DE69628918T2

DE69628918T2 - Verfahren zum umformen von geschweissten metallischen rohren

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Publication number: DE69628918T2
Application number: DE69628918T
Authority: DE
Inventors: J. John BORZYM; H. Theodore KRENGEL; A. Charles Stourbridge WILLETTS; R. Curtis BROWN; III Edward WIESENTHAL
Original assignee: IDOD TRUST NOVI
Current assignee: IDOD TRUST NOVI
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2016-03-09
Also published as: CA2214519C; EP0814937A4; WO1996027475A1; US5915421A; DE69628918D1; MX9706763A; ES2203684T3; AU709502B2; ATE244097T1; EP0814937A1; BR9607966A; EP0814937B1; AU5136396A; US5732874A; CA2214519A1; US6018859A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Formen einer geschweißten Metalhöhre, die einen Metallüberzug hat. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, geeignet für Durchlauf- oder Reihenverfahren zum Formen von Eisenmetallröhren, beschichtet mit einem schützenden Metallüberzug, vorzugsweise Zink, Aluminium oder Kupfer und deren Legierungen. Es sollte sich verstehen, daß das Verfahren auf Nichteisen-Metallröhren, einschließlich beispielsweise von Messing, angewendet werden kann.
Verfahren zum fortlaufenden oder reihenweisen Formen einer geschweißten Stahlröhre aus einem fortlaufenden Streifen oder Bandstahl sind gut bekannt. In einem herkömmlichen Rohrwalzwerk wird der fortlaufende Streifen zuerst gereinigt und aufbereitet, danach gewalzt, um eine Schlitzröhre mit nahezu aneinanderstoßenden Kanten auf der Oberseite der Röhre zu bilden. Danach werden die Kanten durch eines von verschiedenen herkömmlichen Verfahren zusammengeschweißt, die allgemein einschließen, die Kanten zu erhitzen und danach entweder die Kanten mit Quetschwalzen warmzuschmieden und/oder die Naht mit Flußmittel zu schweißen. Die Kanten der Röhre können, zum Beispiel durch Widerstandsschweißen, Lichtbogen oder durch induktives Hochfrequenzschweißen, erhitzt werden. Induktives Hochfrequenzschweißen ist eine Form des elektrischen Widerstandsschweißens, bei der die Schlitzröhre durch einen elektrischen Heizinduktor aufgenommen wird, der ein starkes Magnetfeld erzeugt, das wiederum einen Strom induziert, der um die Röhre und das „V" fließt, das beim Schweißen der Kanten des Streifens geformt wird. Allgemein wird innerhalb der Röhre eine Impedanz angeordnet, die den Strom die nahezu aneinanderstoßenden Kanten der Schlitzröhre hinabzwingt und die Röhrenkanten auf eine Warmschmiedetemperatur erhitzt. Die Röhrenkanten werden danach durch Quetschwalzen geschmiedet, welche die geschmolzenen Kanten zusammentreiben, um eine integrale Naht zu bilden.
Reihenverfahren zum Galvanisieren und Beschichten oder Anstreichen sind ebenfalls gut bekannt. Der Streifen oder Bandstahl kann vor dem Formen und Schweißen auf einer oder beiden Seiten galvanisiert oder angestrichen werden, oder die Außenfläche der geschweißten Nahtröhre kann durch Eintauchen der Röhre in ein Bad aus geschmolzenem Zink galvanisiert werden. Wenn der Streifen vor dem Nahtschweißen mit einem Schutzüberzug beschichtet wird, wird der Überzug in der Nahtzone abbrennen oder schmelzen, da der Schweißvorgang das Schmelzen des Röhrenmaterials, das allgemein Stahl ist, einschließt. Folglich kann die Temperatur an der Naht 1260°C (2300°F) oder mehr betragen. Wenn der Streifen mit einem Metall, wie beispielsweise Zink oder Aluminium, beschichtet wird, wird das Metall während des Schweißens schmelzen und von der Naht weg, die sich am Oberteil der Röhre befindet, nach unten fließen. Es ist auch eine Zinküberzugslösung verwendet worden, um die Außenfläche der Naht anzustreichen. Jedoch haben solche Überzüge wenig Haftung und sind hauptsächlich kosmetisch. Auch das „Metallisieren" der Nahtoberfläche ist versucht worden; solche Überzüge sind hauptsächlich mechanisch und gewährleisten keine metallurgische Bindung zwischen den Metallen. Der Mangel der industriellen Verfahren nach dem bekannten technischen Stand beim vollständigen Beschichten und folglich Schützen der Röhrennaht wird durch die Tatsache offensichtlich, daß der Schweißbereich allgemein der erste ist, der bei beschleunigten Korrosionsprüfungen versagt. Es ist bekannt geworden, daß metallisierte Oberflächen, welche die äußere Nahtoberfläche bedecken, versagen, während sie mit der Röhrenfertigung verbundene mechanische Beanspruchungen erleiden.
Das US-Patent 5344062 an den Idod Trust beschreibt ein Verfahren zum Formen einer geschweißten Metallröhre aus einem galvanisierten Streifen durch Formen des Streifens zu einer Röhre und Zuschweißen der Röhre, wobei sich die Naht in einem unteren Teil der Röhre befindet. Danach wird die Naht erneut erhitzt, um zu bewirken, daß der Überzug der Röhre die Naht bedeckt. Dieses Verfahren beschreibt jedoch nicht das Beschichten der gesamten Innenfläche der Röhre einschließlich der Naht.
Das durchlaufende Röhrenformverfahren und die -vorrichtung dieser Erfindung lösen die oben identifizierten Probleme und erzeugen eine überlegene metallbeschichtete Röhre. Das Verfahren dieser Erfindung sichert eine vollständig beschichtete geschweißte Naht ohne wesentliche zusätzliche Kosten und kann mit herkömmlichen Röhrenformverfahren und -ausrüstungen verwendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Formen einer geschweißten Metallröhre mit einem Metallüberzug auf mindestens einer Innenfläche der Röhre aus einem sich kontinuierlich bewegenden, relativ flachen Metallstreifen bereitgestellt, wobei das Verfahren in Anspruch 1 dargelegt wird. Weitere Aspekte der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Der Metallüberzug umfaßt ein Metallüberzugsmaterial, das vorzugsweise aus Zink, Aluminium, Kupfer, deren Legierungen oder anderen Metallen oder Legierungen besteht, die eine Schmelztemperatur vorzugsweise wesentlich unterhalb der Schmelztemperatur des Röhrenmaterials haben. Zink ist der gebräuchlichste Schutzüberzug für Eisenröhren. Wenn hierin Zink als Metallüberzug verwendet wird, ist es typischerweise legiert mit von etwa 0,5% bis etwa 1,25% Aluminium nach Gewicht. Bestimmte unten beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiele werden andere Legierungen einsetzen. Eine Bezugnahme auf Zink als Metallüberzugsmaterial oder Galvanisierung in dieser Anmeldung soll die vorliegende Endung nicht auf Zink allein begrenzen, wenn es nicht gesondert erklärt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung schließt ein, die Oberseite eines Metallstreifens oder Bandstahls vor dem Formen mit einem Metallüberzug zu beschichten, wobei die Dicke des Metallüberzugs gesteuert wird, um einen Überzug mit einer Dicke zu bilden, die von einem Mittelteil des Streifens zu den Seitenkanten hin zunimmt. Um den dickeren Metallüberzug an den Seitenkanten des Streifens zu erreichen, kann der Streifen vor dem Aufbringen des Metallüberzugs über der Oberseite des Metallstreifens in eine sich nach unten öffnende bogenförmige Gestalt vorgeformt werden. Es wird sich jedoch verstehen, daß die Kanten frei von Überzug sein sollten, wenn die Kanten verschweißt werden. Folglich kann der Metallüberzug anschließend an das Galvanisieren durch Kantenaufbereiten entfernt werden, was einschließt, entweder die Kanten zu schlitzen oder den Überzug an den Kanten auf andere Weise zu entfernen. Wenn die Dicke des Metallüberzugs zu den Kanten hin zunimmt oder der Überzug eine ausreichende Dicke hat, kann es möglich sein, ohne erneutes Erhitzen anschließend an das Schweißen ein Aufschmelzen des Metallüberzugs über die Naht zu erreichen, insbesondere, wenn die Kanten in einer nicht oxidierenden Atmosphäre verschweißt werden. Es wird jedoch vorgezogen, einen Schritt des erneuten Erhitzens wenigstens eines unteren Teils der Röhre einzuschließen, um einen angemessenen Überzug der Nahtoberfläche zu erreichen.
