittelbar hinter dem Lichtbogen 5 die Oberflächentemperatur gemessen werden und über die Regeleinrichtung 6 die Strom­ stärke automatisch nachgeregelt werden. Die anliegende Stromspannung wird grundsätzlich über den Abstand der Elek­ trodenspitze zur Werkstückoberfläche fest vorgegeben. Durch eine entsprechende Regeleinrichtung ist es jedoch auch möglich, diesen Wert fortlaufend in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur durch entsprechende Verstellung der Elektrode 4 zu regeln.

Die Elektrode 4, eine nichtschmelzende Wolfram-Elektrode ist von einer Düse 8 umgeben, die über eine Zuleitung 9 mit einer Schutzgasquelle in Verbindung steht, so daß fort­ laufend über die Düse 8 die Elektrode 4 mit Schutzgas gekühlt wird und gleichzeitig der vom Lichtbogen 5 aufgeheizte Bereich des Werkstücks sich unter einem Schutzgasmantel befindet. Um nun den Lichtbogen zu fächern und auch die zu beiden Seiten der Schweißnaht 2 befindlichen Wärmeeinfluß­ zonen 3 mit in den Aufheizungsvorgang zuverlässig einbeziehen zu können, wird der Längsbewegung des Rohres 1 eine hin- und hergehende Quer- und/oder Längsbewegung des Lichtbogens 5 überlagert. Dies kann über ein mechanisches Verschwenken der Elektrode 4 erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn über ein pulsierendes Magnetfeld, hier dargestellt durch zwei Polschuhe 10, das ein pulsierendes Wechselfeld oder ein pulsierendes Gleichfeld sein kann, der Lichtbogen in Längsrichtung ausgelenkt wird. Eine Auslenkung in Querrich­ tung erfolgt entsprechend durch in Längsrichtung des Rohres ausgerichtete Polschuhe. Damit ist es möglich, Querbewegungen mit hoher Frequenz vorzusehen, beispielsweise mit einer Frequenz von 50 Hertz, so daß selbst bei hohen Durchlaufge­ schwindigkeiten eine gleichmäßige Wärmezufuhr auch zu den Wärmeeinflußzonen 3 erzielt wird.

Der Stromrückfluß zur Stromquelle erfolgt über seitlich an der Rohrwandung anliegende Gleitbacken 11, die den Rohr­ umfang auf der der Schweißnaht 2 abgekehrten Seite umgreifen. Die Gleitbacken 11 werden über Federn 12 gegen den Rohrumfang angedrückt. Bei mehreren hintereinander angeordneten Elektro­ den genügt eine entsprechend lang ausgebildete Gleitbacke als Stromrückflußkontakt und Kühlelement.

Die Gleitbacken 11 sind ferner hohl ausgebildet, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Bohrungen 13 vorgese­ hen, durch die ein Kühlmittelstrom hindurchgeführt werden kann. Hierdurch ist ein zuverlässiger Abfluß der Wärme in dem der Schweißnaht 2 abgekehrten Rohrbereich gewährlei­ stet, so daß trotz des Aufheizens des Nahtbereichs bis in Temperaturbereiche, in denen sich das Rohrmaterial nahezu verformen würde, über die fortlaufende starke Wärmeabfuhr in diesem Bereich die Formstabilität des Gesamtrohres gewähr­ leistet ist. Neben der Kühlwirkung gewährleisten die Gleit­ backen 11 auch einen praktisch konstanten Durchgangswider­ stand für den fließenden Strom, so daß eine sehr präzise, temperaturabhängige Regelung der Stromstärke möglich ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung von längsnahtgeschweißten Rohren aus einem Blechband besteht im wesentlichen aus einer Lieferspule 14, auf die ein Metall­ band 15 aufgewickelt ist. Das Metallband 15 wird nun durch eine mit mehreren Formrollen versehene Formstation 16 geführt, in der aus dem flachen Metallband mit Hilfe von mehreren, vorzugsweise lose laufenden Formrollenpaaren 17, 18 und 19 ein Schlitzrohr hergestellt wird, das dann eine Schweißsta­ tion 20 durchläuft, in der es durch ein Schweißrollenpaar 21 gehalten und der Längsschlitz mit Hilfe einer Schweißelek­ trode 22 mittels eines Lichtbogens unter Schutzgas zu einer geschlossenen Naht verschweißt wird.

Das fertiggeschweißte Rohr 23 kann, falls erforderlich, anschließend mit Hilfe einer Entgratungseinrichtung 24 entgratet werden, wobei hier nur das an der Außenwand angreifende Entgratungsmesser gezeigt ist. Aufbau und Funktionsweise der Entgratungsvorrichtung sind bekannt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung schließt sich nun unmittelbar an die Schweißstation eine Wärmebehandlungs­ station an, in der noch in der Schweißhitze die fertiggelegte Schweißnaht wärmebehandelt wird, um die beim Schweißen aufgetretenen Seigerungen von Legierungselementen weitgehend zu beseitigen. Die Wärmebehandlungsstation besteht nun entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 1 aus mehreren hintereinander angeordneten Elektroden 4, die jeweils von einer Schutzgasdüse umgeben sind. Mit Hilfe der Elektroden 4, die jeweils an eine eigene, regelbare Stromversorgung ange­ schlossen sind, wird nun über eine längere Durchlaufstrecke die durch das jeweilige Material vorgegebene Glühtemperatur aufrechterhalten. Die Schweißstation und die Wärmebehand­ lungsstation sind hierbei von einem gemeinsamen Schutzgehäuse 25 umschlossen, so daß sich die Schweißnaht während der gesamten Durchlaufzeit in einer Schutzgasatmosphäre befindet.

