DE3841795C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von längsnahtgeschweißten Rohre, vorzugsweise Stahlrohren, aus Bandmaterial im kalten Zustand. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, daß beim kontinuierlichen Umformen eines flachen Bandes zu einer Rohrform das Problem der Bandkantenlängung auftritt. Diese wird einerseits durch die auf das Band ausgeübten Verformungskräfte und andererseits durch die Zugkräfte, denen das Band beim Durchlauf durch die Verformungsstrecke ausgesetzt ist, verursacht. Diese Bandkantenlängung reicht bis in den Bereich plastischer Verformungen und führt zu Wellungen im Bandkantenbereich. Dadurch wird das exakte Schließen des Rohrschlitzes und die einwandfreie Verschweißung der Bandkanten beeinträchtigt.

Aus DE-OS 17 52 560 ist eine Walzwerksanlage zur Verformung von Bändern zu Stahlrohren bekannt, bei der das Flachband in einer von zwei Formwalzenpaaren gebildeten Einformstrecke fortlaufend stärker bis zur annähernd geschlossenen Rohrform gekrümmt wird und dann in einer von Kalibrierwalzen gebildeten Fertigformzone die exakte Rohrform gebildet und die Bandkanten gegebenenfalls verschweißt werden. In der Einformstrecke sind im laufenden Betrieb die oberen Formwalzen vom Band abgehoben, so daß dieses nur an seiner Unterseite abgestützt ist und sich im wesentlichen frei verformen kann. Die sich ebenfalls im wesentlichen frei einstellende Längskontur des Bandes ist in der Einformzone im wesentlichen geradlinig abwärts gerichtet, wobei die Neigung durch Höhenverstellung des Formwalzengerüstes am Einlaufende geändert werden kann. Durch die nicht durch starre Walzenspalte vorgegebene Querverformung des Bandes und die Einstellung der Höheneinformkurve sollen Spannungen, die zur Bandkantenlängung und -verformung führen, vermieden werden.

Aus FR-PS 3 75 768 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen von warmem Stahlband zu längsnahtgeschweißten Rohren bekannt, bei der das Band mittels zweier einen Einlauftrichter bildender Profilwalzenpaare zur Rohrform gekrümmt und durch einen Kalibrierring gezogen wird. Die dabei von der Bandunterkante durchlaufende Höhenprofilkurve stellt sich im wesentlichen von selbst ein und wird nicht gezielt beeinflußt. Die hierbei angestrebte Verformung des Bandes auf sehr kurzer Strecke mittels nur zweier Profilwalzenpaare und dazwischen bzw. davor ungestützt bewegtem Band mag bei Verarbeitung im warmen Zustand bei hohen Temperaturen und entsprechend großer plastischer Verformbarkeit des Bandes möglich sein, ist aber für die Verarbeitung von kaltem Band nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es zur Vermeidung von Längungen bzw. die Elastizitätsgrenze übersteigenden Verformungen der Bandkanten auf eine präzise Führung des Bandes in Längsrichtung längs einer in den verschiedenen Verformungsbereichen unterschiedlich gestalteten Höhenprofilkurve ankommt. Insbesondere haben Untersuchungen gezeigt, daß vier unterschiedliche, durch die Verformungsstufen charakterisierte, etwa gleich lange Bereiche beachtet werden müssen.

In einem ersten Bereich kommt es, wie bereits bei der Würdigung des Standes der Technik ausgeführt, zu starken Zugspannungen und plastischen Verformungen im Bandkantenbereich. Dies deshalb, weil auf eine Längeneinheit bezogen die Länge der Bandkanten bei der Verformung größer ist als die Länge der Unterkanten des zu bildenden Rohres. Das einzuformende Rohr sucht elastische und plastische Spannungen auszugleichen und krümmt sich. Beim Stand der Technik wird bereits versucht, dieser Selbstkrümmung in dem ersten Bereich zu folgen, allerdings nur in grober Annäherung.

In einem zweiten, mittleren Verformungsbereich nehmen die Zugspannungen im Bandkantenbereich zuerst immer mehr ab, bis es zum Aufbau von Druckspannungen kommt, die letztlich die Ursache für das Auftreten von Wellungen in dem nachfolgenden dritten Verformungsbereich sind.