Danach schließt das Verfahren ein, den Streifen zu einem röhrenförmigen Streifen oder einer Schlitzröhre mit einander gegenüberliegenden, benachbarten, mit Abstand angeordneten, nahezu aneinanderstoßenden Seitenkanten zu walzen und zu formen, die sich vorzugsweise in einem unteren Teil der Schlitzröhre befinden, oder die Röhre wird anschließend an das Schweißen, wie unten beschrieben, gedreht. Danach schließt das Verfahren ein, die benachbarten Kanten des Streifens zu erhitzen und integriert zu verschweißen, um eine Röhre zu formen, die vorzugsweise im unteren Teil der Röhre eine geschweißte Naht hat. Das am meisten bevorzugte Verfahren schließt ein, die einander gegenüberliegenden Seitenkanten des Streifens durch kontinuierliches Bewegen des Streifens durch eine Induktionsspule induktiv zu erhitzen und danach die Kanten mit Quetschwalzen warmzuschmieden, um eine integrierte Nahtröhre mit einer nach unten ausgerichteten geschweißten Naht zu formen.
Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Endung hierin ist es entscheidend, die geschweißte Naht während eines Schritts des erneuten Erhitzens, wenn der Metallüberzug an der Innenfläche der metallischen Nahtröhre schmilzt und nach unten zur Naht fließt, in einem unteren Teil der Nahtröhre anzuordnen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Endung wird ein auf der Innenfläche des röhrenförmigen Streifens angeordneter Metallüberzug angrenzend an die Naht aufgebaut, so daß der Metallüberzug während des Erhitzungsschritts schmilzt und nach unten über die Naht fließt, um die Naht zu bedecken. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel des Verfahrens dieser Erfindung wird Metallüberzugsmaterial während des Erhitzungsschritts auf die Innenfläche der geschweißten Naht gesprüht, wobei das Überzugsmaterial schmilzt und die Innenfläche der geschweißten Naht bedeckt. Die anderen Verfahrensschritte erfordern nicht, daß die mit Zwischenraum angeordneten Seitenkanten eines röhrenförmigen Streifens oder die geschweißte Naht in einer metallischen Nahtröhre in einem unteren Teil derselben angeordnet werden. Es ist jedoch vorzuziehen, die nahezu aneinanderstoßenden Kanten während der Schritte des Erhitzungs- und Schweißverfahrens und des Schmiedeverfahrens wesentlich nach unten auszurichten.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Verfahren dieser Erfindung einschließen, den Streifen auf eine herkömmliche Weise zu formen und zu schweißen, bei welcher der Bandstahl nach oben gewalzt wird und sich die Schweißung anfangs am Oberteil der Röhre oder nahe demselben befindet. Das Verfahren dieser Erfindung kann ebenfalls bei einer spiralförmig geschweißten Röhre angewendet werden, bei der die Röhre erneut erhitzt wird, wenn sich die Schweißung an der Unterseite der Röhre befindet. Das Verfahren schließt danach ein, die einander gegenüberliegenden Seitenkanten des Streifens durch kontinuierliches Bewegen des Streifens durch eine Induktionsspule induktiv zu erhitzen, wobei die nahezu aneinanderstoßenden Kanten allgemein nach oben ausgerichtet werden, und danach die Kanten mit Quetschwalzen warmzuschmieden, um eine integrierte Nahtröhre mit einer nach oben ausgerichteten geschweißten Naht zu formen. Danach wird die Röhre „umgedreht", um die geschweißte Naht vor dem Schritt des erneuten Erhitzens im unteren Teil der Röhre anzuordnen.
Das Verfahren dieser Endung kann danach einschließen, wenigstens einen unteren Teil der Röhre erneut auf die Schmelztemperatur des Metallüberzugs zu erhitzen, so daß der geschmolzene Metallüberzug nach unten fließt und die Naht überzieht. Der Metallüberzug auf der Innenfläche der Röhre fließt nach unten und sammelt sich über der Naht. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Schlitzröhre in einer wesentlich nicht oxidierenden Atmosphäre geschweißt, und die Nahtröhre wird in einer wesentlich nicht oxidierenden Atmosphäre erneut erhitzt, um zu bewirken, daß der Metallüberzug vor der Oxidation der geschmolzenen Naht nach unten über die Naht fließt. Dies wird bei dem offengelegten Ausführungsbeispiel erreicht werden durch Einschließen der Schweiß- und Wiedererhitzungsvorrichtungen in einem Gehäuse und Injizieren eines nicht oxidierenden Gases unter Druck in das Gehäuse, um eine nicht oxidierende Atmosphäre aufrechtzuerhalten. So, wie hierin verwendet, bezieht sich ein „nicht oxidierendes" Gas oder eine „nicht oxidierende" Atmosphäre auf ein Gas oder eine Atmosphäre, welche die Oxidation des geschmolzenen Metalls, wie beispielsweise der geschmolzenen oder halb geschmolzenen Kanten der Röhre oder des Überzugs, beseitigen, verhindern oder hemmen. Das nicht oxidierende Gas kann einschließen, was allgemein als eine reduzierende Atmosphäre umfassend betrachtet würde, in der das Gas mit in dem Metallstreifen bei den erhöhten Temperaturen des vorliegenden Verfahrens zu findenden Metalloxiden reagiert und dadurch in Vorbereitung auf das Aufschmelzen des Metallüberzugs wirksam Oxide aus dem Streifen entfernt. Das nicht oxidierende Gas kann jedoch die Metalloberfläche daran hindern, bei den erhöhten Temperaturen auf derselben Oxide zu bilden. Folglich kann das Gas oder die Atmosphäre verhältnismäßig inert sein, wie beispielsweise Stickstoff, kann aber ebenfalls ein reduzierendes Gas einschließen, wie beispielsweise Wasserstoff. Die für eine angemessene Reaktion mit den Oxiden erforderliche Wasserstoffmenge kann variieren. Wenn Wasserstoff enthalten ist, sollte jedoch der Prozentsatz an Wasserstoff verhältnismäßig niedrig sein (z. B. nicht höher als 10%), um eine mögliche Explosion zu vermeiden. Eine typische nicht oxidierende Atmosphäre kann folglich etwa 95% Stickstoff und 5% Wasserstoff enthalten. Die Atmosphäre in einem Gehäuse sollte dadurch am Erreichen eines chemischen Gleichgewichts gehindert werden, daß ein Entweichen des nicht oxidierenden Gases aus dem Gehäuse ermöglicht wird, vorzugsweise vorbei an dem durch die Streifenkanten gebildeten Scheitel.
Das Einleiten von Wasserstoff oder einem anderen Sauerstoff-Spülgas in der vorliegenden Erfindung verbessert das Verfahren durch das Beseitigen oder Verhindern einer Oxidbildung an der Röhrenoberfläche. In einem allgemeineren Sinn kann die beim vorliegenden Verfahren erreichte nicht oxidierende Atmosphäre jedoch als inert betrachtet werden. Da Stickstoff nicht vollkommen inert ist und bekannt ist, daß er in bestimmten Verfahren hierin Nitride bildet, kann ein Teil oder die Gesamtheit des Stickstoffgases durch Argon ersetzt werden, insbesondere bei denjenigen Verfahren, die das Beschichten der Außenfläche der geschweißten Metallröhre einschließen. Da Argon schwerer ist als Sauerstoff, ist Argon besonders nützlich bei Verfahren, die das Abdecken einer Innenfläche einer Röhre mit der Naht in einem unteren Teil der Röhre einschließen. Argon wird den Sauerstoff an der Naht verdrängen und eine Abdeckung aus einer nicht oxidierenden Atmosphäre an der Naht bilden.
Danach kann das Verfahren einschließen, überschüssiges Schweißnahtmaterial von der Außenfläche der geschweißten Metallröhre abzuflammen, um eine glatte Außenfläche bereitzustellen. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens dieser Erfindung schließt das doppelte Abflammen der Außenfläche der geschweißten Metallröhre in einem Bereich angrenzend an die geschweißte Naht ein. Der erste Abflammschritt umfaßt, die Nahtröhre über ein Abflammwerkzeug zu führen, während der Bereich angrenzend an die geschweißte Naht noch „rotglühend" ist. Danach wird die Röhre sofort abgeschreckt, um die Temperatur der geschweißten Naht auf eine Temperatur zu senken, bei der die Neigung zur Oxidation wesentlich gesenkt wird, z. B. niedriger als 148°C (300°F). Danach wird die Röhre über ein zweites Abflammwerkzeug geführt, das eine Drahtbürstenvorrichtung umfassen kann. Dieses Verfahren entfernt Oxide an der Außenfläche der Schweißung und fördert das Aufschmelzen des Metallüberzugs über die Nahtaußenfläche. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens wird vor dem Aufschmelzen des Metallüberzugs über die äußere Nahtoberfläche ein Flußmittel auf die Außenfläche der Naht genebelt oder gesprüht. Das Flußmittel kann das Entfernen von Oxiden an der Oberfläche unterstützen und dadurch das Aufschmelzen des Metallüberzugsmaterials über die Nahtaußenfläche verbessern.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens dieser Erfindung schließt ein, die geschweißte Metallröhre nach dem Schweißen und dem erneuten Erhitzen der Röhre in ein Galvanisierbad zu tauchen, das geschmolzenes Metall enthält, in dem die Außenfläche der Naht mit dem Metall beschichtet wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel umfassen die inneren und die äußeren Überzüge über der Naht Zink, und es wird ein einziger Galvanisierbehälter verwendet, um die Oberseite des Metallstreifens und die Außenfläche der Metallröhre zu beschichten. Ein anderes alternatives Ausführungsbeispiel eines Verfahrens dieser Erfindung schließt ein, die Oberseite des Metallstreifens mit einem Metall zu beschichten, das eine Schmelztemperatur wesentlich niedriger als die Schmelztemperatur des Metallstreifens, aber höher als die Schmelztemperatur des zum Beschichten der Außenfläche der Nahtröhre verwendeten Metallüberzugs hat. Zum Beispiel kann die Oberseite des Metallstreifens, die später die Innenfläche der Nahtröhren bildet, mit einer Zinklegierung beschichtet werden, und die Außenfläche der Nahtröhre kann durch Eintauchen der Nahtröhre in ein Galvanisierbad beschichtet werden, das nur geschmolzenes Zink enthält. Der äußere Zinküberzug fließt nach unten über die Außenfläche der Naht, der innere Überzug der Nahtröhre, z. B. eine Zn-Al-Legierung, wird während des Außenseitenbeschichtungsschritts dieses Verfahrens nicht beeinträchtigt, weil die Schmelztemperatur des inneren Überzugs größer ist als die Schmelzpunkttemperatur des Galvanisierbades (z. B. Zink).