Unmittelbar hinter der in Durchlaufrichtung des Rohres 23 gesehen letzten Elektrode 4 ist eine Düsenanordnung 26 vorgesehen, die beispielsweise aus einem gasdurchlässigen Sinterkörper besteht und die an eine Schutzgasquelle ange­ schlossen ist. Über diese Düsenanordnung 26 kann zur Kühlung der Schweißnaht Schutzgas, beispielsweise Argon oder ein Schutzgasgemisch, beispielsweise Argon/Stickstoff zugeführt werden. Die Düsenanordnung 26 erstreckt sich bis in den Bereich der Austrittsöffnung 27 des Schutzgehäuses 25.

An die Austrittsöffnung 27 des Schutzgehäuses 25 schließt sich eine Kühlvorrichtung 28 an, die im wesentlichen aus einem doppelwandigen Rohr besteht, dessen Innenrohr 29 das durchlaufende Rohr 23 mit geringem Abstand umschließt. Der Innenraum 30 der Doppelwandung steht hierbei mit einer Kühlmittelversorgung in Verbindung und wird von einem Kühl­ mittel durchströmt. Die Kühlmitteldurchströmung erfolgt zweckmäßigerweise im Gleichstrom, da es vor allem darauf ankommt, die glühende Schweißnaht schnellstmöglich abzukühlen, um nachteilige Gefügeveränderungen zu vermeiden. Die Schutz­ gasatmosphäre.wird auch innerhalb der Kühlvorrichtung 28 aufrechterhalten, da von dem durchlaufenden Rohr 23 insbeson­ dere aus dem Bereich der Düsenanordnung 26 fortlaufend Schutzgase mitgeschleppt werden.

Das fertige Rohr 23 durchläuft nach dem Austritt aus der Kühlstation eine Kalibrierstation 31, die hier nicht näher dargestellt ist und die wenigstens zwei um 90° zueinander versetzt angeordnete Rollenpaare aufweist und in der dem Rohr die endgültige Form, beispielsweise eine nahezu exakte Kreisform gegeben wird.

Über eine Zugvorrichtung 32, die vorzugsweise aus zwei das fertige Rohr zwischen sich einklemmende endlosen Zug­ raupen 33 gebildet wird und die mit einem Antrieb in Verbin­ dung steht, wird nun das fertige Rohr durch die gesamte Anlage hindurchgezogen. Alle Rollenpaare und zwar sowohl die Rollenpaare der Formstation 16 als auch die Rollenpaare der Schweißstation 20 und der Kalibrierstation 31 sind hierbei loselaufend ausgebildet, d.h. sind nicht mit einem eigenen Antrieb verbunden. Die Zugraupen 33 bestehen im wesentlichen jeweils aus einer endlos umlaufenden Tragkette 34, die mit einer Vielzahl von Formklauen 35 besetzt ist. Die Formklauen 35 umgreifen hierbei das zu transportierende Rohr 23 jeweils nahezu um den halben Außenumfang. Die beiden Zugraupen sind hydraulisch oder über Federkraft gegeneinan­ der gepreßt. Eine derart ausgebildete Zugraupe in Verbindung mit der Anordnung von loselaufenden Rollen in der gesamten Anlage bewirkt, daß zunächst der Schlitz des Schlitzrohres und anschließend die fertige Schweißnaht exakt gerade laufen und somit genau positioniert zunächst an der Schweißelektro­ de 22 und anschließend unter den Glühelektroden 4 entlang geführt werden kann. Eine zusätzliche gesteuerte Querbewegung der Elektroden kann hierbei entfallen.