Die Druckspannungen und damit die Wellungen können gemindert werden, indem man dem bereits weitgehend eingeformten Rohr die Möglichkeit gibt, die Spannungen durch Selbstkrümmung zu minimieren. Diesem dritten Verformungsbereich wurde bisher keine Bedeutung beigemessen; beim Verhältnis s/D 1/60, d. h. bei dünnwandigen Rohren entstanden trotzdem an den Bandkanten, infolge großer plastischer Deformationen, Wellungen, die das Rohr unverkäuflich machten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung längsnahtgeschweißter Rohre aus Bandmaterial in kaltem Zustand zu schaffen, die das kontinuierliche Einformen eines Rohres aus einem Band auch bei großen Verhältnissen von Banddicke zu Durchmesser, ohne Bildung von Randwellen, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen näher erläutert und zeigt in Fig. 1 die Gesamtanordnung einer Anlage zur Her­ stellung von längsnahtgeschweißten Rohren und in Fig. 2 die von der Unterkante des zu bildenden Rohres erzeugte gekrümmte Kontur und die an charakteristischen Stellen erreichte Band­ einformung.

Das Band (1), das die Vorrichtung in Bandlaufrichtung (2) durchläuft, wird in einer Abhaspelein­ richtung von einem Bund abgewickelt und einer Bandschweiß­ einrichtung zugeführt. Hier werden die Bandenden nacheinander abgewickelter Bunde zu einem endlosen Band verschweißt. An­ schließend wird das Band zu einer Bandspeichereinheit und durch eine Bandeinführeinheit (3) einem Vorverformungsgerüst (4) zugeführt, in dem die Erst­ verformung des Bandes erfolgt, wobei durch Formgebung quer zur Bandlaufrichtung (2) die erforderliche Steifheit in Längs­ richtung erreicht wird. Das Band erhält in diesem Gerüst eine Kreisbogenform mit großem Radius. Im nachgeordneten höhenver­ stellbaren Anbiegegerüst (5) erfolgt die Verformung der Band­ kanten, wobei ein Radius angestrebt wird, der zumindest dem größten auf der Anlage erzeugten Rohrradius entspricht. Ange­ strebt wird ein Radius, der dem Radius des Endproduktes ent­ spricht.

Das Band durchläuft im weiteren den Rollenkorb (6), in dem die eigentliche Einformung zum Rohr erfolgt. Der erfindungs­ gemäße Rollenkorb (6) besteht aus vier Rollenkorbabschnitten (6a, 6b, 6c, 6d), wobei jeder Rollenkorbabschnitt einen Rahmen (7a, 7b, 7c, 7d) aufweist, in dem alle die Kontur des einzu­ formenden Rohres bildenden Rollen (8) verstellbar befestigt sind. Der grundsätzliche Aufbau des Rollenkorbes und die theoretischen Grundlagen der Einformung sind bereits in der US-PS 33 23 341 dargelegt. Benachbarte Rahmenteile (9a, 9b, 9c) der Rollenkorbabschnitte (6a, 6b, 6c) sind miteinander durch Gelenke (10) verbunden und von Hubelementen (11) unter­ stützt. Die Rahmenteile (9a, 9c) sind an den starren Fundamentrahmen (12, 13) schwenkbar angelenkt. Mit den Hub­ elementen (11) ist es möglich, die Rollenkorbabschnitte (6a, 6b, 6c) in ihrer Höhenlage zu verstellen.

Die Kontur (14) der Unterkante des zu bildenden Rohres weicht von der Horizontalen (15) um den Betrag H ab, der von der Rohrdimension abhängt. Bei Wahl einer günstigen Kontur werden die Spannungen und damit die Bandkantenlängung minimiert. Mit Verlassen des Rollenkorbes hat das Rohr fast seine End­ dimension erreicht.

Nachgeordnet sind Messergerüste (17), in denen die für den Schweißprozeß notwendige exakte Form erzeugt wird. Die nach­ folgende Längsschweißeinrichtung, in der die Bandkanten ver­ schweißt werden, ist nicht mehr dargestellt.

Es ist möglich und vorteilhaft, den Rollenkorbabschnitt (6d) und die Messergerüste (17) zu vereinen. Im Anschluß an die Längsschweißeinrichtung sind Kalibrier­ gerüste vorzusehen.