Bei bestimmten Anwendungen kann es außerdem wünschenswert sein, der Innenfläche der Röhre ein Metallüberzugsmaterial hinzuzufügen, das Metallteilchen oder -pulver enthält, das danach ein Teil des Überzugs wird, wenn der Überzug geschmolzen und abwärts von der Schweißzone aufgeschmolzen wird. Das Metallpulver oder die -teilchen haben eine Schmelztemperatur wesentlich unterhalb der Schmelztemperatur des Röhrenmaterials und können in einem herkömmlichen Flußmittel suspendiert werden, das als Bindemittel dient. Das Metallüberzugsmaterial kann unter Verwendung einer Lanze aufgebracht werden, die durch die mit Zwischenraum angeordneten benachbarten Seitenkanten des röhrenförmigen Streifens und abwärts von der Schweißzone nach oben zu einer Düse vorsteht, die das Überzugsmaterial nach unten über die Naht sprüht. Das Überzugsmaterial kann ebenfalls in der Form eines Drahts, eines Bands oder einer Folie hinzugefügt werden. Das Metallüberzugsmaterial kann das gleiche sein wie der Metallüberzug auf der Innen- oder der Außenfläche der Röhre oder kann eine Legierung desselben umfassen. Wenn das Überzugsmaterial ein Flußmittel einschließt, wird die Röhre erneut erhitzt, und das Flußmittel reduziert alle Oxide an der Naht und verdampft. Das Metallpulver wird sich an der Naht oder angrenzend an dieselbe sammeln, wo es geschmolzen wird, wenn die Temperatur die Schmelztemperatur des Überzugsmetalls erreicht, um die Naht zu bedecken. Das Überzugsmaterial kann das Flußmittel ausschließen, insbesondere, wenn die Endanwendung für die geschweißte Metallröhre zum Beispiel ein wasserführendes Rohr ist. Das Überzugsmetallpulver kann durch die Lanze geschoben werden durch Blasen eines inerten oder nicht oxidierenden Gases durch die Lanze. Andere Verfahren zum Aufbringen von Überzugsmetall auf die Innenfläche der Nähte werden ebenfalls beschrieben. Vorzugsweise sollte eine nicht oxidierende Atmosphäre angrenzend an den Beschichtungsschritt aufrechterhalten werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens dieser Erfindung schließt das Bereitstellen eines Regelkreises ein, der eine Vielzahl von versetzten Heizspulen, ein Steuerungsmittel und ein Ultraschall-Meßsystem einschließt, das dazu beiträgt, einen glatten, gleichmäßigen Metallüberzug über der Innenfläche der Naht zu erhalten. Das Ultraschall-Meßsystem mißt die Dicke des Metallüberzugs über der Naht. Das Steuerungsmittel empfängt, sammelt und vergleicht die durch das Ultraschall-Meßsystem bereitgestellten Daten und steuert die durch die Heizspulen freigesetzte Wärme, um das Aufschmelzen des Metallüberzugs über die Naht zu regeln. Diese Steuerung ist besonders wichtig bei industriellen Anwendungen, bei denen die Geschwindigkeit des Bandes, die Röhrendicke und -zusammensetzung mit der Zeit variieren. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird an Stelle des Ultraschall-Meßsystems ein Temperatur-Meßsystem verwendet, um eine gewünschte Temperatur aufrechtzuerhalten und folglich dazu beizutragen, das Aufschmelzen des inneren Metallüberzugs zu steuern.
Andere Vorzüge und Leistungsmerkmale des fortlaufenden Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Endung werden vollständiger zu verstehen sein aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele, den Ansprüchen und den Zeichnungen, deren kurze Beschreibung folgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind ein schematisches Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines fortlaufenden Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Erfindung,
2 ist ein Querschnitt eines Metallstreifens anschließend an Vorform- und Galvanisierschritte in der Richtung der Ansichtspfeile 2-2 von 1A,
3 ist ein Querschnitt des Metallstreifens anschließend an einen Flachwalzschritt in der Richtung der Ansichtspfeile 3-3 von 1A ,
4 ist ein Querschnitt eines flachen Metallstreifens anschließend an einen Umkehrschritt in der Richtung der Ansichtspfeile 4-4 von 1A,
5 ist ein Querschnitt eines röhrenförmigen Streifens oder einer Schlitzröhre, geformt durch das Verfahren, in der Richtung der Ansichtspfeile 5-5 von 1A,
6 ist ein Querschnitt des Röhrenformschritts durch Quetschrollen, mit der geschweißten Naht an der Unterseite der Röhre, in der Richtung der Ansichtspfeile 6-6 von 1A ,
7 ist ein teilweiser Querschnitt der geschweißten Röhre anschließend an das Aufschmelzen des inneren Metallüberzugs über die Naht, in der Richtung der Ansichtspfeile 7-7 von 1B,
8 ist ein teilweises schematisches Diagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Schweiß- und des Beschichtungsschritts eines Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Erfindung illustriert,
8A ist ein teilweises schematisches Diagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Beschichtungsschritts eines Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Erfindung illustriert,
9 ist ein Querschnitt der geschweißten Röhre während eines Beschichtungsschritts des Verfahrens, in der Richtung der Ansichtspfeile 9-9 von 8,
10 ist ein teilweises schematisches Diagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Beschichtungsschritts eines Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Endung illustriert,
11 ist ein Querschnitt des Röhrenbeschichtungsschritts und der -vorrichtung von 10 in der Richtung der Ansichtspfeile 11-11,
12 ist ein teilweises schematisches Ablaufdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Beschichtungsschritts des Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Erfindung illustriert,
13 ist ein Querschnitt der Röhre von 12 in der Richtung der Ansichtspfeile 13-13,
14 ist ein teilweises schematisches Ablaufdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines doppelten Abflammschritts eines Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Erfindung illustriert,
15 ist ein teilweiser Endquerschnitt einer Seitenkante des Streifens anschließend an das Kantenaufbereiten,
16 ist ein teilweiser Endquerschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Seitenkante des Streifens anschließend an das Kantenaufbereiten,
17 ist ein teilweiser Endquerschnitt einer Nahtröhre, geformt aus einem Streifen, der wie in 15 gezeigt kantenaufbereitet wurde,
18 ist ein Querschnitt eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Formschritts eines Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens dieser Erfindung, und
19 ist ein teilweiser Endquerschnitt einer Seitenkante des Streifens anschließend an den Formschritt von 18.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
Wie im schematischen Ablaufdiagramm von 1A und 1B gezeigt und oben beschrieben, ist das Röhrenform- und -beschichtungsverfahren dieser Endung besonders, aber nicht ausschließlich, für die Verarbeitung von endlosen Längen von unbehandeltem Bandstahl oder Röhrenstreifen geeignet, wie sie beispielsweise normalerweise durch ein Durchlauf-Rohrwalzwerk verarbeitet werden. Obwohl das Verfahren allgemein in Bezug auf das Formen von beschichteten Eisenmetallröhren beschrieben wird, sollte es sich verstehen, daß das Verfahren auf Nichteisen-Metallröhren, einschließlich von Messing, zum Beispiel, angewendet werden kann. Hierin beschriebene Verbesserungen können mit vorbeschichtetem Streifen verwendet werden, bei dem vor dem Verarbeiten ein Metallüberzug auf eine oder beide Flächen des Streifens aufgebracht wird. Außerdem können die hierin beschriebenen Verbesserungen ebenfalls bei einem partieweisen oder diskontinuierlichen Verfahren angewendet werden, und die Röhre kann aus anderen Metallen oder Legierungen geformt werden. Das Verfahren dieser Endung wird jedoch in Bezug auf das in 1A und 1B offengelegte fortlaufende Verfahren beschrieben.