Claims (27)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung der Schweißnaht an längs­ nahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere an austenitischen, ferritischen oder austenisch-ferritischen Stählen, wobei die Rohre nur im Bereich der Schweißnaht und ihrer seitlichen Wärmeeinflußzonen lösungsgeglüht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der aufzuheizende Bereich mittels wenigstens eines mit einer nichtschmelzenden Elektrode erzeugten Lichtbogens mindestens auf eine für das Lösungsglühen des betreffenden Rohrmaterials erforderliche, jedoch unter der Schmelztempe­ ratur liegenden Temperatur unter Schutzgas aufgeheizt und über einen vorgebbaren Zeitraum auf dieser Temperatur gehal­ ten und anschließend unter Schutzgas abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Lichtbogen jeweils zuzuführende Wärmemenge so hoch eingestellt wird, daß das Rohrmaterial im aufzuheizenden Bereich gerade nicht teigig wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und die Elektrode sich in Rohrlängsrichtung relativ zueinander bewegen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Rohr und Lichtbogen in Rohr­ längsrichtung zusätzlich eine hin- und hergehende Querbe­ wegung und/oder Längsbewegung überlagert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Querbewegung des Lichtbogens in etwa der Breite der Schweißnaht entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Lichtbogens durch pulsierende Magnetfelder erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr relativ zu mehreren, in Abstand hintereinander angeordneten Lichtbögen bewegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung unabhängig für jeden einzelnen Lichtbogen einstellbar ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung wenigstens des in Durchlaufrichtung gesehen ersten Lichtbo­ gens in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur des aufzuheizenden Bereichs, vorzugsweise des ablaufenden aufge­ heizten Bereichs, geregelt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Einwirkungsbereich des Lichtbogens der der Schweißnaht abgekehrte Bereich des Rohres gekühlt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Lichtbogen in das Rohr eingeleitete elektrische Strom über wenigstens einen an der Rohroberfläche federnd anliegenden Gleitkontakt abgelei­ tet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabfuhr über den Gleitkontakt jeweils im Einwirkungsbereich eines Lichtbogens erfolgt und die in das zu behandelnde Rohr über den Lichtbogen eingeleitete Wärmemenge über ein durch den Gleitkontakt geführtes Kühlmittel abgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der Schweißnaht nach einer mechanischen Kaltverfestigung der Schweißnaht durch Walzen oder Hämmern erfolgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der Schweißnaht auf die für das Lösungsglühen erforderliche Temperatur durch wenigstens einen Lichtbogen unmittelbar im Anschluß an die Herstellung der Schweißnaht erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlen zumindest beim Einlauf in die Kühlzone die Schweißnaht über eine vorgegebene Strecke mit Schutzgas bespült wird.

16. Vorrichtung zur Wärmebehandlung der Schweißnaht an längsnahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere aus austeni­ tischen, ferritischen oder austenitisch-ferritischen Stählen, mit einer im wesentlichen nur auf die Schweißnaht und ihre seitlichen Wärmeeinflußzonen wirkenden Heizeinrichtung und einer nachfolgenden Kühleinrichtung, dadurch gekennzeich­ net, daß an einem Führungsgestell zur Führung des zu behandeln­ den Rohres (23) wenigstens eine mit einer Schutzgaszuführung (8, 9) versehene, nichtschmelzende Elektrode (4) vorgesehen ist, die mit einer Stromquelle verbunden ist, und daß hinter der Elektrode (4), vorzugsweise im Einlaufbereich zur Kühl­ zone (28) für die Schweißnaht eine Düsenanordnung (26) zur Bespülung der geglühten Schweißnaht mit einem Schutzgas angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchlaufrichtung des zu behandelnden Rohres (23) gesehen, wenigstens zwei Elektroden (4) im Abstand hinter­ einander angeordnet sind und daß jeder Elektrode (4) eine Regeleinrichtung (6) zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspannung zugeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest im Bereich einer Elektrode (4) ein gegen den Bereich der aufzuheizenden Schweißnaht (2) gerichteter Temperaturfühler (7) vorgesehen ist, der mit der Regeleinrichtung (6) zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspannung in Verbindung steht.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (26) zur Schutzgasbe­ spülung der geglühten Schweißnaht durch einen sich in Längs­ richtung erstreckenden, an sich bekannten gasdurchlässigen Sinterkörper gebildet wird, der mit einer Schutzgasquelle in Verbindung steht.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohr anlegbare Stromrückflußkontakte (11) vorgesehen sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromrücklaufkontakt wenigstens eine federnd angedrückte Gleitbacke (11) vorgesehen ist, die das durchlaufende Rohr (23) auf seiner der Schweißnaht (2) abgekehrten Seite über einen Teil des Rohrumfanges umgreift.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbacke (11) teilweise hohl ausgebildet ist und von einem Kühlmittel durchströmt ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone (28) durch ein doppelwandi­ ges Kühlrohr gebildet wird, dessen Innenrohr (29) das ge­ glühte Rohr (23) mit geringem Zwischenraum umfaßt und daß der Innenraum (30) der Doppelwandung von einem Kühlmittel durchströmt ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein das zu glühende Rohr (23) im Elek­ trodenbereich umschließendes Schutzgehäuse (25) vorgesehen ist, das rohraustrittsseitig mit dem Innenrohr der Kühlzone (28) dicht verbunden ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (25) rohreintrittssei­ tig mit Mitteln (36) zum Abdichten gegen den Eintritt von Luft versehen ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei kalt zugeführten Rohren das Mittel (36) zum Abdichten durch wenigstens einen am Rohrumfang anliegenden Dichtkragen gebildet wird.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, daß die Elektroden unmittelbar hinter der Schweißstation (20) angeordnet sind, in der die zu glühende Schweißnaht (2) gelegt wird und daß das Schutzgehäuse (25) die Schweißsta­ tion (20) und die Glühstation umschließt.