In Fig. 2 ist die einstellbare Kontur der Unterkante des zu bildenden Rohres dargestellt:

Die Horizontale (15) bezeichnet die Durchlauflinie des Bandes, auf die alle Gerüste ausgerichtet sind. Die Kontur (14) weicht im Vorverformungsgerüst (4) bereits von der Horizontalen (15) ab. Gemeinsam mit dem Anbiegegerüst (5) wird die Neigung (23) der Kontur in ihrem Anfangspunkt festgelegt, die von Wand­ stärke und Durchmesser des zu erzeugenden Rohres abhängt. Daran schließen sich die vier Verformungsbereiche (18, 19, 20, 21) an. Im ersten Verformungsbereich (18) wird dem Selbst­ verformungsbestreben des geformten Bandes folgend eine konkave Krümmung eingestellt, wobei die Bandkanten (16) des zu bildenden Rohres innen liegen. Im dritten (20) Verformungs­ bereich (20) wird der Selbstkrümmung des zu bildenden Rohres folgend eine konvexe Krümmung eingestellt, bei der die Band­ kanten (16) des zu bildenden Rohres außen zu liegen kommen. Am Ort (22), an dem die Krümmung der Kontur wieder tangential in die Horizontale (15) übergeht, schließt sich die Auslauf­ strecke (21) an.

Weiterhin ist in Fig. 2 der Grad der Einformung an den Über­ gängen zwischen den Verformungsbereichen dargestellt.

Claims (4)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von längsnahtge­ schweißten Rohren, vorzugsweise Stahlrohren, aus Bandmaterial im kalten Zustand, wobei das in seiner Längsrichtung bewegte Band nacheinander folgende Verfahrenszonen durchläuft:

• a) Eine Verformzone (Verformgerüst 4), in der das Band zwecks Erhöhung seiner Längssteifigkeit in Querrichtung bogenförmig mit großem Radius gekrümmt wird;
• b) eine Anbiegezone (Anbiegegerüst 5), in der die Bandkanten auf einen kleineren Radius, der dem Radius des fertigen Rohres angenähert ist, gekrümmt werden;
• c) eine Einformungszone (Rollenkorb 6), in der das Band in Querrichtung fortschreitend stärker bis zur annähernd geschlossenen Rohrform gekrümmt wird, und
• d) eine Fertigformzone (Messergerüst 17) und eine Längsschweißzone, in denen die exakte Rohrform für den Schweißprozeß gebildet und die Bandkanten unter Bildung der Längsnaht miteinander verschweißt werden, und wobei das Band in der Einformungszone entlang einer von der Horizontalrichtung abweichenden gekrümmten Kontur mit vorgegebenem, einstellbaren Konturenverlauf geführt wird, die die folgenden Abschnitte aufweist:
  • c1) In einem ersten Verformungsbereich (18) eine zu der Nahtseite des zu bildenden Rohres hin konkav gekrümmte Kontur;
  • c2) in einem zweiten Verformungsbereich (19) eine einen Wendepunkt aufweisende Übergangskurve mit nur geringer Krümmung;
  • c3) in einem dritten Verformungsbereich (20) eine zu der Nahtseite des zu bildenden Rohres hin konvex gekrümmte Kontur und
  • c4) in einem vierten Verformungsbereich (21) eine geradlinige Kontur.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem zwischen einem Vorverformungsgerüst (4) und einem Messergerüst (17) angeordneten höhenverstellbaren, an seinen Enden gelenkig abgestützten Rollenkorb (6), der aus einem alle formgebenden Rollen (8) tragenden Rahmen (7a, 7b, 7c, 7d) gebildet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rollenkorb (6) aus mehreren hintereinander angeordneten, jeweils einen Rollenkorb­ abschnitt (6a, 6b, 6c, 6d) bildenden und alle formgebenden Rollen (8) tragenden Rahmen (7a, 7b, 7c, 7d) zusammenge­ setzt ist und daß zumindest einigen dieser Rollenkorbab­ schnitte (6a, 6b, 6c, 6d) an benachbarten Endbereichen (9a, 9b, 9c) dieser Rollenkorbabschnitte Hubelementen (11) zuge­ ordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß diese benachbarten Endbe­ reiche (9a, 9b, 9c) der Rollenkorbabschnitte (6a, 6b, 6c) mit jeweils einer gemeinsamen Hubeinrichtung (11) zusammen­ wirken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens vier Rollenkorb­ abschnitte (6a, 6b, 6c, 6c′) aneinander gereiht sind.