Ein Metallstreifen aus Röhrenstreifen, allgemein Bandstahl, 20 wird dem Rohrwalzwerk in Spulen 22 zugeführt, die an einer Ablaufhaspel 24 angebracht werden. Die Spule wird zum freien Drehen, wie es für ein Durchlauf-Rohrwalzwerk erforderlich ist, auf der Haspel 24 angebracht. Wie Fachleute auf dem Gebiet verstehen werden, wird der Streifen wesentlich mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit kontinuierlich durch das Walzwerk bearbeitet. Der Vorschub des flachen Streifens oder Bandstahls 20 durch das Walzwerk wird hauptsächlich durch einen Eingriff zwischen dem Streifen und den Form- und Kalibrierwalzen bewirkt, die sich mit einer verhältnismäßig gleichbleibenden Geschwindigkeit drehen. Folglich wird der Streifen 20 von der Ablaufhaspel 24 in das Walzwerk gezogen.
Da die Länge jeder Bandstahlspule 22 in einer verhältnismäßig kurzen Zeit durch das Walzwerk aufgenommen wird, müssen Mittel bereitgestellt werden, um das Ende einer Spule an die nächste zu spleißen, was an der Spleißstation 26 ausgeführt wird. In der Spleißstation 26 wird das Ende der gerade im Walzwerk bearbeiteten Spule abgeschert oder abgeschnitten, um ein rechtwinkliges Ende bereitzustellen, und das Ende wird danach an den Anfang der nächsten Spule geschweißt. Es wird ein herkömmlicher Speicher 28 in der Form einer Schleife des Streifens bereitgestellt, die eine ausreichende Länge hat, um den Streifen kontinuierlich dem Walzwerk zuzuführen, während das hintere Ende der Spule zum Abscheren und Schweißen unbeweglich gehalten wird. Die Schleife kann durch Zuführen des Streifens über eine Reihe von Walzen (nicht gezeigt) gebildet werden, die zum freien Drehen angebracht werden, wie es auf dem Gebiet gut bekannt ist. Wenn die Spleißung vollendet ist, wird der Streifen wieder über die Speicherwalzen abgespult für den nächsten Spleißvorgang, wenn die nächste Spule aufgebraucht ist.
Da die durch das Walzwerk aufgenommene Bandstahlspule normalerweise Öl einschließt und andere Verunreinigungen einschließen kann, ist es allgemein notwendig, den Streifen von dem Beschichten zu reinigen und aufzubereiten, was bei dem offengelegten Verfahren an der Reinigungsstation 30 ausgeführt wird. Bei einer typischen Anwendung wird der Streifen mit alkalischen Waschungen und dazwischenliegenden gründlichen Wasserspülungen gereinigt und aufbereitet. Bei dem offengelegten Verfahren wird der Streifen außerdem getrocknet. Der gereinigte Streifen ist nun bereit zum Beschichten oder Galvanisieren.
Falls gewünscht, kann der Streifen in einer Vorformstation 32 vorgeformt werden, die eine Vielzahl von Walzen 34 hat, die den Streifen in eine gewünschte Gestalt formen, wie beispielsweise eine bogenförnge Gestalt, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 3696503 von Krengel et al. beschrieben. Der Streifen wird durch eine Reihe von Formwalzen geformt, die eine Konfiguration und Zahl haben, ausreichend, um den Streifen in die gewünschte Gestalt zu formen, einschließlich von Walzen, die mit der oberen und der unteren Fläche des Streifens ineinandergreifen. Durch ein Formen des Streifens in eine bogenförnge Gestalt wird die Menge des Metallüberzugs, z. B. Zink, die an der Oberfläche haften wird, die sein, die notwendig ist, um einen Überzug zu erzielen, der fest an die Oberfläche des Streifens gebunden wird, wobei er eine gewünschte Dicke, gute Abdeckung und ein gutes Erscheinungsbild hat. Zum Beispiel wird der Überzug, wenn der Streifen in eine sich nach unten öffnende bogenförmige Gestalt vorgeformt wird, angrenzend an die Kanten dicker sein, was beim Verfahren dieser Erfindung vorteilhaft ist.
Bei einem offengelegten Ausführungsbeispiel schließt das Verfahren dieser Erfindung ein, nur eine Seite des Streifens zu beschichten, wobei sich die beschichtete Fläche beim Formen zu einer metallischen Schlitzröhre, wie unten beschrieben, auf der Innenfläche der Röhre befindet. Das Verfahren oder der Prozeß dieser Erfindung kann mit einem vorbeschichteten Streifen angewendet werden, bei dem eine oder beide Flächen des Streifens mit einem Metallüberzug beschichtet werden, der ein Metallüberzugsmaterial, z. B. Zink, umfaßt, das eine Schmelztemperatur hat, wesentlich niedriger als die Schmelztemperatur der Röhre, wie oben beschrieben. Wenn ein vorgalvanisierter Streifen verwendet wird, mag das Voraufbereiten, Reinigen und Bearbeiten des Streifens vor dem Schweißen nicht erforderlich sein. Wenn der vorgalvanisierte Streifen jedoch zum Beispiel geölt worden ist, um ihn vor Oxidation zu schützen, können Voraufbereiten und Reinigen doch erforderlich sein.
Danach kann der Streifen 20a durch den Metallüberzugs- oder Galvanisierbehälter 36 vorgeschoben werden, in dem geschmolzenes Zink oder ein anderes Metallüberzugsmaterial über die Oberseite des Streifens 20a aufgebracht wird. Der Streifen 20a kann ebenfalls auf eine herkömmliche Weise, wie zum Beispiel im oben erwähnten US-Patent von Krengel et al. beschrieben, in geschmolzenes Metall eingetaucht werden. Da jedoch die Außenseite der Röhre bei dem offengelegten Verfahren später beschichtet werden kann, ist es nicht notwendig, beide Seiten des Metallstreifens 20a zu beschichten. Da der Streifen 20a, wie oben beschrieben, in eine sich nach unten öffnende bogenförmige Gestalt geformt worden ist, fließt der Metallüberzug auf dem bogenförmig gestalteten Streifen nach unten zu den Seitenkanten des Streifens hin, so daß die Dicke des Metallüberzugs, wie in 2 gezeigt, vom Mittelabschnitt zu den Kanten hin zunimmt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hierin wird das geschmolzene Metall in dem Galvanisierbehälter 36 eine Legierung umfassen, die eine Schmelztemperatur wesentlich unterhalb der Schmelztemperatur des Metallstreifens 20, aber höher als die Schmelztemperatur des zum Beschichten der Außenseite der geschweißten Metallröhre verwendeten Metalls, hat. Die Legierung ist vorzugsweise eine zinkhaltige Legierung, nach bevorzugterweise eine Zink-Aluminium-Legierung. Eine geeignete Zinklegierung enthält von etwa 5% bis etwa 55% an Aluminium, nach Gewicht. Die handelsüblichen, unter den Handelsnamen Galvanum^TM und Galfan^TM verkauften, Zinklegierungen sind hierin verwendbar. Galvanum^TM enthält etwa 55% Aluminium, 45% Zink und andere Nebenbestandteile. Galfan^TM enthält etwa 95% Zink und etwa 5% Zink und kann Mischmetall enthalten. Im Galvanisierbehälter 36 wird der Metallüberzug 56 auf die Oberseite des Metallstreifens 20 aufgebracht, welche die Innenfläche der Schlitzröhre bilden wird. Dieser Metallüberzug wird die Innenfläche der Naht in der geschweißten Metallröhre überziehen, wenn die Röhre erneut erhitzt wird, um den Überzug über der Naht aufzuschmelzen. Bei einem späteren Schritt kann die geschweißte Metallröhre in einen zweiten Galvanisierbehälter eingetaucht werden, der ein Metall mit einer niedrigeren Schmelztemperatur enthält, das die Außenfläche der Röhre einschließlich der Naht überziehen wird. Durch das Beschichten der Innenfläche der Naht mit einem Metall mit einer höheren Schmelztemperatur kann die Außenfläche der Naht beschichtet werden, ohne den Überzug über der Innenfläche der Röhre einschließlich der Naht zu beeinträchtigen. Bei einem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel hierin umfaß die Metall-Legierung im Galvanisierbehälter 36 zum Beispiel eine Legierung aus Zink und Aluminium, z. B. Galvanum^TM, wohingegen das zum Beschichten der Außenseite der geschweißten Metallröhre verwendete Metall Zink umfassen kann.
Danach kann der Streifen 20a durch eine Flachbahnwalze 40 vorgeschoben werden, wo der Streifen zu einer wesentlich flachen Form profiliert wird. Dieses Abflachen wird als Vorbereitung auf das Formen des Metallstreifens zu einer Schlitzröhre, wie unten beschrieben, durchgeführt. Da der Streifen 20a später im Verfahren derart geformt werden kann, daß sich der Metallüberzug auf einer Innenfläche der Schlitzröhre befindet, wie unten beschrieben, ist es wünschenswert, den Metallstreifen 20a zuerst wieder in seine ursprüngliche Form, d. h., wesentlich flach, zurückzuformen. Nach dem Abflachen befindet sich der Metallüberzug 56 auf der oberen Fläche des Metallstreifens 20a, und der Überzug wird angrenzend an die Kanten des Streifens dicker sein, wie in 3 gezeigt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hierin werden der Metallstreifen 20a und der Überzug 56 zu einer Schlitzröhre geformt, die benachbarte oder nahezu aneinanderstoßende Seitenkanten hat, wobei der Metallüberzug auf der Innenseite des Metallstreifens und die offene Naht am Unterteil der Röhre liegt. Daher sollte der Metallstreifen 20a durch eine Umkehrstation 42 vorgeschoben werden, wo der Metallstreifen und der Überzug gewendet werden, was den Metallüberzug 56 unter dem Metallstreifen 20a anordnet, wie in 4 gezeigt. Vorrichtungen zum Wenden von Blechmaterial wie dem Streifen 20a sind auf dem Gebiet bekannt und umfassen allgemein eine Reihe von mit Zwischenraum angeordneten Walzen (nicht gezeigt), die den Streifen biegen, um die gegenüberliegenden Seiten des Streifens umzulegen. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Metallstreifen 20a beispielsweise durch Anordnen der abwärts gelegenen Stationen, d. h., der Stationen 44 und 58, unterhalb der Flachwalzstation 40 „umgekippt" werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können der Streifen und der Überzug mit der Naht im oberen Abschnitt der Röhre geformt und geschweißt und später „umgedreht" werden, um die Naht im unteren Abschnitt der Röhre anzuordnen, wie in unserem US-Patent Nr. 5474227 beschrieben. Bei diesem alternativen Verfahren wird der Metallstreifen 20a nicht durch eine Umkehrvorrichtung vorgeschoben, und der Überzug 56 wird auf der Oberseite des Metallstreifens 20a gelassen, wie weiter unten detaillierter beschrieben.
In einem herkömmlichen Walzwerk hat der Streifen 20, wie er auf der Haspel aufgenommen wird, eine Breite, die geringfügig größer ist als die zum Formen der Röhre erforderliche Breite, so daß auf jeder Seite des Streifens eine Kante verfügbar ist, um die Röhre richtig zu kalibrieren und um an den aneinanderstoßenden Kanten, welche die Naht der Röhre bilden, frisch geschnittenes Metall bereitzustellen. Die Seitenkanten des Streifens werden normalerweise mit Metall aus dem Galvanisierbehälter 36 beschichtet. Falls der Metallüberzug nicht von den Seitenkanten des Streifens 20a entfernt wird, kann der Metallüberzug während des Schweißens schmelzen und auf die Schweißung fließen. Dies kann bewirken, daß der Metallüberzug 56 verdampft und an der Schweißung Verunreinigungen ablagern kann, die verhindern können, daß der Metallüberzug bei einem späteren Schritt des erneuten Erhitzens über die Schweißung fließt und an der Schweißung haftet. Folglich ist es vorzuziehen, den Metallüberzug vor dem Schweißen von den Seitenkanten zu entfernen, insbesondere, wenn die Kanten der Schlitzröhre durch Induktionsschweißen verbunden werden. In der Kantenaufbereitungsstation 44, die zum Schneiden einer rechteckigen Kante verwendet werden kann, kann ein herkömmlicher Kantennachschneider oder -schlitzer verwendet werden. Bevorzugterweise kann, wie im oben erwähnten verwandten US-Patent 5344062 von Krengel et al. beschrieben, eine abgeschrägte Kante aufbereitet werden, um eine Aussparung für die geschmiedete Stauchung bereitzustellen und während des unten beschriebenen Schweißvorgangs einen guten Schweißkontakt zwischen den Kanten zu sichern. Dieses Kantennachschneiden entfernt Unreinheiten an der Oberfläche, um eine bessere Beschichtungsfläche für den Metallüberzug bereitzustellen, und stellt eine Mulde zum Aufnehmen von Überzugsmaterial bereit. Das Kantennachschneiden entfernt außerdem Überzugsmaterial angrenzend an die Seitenkante 48 und minimiert oder beseitigt dadurch das Abbrennen oder Verdampfen des Metallüberzugs 56 während des Schweißens und das Ablagern von Verunreinigungen von einem solchen Abbrennen oder Verdampfen an der Schweißung. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Überzugsmaterial 56 angrenzend an die Seitenkanten 48 entfernt werden, ohne eine wesentliche Menge an Streifenmaterial zu entfernen, z. B. durch Abkratzen des Metallüberzugs 56 von den Seitenkanten 48. Anschließend an die Kantenaufbereitung ist der Metallüberzug 56 von den Seitenkanten 48 des bogenförmigen Streifens entfernt worden, und der Metallüberzug 56 nimmt vorzugsweise vom Mittelabschnitt zu den Seitenkanten 48 hin in der Dicke zu.
15 illustriert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Seitenkante 48 des Streifens 20 anschließend an die Kantenaufbereitung an der Station 44 in 1A. Wie gezeigt, ist der Metallüberzug 56, wie im Phantombild gezeigt, von den Kanten 48 entfernt worden, um die Kanten des Metallstreifens 20 freizulegen. Bei dem in 15 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Seitenkante 48 wird die Innenkante 300 vorzugsweise, wie gezeigt, in einem Winkel a geschnitten, durch Entfernen eines dreieckigen Abschnitts 302 des Metallstreifens 20 und des Metallüberzugs 56a. Noch bevorzugterweise wird die Kante 300 bogenförmig geschnitten, um die Bildung eines dünneren Überzugs am Scheitel 303 zu verhindern. Das Ende oder die Kante 304 wird rechtwinklig zum Streifen geschnitten, und die Außenfläche 306 wird, wie gezeigt, freigelegt. So, wie hierin verwendet, bezieht sich „innen" auf diejenige Fläche des Streifens, welche die Innenfläche der Röhre bildet, und „außen" bezieht sich auf diejenige Fläche des Streifens, welche die Außenfläche der Röhre bildet.
Bei den offengelegten Ausführungsbeispielen wird der die Innen- und die Außenfläche des Streifens 20 bedeckende Metallüberzug 56 vorzugsweise entfernt, um den Stahlstreifen angrenzend an die Kanten 304 freizulegen oder bloßzulegen, so daß während des Schweißens weniger von dem Metallüberzug 56 abgebrannt oder verdampft wird und die Ablagerung von Verunreinigungen an der Schweißung minimiert oder beseitigt wird. Die Enden 304 sind vorzugsweise rechteckig und werden freigelegt, um eine gute Schweißung zu sichern. Schließlich werden die Innenflächen 300 angrenzend an die Enden 304 vorzugsweise geformt, so daß sie eine innere konkave Vertiefung oder Mulde in der Röhre zu definieren, die den Metallüberzug aufnimmt, wenn das geschmolzene Überzugsmetall, wie unten beschrieben, innerhalb der Röhre nach unten über die Schweißung oder Naht fließt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Außenkante beschnitten werden, um Verunreinigungen zu entfernen, die ein Fließen des Metallüberzugs über die Nahtoberfläche hemmen würden. Als Alternative dazu kann der Metallüberzug 56 vor dem Schweißen von den Seitenkanten des Streifens 20a abgekratzt werden. Wie oben beschrieben, kann der Streifen 20 flach sein oder in eine bogenförmige Gestalt 20a vorgeformt werden, wie in 2 gezeigt.
16 illustriert ein alternatives bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Seitenkante 448 des Streifens 20. Wie oben in Bezug auf 15 beschrieben, wird der die Innen- und die Außenfläche des Streifens 20 bedeckende Metallüberzug 456a vorzugsweise entfernt, um den Stahlstreifen angrenzend an die Enden 404 bloßzulegen, so daß während des Schweißens weniger von dem Überzug 456 abgebrannt oder verdampft wird. Bei dem in 16 gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch nimmt der Metallüberzug 456 zu den Kanten 448 hin in der Dicke zu, was in 16 etwas übertrieben gezeigt wird. Wie oben beschrieben, gewährleistet dies, daß beim Verfahren dieser Endung mehr Überzugsmetall über die geschweißte Naht aufschmilzt. Die gewünschte Gesamtdicke des Metallüberzugs wird im Phantombild bei 456b gezeigt. Ein Abschnitt 402 wird an der Kantenaufbereitungsstation 44 (1A) von dem Stahlstreifen entfernt, so daß die freigelegte Fläche 400 angrenzend an die geschweißte Naht eine Mulde oder eine konkave Vertiefung bildet, die geschmolzenes Überzugsmetall aufnimmt, wie oben beschrieben. Die Enden 404 sind vorzugsweise verhältnismäßig flach und allgemein quer zu der Innen- und der Außenfläche des Streifens 20, um eine gute Schweißung ohne Verteilung von Verunreinigungen an der Schweißung zu sichern, und die Außenfläche 406 wird freigelegt, um das Verdampfen des Metallüberzugs zu begrenzen, wie oben beschrieben.
17 illustriert die Röhre 20c angrenzend an die Naht 71 anschließend an das Schweißen. Das in 17 gezeigte Ausführungsbeispiel der geschweißten Röhre 20c wurde aus einem Streifen geformt, der angrenzend an die geschweißte Naht 71 abgeschrägte oder nach innen abgewinkelte Flächen 300 hat, wie oben in Bezug auf 15 beschrieben. Wie Fachleute auf dem Gebiet verstehen werden, führt das Schmieden der geschmolzenen Kanten 304 durch die Quetschwalzen 68 zu angestauchten Graten auf der Innen- und der Außenfläche der Röhre. Der Außengrat 312 wird durch ein Abflammwerkzeug 70 entfernt, der Innengrat 310 (in dieser Abbildung übertrieben) kann jedoch durch herkömmliche Mittel nicht abgeflammt oder entfernt werden. Wie oben beschrieben, kann die Höhe des Innengrats 310 durch Abschrägen der Innenfläche angrenzend an die Seitenkante, wie bei 300 in 15 gezeigt, oder durch Bereitstellen eines Abschnitts mit verringerter Dicke, wie bei 400 in 16 gezeigt, verringert werden. Außerdem leitet die abgeschrägte Fläche 300 das geschmolzene Metall des Überzugs 56 nach unten zum angestauchten Abschnitt 310 der Naht 71 und stellt eine saubere Oberfläche und einem Mulde zum Aufnehmen des geschmolzenen Metalls während eines Verfahrensschritts des erneuten Erhitzens bereit.
Anschließend an die Kantenaufbereitungsstation 44 kann der Streifen 20a in einer zweiten Vorformstation (nicht gezeigt) vorgeformt werden, die eine Vielzahl von Walzen hat, die den Streifen, wie beispielsweise im oben erwähnten US-Patent Nr. 3696503 von Krengel et al. beschrieben, und auf wesentlich die gleiche Weise, wie oben beschrieben in der ersten Vorformstation 32, in eine bogenförmige Gestalt formen. In dieser Vorformstation wird der Metallstreifen 20a in eine sich nach unten öffnende bogenförmige Gestalt geformt, wobei der Überzug unterhalb des Metallstreifens 20a liegt.
Wie in 5 gezeigt, wird der Metallstreifen 20a danach an der Formstation 58 in einen röhrenförmigen Streifen oder eine Schlitzröhre 20b mit benachbarten oder nahezu aneinanderstoßenden Seitenkanten 48 gewalzt. Der Metallstreifen wird fortschreitend in eine Schlitzröhre geformt, wenn er zwischen den Walzen 60 hindurchgeht. Die Walzen werden auf eine herkömmliche Weise drehbar auf vertikalen und horizontalen Achsen (nicht gezeigt) getragen. Beim bevorzugten Röhrenform- und -beschichtungsverfahren dieser Endung werden die Seitenkanten, wenn die Röhre geformt wird, nach unten und nach innen zueinander hin verformt oder gebogen, statt nach oben, wie in einem herkömmlichen Rohrwalzwerk. Die Seitenkanten 48 des Streifens werden danach am unteren Abschnitt der Schlitzröhre 20b in eine annähernde Stoßbeziehung gewalzt, jedoch werden die benachbarten Seitenkanten 48 mit einem geringen Zwischenraum angeordnet. Die Schlitzröhre 20b wird danach in der Röhrenschweißstation 62 aufgenommen, wo die Seitenkanten des Streifens, wie unten beschrieben, verschweißt werden.
Wie in 18 gezeigt, verwendet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Streifenformvorrichtung der vorliegenden Endung Formwalzen, um den Metallstreifen in einen röhrenförmigen Streifen zu formen, während angrenzend an die Seitenkanten des Streifens zusätzliches Überzugsmaterial hinzugefügt wird. Der Metallstreifen 20a wird in der Formstation 58 zwischen Formwalzen 59 und 61 hindurchgeführt. Die Walzen werden auf eine herkömmliche Weise drehbar auf horizontalen Achsen 63 getragen. Die Walzen 59 und 61 üben einen beträchtlichen Druck auf die gegenüberliegenden Seiten des Metallstreifens 20a aus, um den Metallstreifen 20a fortschreitend derart zu formen, daß die Seitenkanten 48 des Metallstreifens enger zusammengebracht werden, während eine Schlitzröhre oder ein röhrenförmiger Streifen geformt wird. Ein Band aus Überzugsmaterial 56b wird dem Metallstreifen 20a dadurch hinzugefügt, daß das Band zwischen einer Fläche des Streifens 20a und der Walze 59 oder 61 angeordnet wird. In 18 wird das Band 56b angrenzend an die Seitenkanten 48 des Streifens 20a zwischen der Walze 61 und dem Streifen 20a angeordnet. Der durch die Walzen 59 und 61 ausgeübte Druck preßt das Metallüberzugsmaterialband 56b angrenzend an eine Seitenkante 48 des Metallstreifens auf denselben.
19 illustriert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Seitenkante 48 des Streifens 20 während des Formens an der Station 58 in 18. Wie gezeigt, ist der Metallüberzug 56 von der Kante 48 entfernt worden, wie im Phantombild gezeigt, um die Seitenkante 304 des Metallstreifens 20a freizulegen. Die Innenkante 300 ist, wie gezeigt, beschnitten worden, wobei ein dreieckiger Abschnitt 302 des Metallstreifens 20a und des Metallüberzugs 56a entfernt worden sind. Das Ende oder die Kante 304 wird rechtwinklig zu diesem Streifen abgeschnitten. Der eine Fläche des Metallstreifens 20a bedeckende Metallüberzug ist entfernt worden, um den Stahlstreifen angrenzend an die Kanten 304 freizulegen, so daß während des Schweißens weniger von dem Metallüberzug 56 abgebrannt oder verdampft wird und die Ablagerung von Verunreinigungen an der Schweißung minimiert oder beseitigt wird. Zusätzliches Überzugsmaterial 56b in der Form eines Bandes ist hinzugefügt und auf das Überzugsmaterial 56 gepreßt worden. Das zusätzliche Metallüberzugsmaterial kann auf einer Seite (oder beiden) des Streifens angrenzend an die Seitenkanten 48 des Streifens hinzugefügt werden, wodurch angrenzend an die Nahtoberfläche auf der Innenseite oder der Außenseite der geschweißten Metallröhre zusätzliches Überzugsmaterial bereitgestellt wird. Das zusätzliche Überzugsmaterial 56b kann bei einem unten beschriebenen Schritt des erneuten Erhitzens aufgeschmolzen werden, was eine bessere Abdeckung der geschweißten Nahtoberfläche in der geschweißten Metallröhre gewährleistet.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Röhrenschweißvorrichtung dieser Erfindung verwendet Hochfrequenzinduktion zum Erhitzen der gegenüberliegenden Seitenkanten der Schlitzröhre 20b. Wie in 1A gezeigt, schließt die Induktionsschweißvorrichtung einen Heizinduktor 64 ein, der mit einer Quelle hochfrequenten Wechselstroms (nicht gezeigt) verbunden wird. Der Heizinduktor 64 erzeugt ein starkes Magnetfeld, das wiederum in der Schlitzröhre angrenzend an den Heizinduktor einen Strom induziert. Eine Impedanz 66 wird innerhalb der Schlitzröhre 20b angeordnet. Die Impedanz 66 schließt einen Stützen- oder Trägerabschnitt 76 ein, der zwischen den gegenüberliegenden benachbarten Seitenkanten 48 der Schlitzröhre 20b nach oben vorsteht. Eine herkömmliche Induktionsschweißimpedanz besteht aus einer nichtmetallischen Röhre, die einen oder mehrere Ferritstäbe umschließt. Wasser oder Maschinenkühlmittel wird über die Fenitstäbe und an denselben vorbei umgewälzt, um die durch die Ummagnetisierungsverluste erzeugte Wärme abzuleiten. Mit den zum Induktionsschweißen verwendeten Frequenzen (typischerweise 200 bis 800 kHz) fließt der Strom um die Röhre und längs des durch die sich annähernden Kanten des Streifens gebildeten „V" und erhitzt die Kanten auf eine Warmschmiedetemperatur, wodurch die Kanten wenigstens teilweise geschmolzen werden. Wie Fachleute auf dem Gebiet verstehen werden, wird eine Eisenröhre, typischerweise ein Erzeugnis mit starker Wand, bei niedrigeren Frequenzen bis hinab zu 60 kHz geschweißt. Je niedriger die Frequenz, desto breiter ist die erhitzte Zone der Röhre. Beim Verfahren dieser Erfindung ist es jedoch vorzuziehen, die über die Schmelztemperatur des Überzugs erhitzte Zone zu begrenzen, um den Überzug weniger zu reduzieren, insbesondere, wenn sich die Naht anfangs am Oberteil der Röhre befindet, wie unten bei einem alternativen Ausführungsbeispiel beschrieben. Danach werden die Kanten, wie in 6 gezeigt, durch Quetschwalzen 68 warmgeschmiedet und bilden eine integrale Naht 71. Vorzugsweise haben die Quetschwalzen 68 eine Kerbe 75 (der Klarheit wegen übertrieben), während des Schweißverfahrensschritts angrenzend an die geschweißte Naht 71 der Röhre 20c angeordnet, insbesondere, wenn die Röhre 20c einen äußeren Überzug auf derselben enthält, um zu verhindern, daß sich geschmolzenes Zink auf der Quetschwalze 68 ablagert. Wenn der Streifen aus Stahl ist, wird die Temperatur der Kanten etwa 1260°C (2300°F) oder mehr betragen. Die Nahtröhre 20c geht danach über ein Abflammwerkzeug 70, das den Grat 72 vom äußeren Abschnitt der Naht entfernt, wie in 1A gezeigt. Eine Stützwalze 74 greift mit der gegenüberliegenden Fläche der Röhre ineinander und wirkt dem Druck des Abflammwerkzeugs 70 entgegen.
Eine Röhrenschweißvorrichtung verwendet an Stelle der Induktionsschweißvorrichtung eine auf dem Gebiet bekannte Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißvorrichtung. Wechselstrom oder Gleichstrom wird an die gegenüberliegenden Seiten der Metallröhre angelegt und liefert angrenzend an die aneinanderstoßenden Kanten der Schlitzröhre eine entgegengesetzte Polarität, wodurch die Kanten auf eine Warmschmiedetemperatur erhitzt werden, bei der die Kanten wenigstens teilweise geschmolzen werden. Die Verwendung einer solchen Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißtechnik beseitigt die Erfordernis einer Impedanz innerhalb der Röhre. Dies stellt mehr Raum in der Röhre bereit, wodurch es leichter gemacht wird, andere Schritte in der Röhre auszuführen, z. B. zusätzliches Überzugsmaterial abzulegen, um die Innenfläche der Röhre zu beschichten, wie unten beschrieben. Bei einer Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißvorrichtung können die Seitenkanten 48 durch Quetschwalzen 68 wesentlich näher zu der Stelle, an der die Seitenkanten auf eine Schmiedetemperatur erhitzt werden, warmgeschmiedet werden als in der oben beschriebenen Induktionsschweißvorrichtung. Folglich ist das Aufrechterhalten einer nicht oxidierenden Atmosphäre angrenzend an die Schweißzone, wie unten beschrieben, in einer Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißvorrichtung leichter auszuführen.
Bei einem bevorzugten Röhrenform- und -beschichtungsverfahren dieser Erfindung werden die Kanten der Schlitzröhre in einer nicht oxidierenden Atmosphäre geschweißt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Röhrenschweißstation 62 in 1A wird die Schweißvorrichtung innerhalb eines Gehäuses 78 eingeschlossen. Das Gehäuse 78 kann eine einfache Umhüllung umfassen, durch welche die Röhre 20b aufgenommen wird und bei der wenigstens die Innenseite und vorzugsweise die Außenseite der Metallröhre 20b in einer nicht oxidierenden Atmosphäre gehalten werden. Jedoch wird die Schlitzröhre 20b vorzugsweise durch eine Gasdichtung 82, wie beispielsweise im oben erwähnten verwandten US-Patent Nr. 5344062 von Krengel et al. beschrieben, in dem Gehäuse aufgenommen. Der Hauptzweck des Durchführens des Schritts des Erhitzens und Schweißens in einem Gehäuse, das eine nicht oxidierende Atmosphäre enthält, ist der Schutz der Innenfläche der Nahtröhre, insbesondere der Innenfläche der Naht, gegen Oxidation. Eine solche Oxidation kann den Metallüberzug daran hindern, über die geschweißte Nahtoberfläche aufzuschmelzen. Durch das Bereitstellen einer nicht oxidierenden Atmosphäre sollte das nicht oxidierende Gas den Schweißbereich mit einem nicht oxidierenden Gas abdecken. Bei demjenigen Verfahren, bei dem sich die Naht in einem unteren Abschnitt der Röhre befindet, umfaßt das nicht oxidierende Gas vorzugsweise ein Gas, das schwerer ist als Sauerstoff, z. B. Argon. Da sich die Schweißung in einem unteren Abschnitt der Röhre befindet, wird der Schritt des Einleitens von Argon in den Schweißbereich bewirken, daß das Argon das im Schweißbereich vorhandene oxidierende Gas verdrängt und den Schweißbereich in einer nicht oxidierenden Atmosphäre abdeckt.
So, wie hierin verwendet, bezieht sich ein „nicht oxidierendes" Gas oder eine „nicht oxidierende" Atmosphäre auf ein Gas oder eine Atmosphäre, welche die Oxidation des Metallstreifens beseitigen, verhindern und/oder hemmen, einschließlich dessen, was allgemein als eine inerte Atmosphäre (z. B. Stickstoff) oder eine reduzierende Atmosphäre (z. B. Wasserstoff) umfassend betrachtet würde, wie oben offengelegt.
Die Gasdichtung 82 schließt einen inneren Stopfen ein, der aus einem reibungsbeständigen warmausgehärteten Kunststoff, wie beispielsweise verstärktem Nylon, oder einer Keramik hergestellt werden kann, der in der Schlitzröhre 20b aufgenommen wird. Der Körperabschnitt des Stopfens ist allgemein zylindrisch und hat einen Durchmesser, der annähernd dem Innendurchmesser der Schlitzröhre gleich ist, um so dicht innerhalb der Röhre aufgenommen zu werden. Der Stopfen schließt einen verhältnismäßig dünnen radialen Stützabschnitt ein, der zwischen den Kanten der Schlitzröhre aufgenommen wird. Eine Gasöffnung 86 verläuft durch den Stützabschnitt in den Stopfenkörperabschnitt und hat einen Auslaß, der ein nicht oxidierendes Gas in die Schlitzröhre injiziert. Eine Leitung 92 verbindet eine Quelle eines nicht oxidierenden Gases 94 mit dem Einlaß im Stützabschnitt der Gasdichtung 82. Eine Faser-, Keramik- oder Kunststoff-Außendichtung nimmt die Außenfläche der Schlitzröhre 20b dicht auf und stellt eine Dichtung für die Schlitzröhre bereit, wenn sie in die nicht oxidierende Atmosphäre im Gehäuse 78 eintritt. Nicht oxidierendes Gas wird ebenfalls durch eine Leitung 98 in das Gehäuse 78 injiziert. Nicht oxidierendes Gas wird ebenfalls durch eine Leitung 104, die mit dem Träger 76 der Impedanz verbunden wird, in die Impedanz injiziert. Bei dem offengelegten Ausführungsbeispiel wird die Röhre vor der Aufnahme in dem nicht oxidierenden Gehäuse 78 durch ein Luftgebläse 106 getrocknet und gereinigt, das warme Luft in die Schlitzröhre 20b bläst. Das Gebläse trocknet die Röhre und bläst durch die mit Zwischenraum angeordneten Seitenkanten 48 kleine Trümmer aus der Röhre. Die Nahtröhre 20c verläßt danach durch eine Dichtung 112, die eine Gasdichtung wie unten beschrieben sein kann, die Kammer 78 mit einer nicht oxidierenden Atmosphäre. Ein zylindrischer Stopfen 117 wird durch ein Halteseil 119 am Ende der Impedanz 66 befestigt. Der Stopfen 117 verringert oder minimiert das Entweichen von nicht oxidierendem Gas aus dem Innern der Nahtröhre. Bei Verfahren unter Verwendung einer Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißvorrichtung muß der Stopfen 117 durch das Halteseil 119 an einem innerhalb der Schlitzröhre 20b aufgehängten Träger befestigt werden. Ein Grat 72 wird danach durch Führen der Röhre 20c über das Abflammwerkzeug 70 abgeflammt.
Bei einem alternativen durchlaufenden Röhrenform- und -beschichtungsverfahren geht der Metallstreifen 20a nicht durch die Umkehrstation 42, wodurch der Überzug 56 auf der Oberseite des Streifens 20a gelassen wird. In der Formstation 58 werden die Seitenkanten des Streifens, wenn die Röhre geformt wird, nach oben und nach innen zueinander hin verformt oder gebogen, wie in einem herkömmlichen Rohrwalzwerk. Danach werden die Seitenkanten des Streifens in eine annähernde Stoßbeziehung am oberen Abschnitt der Schlitzröhre 20b gewalzt, wobei ein Metallüberzug 56 auf der Innenseite der Schlitzröhre liegt und die benachbarten Seitenkanten 48 mit geringem Zwischenraum angeordnet werden. Danach wird die Schlitzröhre 20b in der Röhrenschweißstation 62 aufgenommen, wo die Seitenkanten des Streifens, wie oben beschrieben, verschweißt werden, mit der Naht in einem oberen Abschnitt der Röhre. Bei dem alternativen durchlaufenden Verfahren dieser Erfindung wird die Röhre 20c dann anschließend an das Schweißen spiralig gedreht, um die geschweißte Naht 71 im unteren Abschnitt der Röhre anzuordnen, wie beispielsweise in unserem verwandten US-Patent Nr. 5474227 beschrieben. Anschließend an diesen Drehungsschritt wird sich die Naht in einem unteren Abschnitt der Röhre befinden. Es sollte daher offensichtlich sein, daß das Anordnen dieser Naht in einem unteren Abschnitt der Röhre während des Vorgangs des Aufschmelzens des Metallüberzugs über die Nahtoberfläche wichtig ist, aber nicht entscheidend während des Schweißvorgangs, selbst wenn das bevorzugt wird.
Wie oben beschrieben, wird der Metallüberzug 56 angrenzend an die gegenüberliegenden Seitenkanten der Röhre in der Schweißzone durch die von dem Heizinduktor 64 induzierte Schmiedetemperatur schmelzen oder abbrennen. Folglich sollte der Überzug 56 angrenzend an die Kanten entfernt werden, um ein Abbrennen des Überzugs an der Schweißung oder angrenzend an dieselbe zu minimieren und das Verteilen von Verunreinigungen an der geschweißten Naht zu minimieren. Außerdem ist die Schweißnaht 71 verhältnismäßig rauh und daher schwer zu beschichten. Wenn die Röhre nach dem Schweißen galvanisiert wird, wird der Metallüberzug dazu neigen, sich von der Naht abzuziehen, wenn die Röhre aus dem Galvanisierbad auftaucht, weil sich die Naht normalerweise an der Oberseite der Röhre befindet. Bei einem Ausführungsbeispiel des Röhrenform- und -beschichtungsverfahrens der vorliegenden Endung werden die nahezu aneinanderstoßenden Kanten 48 nahe dem Unterteil der Röhre angeordnet, wenn die Kanten verschweißt werden, wie in 5 gezeigt, so daß das Zink oder der andere Überzug, durch den Schweißvorgang geschmolzen, nach unten über die Naht fließen und die Naht erneut mit geschmolzenem Zink beschichten wird. Wenn die Dicke der Zinküberzugs 56 angrenzend an die Naht aufgebaut wird, oder wenn der Überzug eine ausreichende Dicke hat, kann das Zink oder der andere Überzug, im Schweißvorgang geschmolzen, ausreichend sein, um die Naht ohne erneutes Erhitzen vollständig erneut zu beschichten, in Abhängigkeit von der Dicke des Überzugs, dem Durchmesser der Röhre und der Geschwindigkeit des Bandes. Bei den meisten Anwendungen wird es jedoch notwendig sein, den Metallüberzug erneut zu schmelzen, um zu bewirken, daß der Metallüberzug nach unten über die Naht fließt und die Naht bedeckt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann, wie unten beschrieben, auf einen unteren Abschnitt der Innenfläche der Röhre 20c zusätzliches Überzugsmaterial aufgebracht werden, um über der Naht einen besseren Überzug zu erreichen.
Anschließend an das Schweißen tritt die geschweißte Röhre 20c in eine Reinigungsstation 84 ein, wo die Außenfläche der geschweißten Röhre 20c anschließend an das Abflammen gereinigt wird. Bei einer typischen Anwendung wird die Außenfläche der geschweißten Naht zuerst mit einer rotierenden Drahtbürste gereinigt und aufgerauht, um Zunder zu entfernen, danach mit Salzsäure gereinigt, die weiter jedes Oxid entfernt, danach gründlich gespült. Die Innenfläche der geschweißten Röhre 20c bleibt während dieses Verfahrensschritts in einer nicht oxidierenden Atmosphäre.
Ein bevorzugtes alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung hierin umfaßt das Führen der geschweißten Nahtröhre durch einen Abflammvorgang nach dem Beschichten der Röhre, was Oxide an der Außenfläche der Naht entfernt, wie in 14 gezeigt. Die Nahtröhre 20c verläßt die Schweißstation 62, während die Schweißung 71 in der Nahtröhre 20c noch heiß ist, d. h., heißer als etwa 593°C (1100°F), durch die Gasdichtung 112. Danach geht die Nahtröhre 20c über ein Abflammwerkzeug 70, das einen wesentlichen Teil des Grats 72 von dem Außenabschnitt der Naht entfernt. Eine Stützwalze 74 greift mit der gegenüberliegenden Fläche der Röhre ineinander und wirkt dem Druck des Abflammwerkzeugs 70 entgegen. Da die Außenfläche der Naht 71 noch heiß ist und sich in der Atmosphäre befindet (d. h., nicht mehr in einer nicht oxidierenden Atmosphäre), wird die Außenfläche der Naht oxidieren. Anschließend an diesen Abflammschritt wird die Röhre in einer Abschreckstation 80 sofort auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die Oxidation der Außenfläche der Naht 71 minimiert wird, d. h., weniger als etwa 149°C (300°F). Obwohl die Neigung der äußeren Nahtoberfläche zum Oxidieren bei diesen Temperaturen sehr verringert wird, kann eine dicke Schicht der äußeren Nahtoberfläche Oxide enthalten, die ein richtiges Aufschmelzen des äußeren Metallüberzugs über die Außenfläche der Naht 71 verhindern werden. Daher wird die geschweißte Metallröhre 20c über eine zweite Abflammvorrichtung geführt, die diese dünne oxidierte Schicht entfernt. Wie in 14 gezeigt, ist die zweite Abflammvorrichtung eine Drahtbürste 182, die sich gegen den Uhrzeigersinn gegen die Richtung der sich fortlaufend bewegenden Röhre 20c dreht. Dieser „kalte" Abflammverfahrensschritt schließt alternativ jeden Vorgang ein, der diejenige Außenschicht der Nahtoberfläche entfernen wird, die Oxide enthält, einschließlich von Abflammen, Schleifen, Drahtbürsten und Schmirgeln.
Bei einem anderen alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nach dem „kalten" Abflammschritt ein Flußmittel auf die Außenfläche der Naht gesprüht. Wie in 14 gezeigt, wird eine Sprühdüse 187 auf die Außenfläche der geschweißten Metallröhre 20c gerichtet, wo die äußere Nahtoberfläche durchgeht. Die Düse 187 wird mit einer Quelle eines Flußmittels 185 verbunden, das vorzugsweise Kaliumsalze von Fluor oder Bor enthält, erhältlich z. B. von der Crown Alloys und verkauft unter dem Handelsnamen „SIL45White". Das Flußmittel wird auf die äußere Schweißfläche gesprüht oder genebelt, z. B. durch Blasen eines nicht oxidierenden Gases über das flüssige Flußmittel und Erzeugen eines feinen Sprays oder Nebels, der über den Schweißbereich auf der Außenfläche der Röhre gesprüht wird. Das Flußmittel reduziert alle Oxide an der äußeren Schweißfläche, wodurch eine Oberfläche bereitgestellt wird, die während eines Aufschmelz- oder Galvanisierschritts den Metallüberzug über der Außenfläche der Naht 71 leicht aufnehmen wird.
Beim Verfahren dieser Erfindung wird danach ein unterer Abschnitt der Röhre 20c erneut auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Metallüberzugs, aber wesentlich unterhalb der Schmelztemperatur der Röhre, erhitzt, und der Metallüberzug schmilzt und überzieht die Naht. Wenn der Metallüberzug eine Zinklegierung umfaßt, die nicht weniger als etwa 99% Zink enthält, beträgt die Temperatur des unteren Abschnitts der Röhre vorzugsweise von etwa 440°C (825°F) bis etwa 468°C (875°F). Bei dem offengelegten Ausführungsbeispiel des Verfahrens dieser Erfindung wird gegenüber dem unteren Abschnitt der Röhre eine Induktionsspule 110 angeordnet, die den unteren Abschnitt der Röhre 20c erhitzt und dadurch einen Teil des Metallüberzugs schmilzt. Da sich die Naht im unteren Abschnitt der Röhre befindet, fließt das geschmolzene Zink oder andere Metall nach unten zur Naht hin. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Metallüberzug 56 an Punkten angrenzend an die Innenfläche der Naht 71 aufgebaut. Wenn der untere Abschnitt der Röhre erhitzt wird, schmilzt der Metallüberzug 56, fließt nach unten und sammelt sich am Unterteil der Röhre, wobei er die Naht 71 mit einem schützenden Metallüberzug 56a beschichtet, wie in 7 gezeigt. Bei einem bevorzugten alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird zusätzliches Überzugsmaterial auf die Innenfläche der Naht 71 aufgebracht, wie weiter unten beschrieben. Die Induktionsspule 110 wird vorzugsweise innerhalb eines Gehäuses 88 angeordnet, so daß die Röhre während des erneuten Erhitzens innerhalb einer nicht oxidierenden Atmosphäre gehalten wird, um vor dem Beschichten der Schweißung eine Oxidation der freigelegten Oberflächen der Schweißung zu vermeiden. Die Innenfläche der Röhre ist in einer nicht oxidierenden Atmosphäre geblieben, wobei der Stopfen 117 das nicht oxidierende Gas in der Röhre hält und verhindert, daß oxidierende Gase in die Röhre eintreten. Das Gehäuse 88 mag nicht mehr sein als eine Manschette, welche die Röhre im erhitzten Bereich umschließt. In einem solchen Fall kann die Induktionsspule 110 außerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Wie zu verstehen ist, kann die Naht 71 vorzugsweise nahe dem Unterteil der Röhre angeordnet werden, insbesondere, wenn nur die Innenseite der Röhre beschichtet ist, so daß der Metallüberzug 56 über die Schweißung „puddelt". Jedoch kann die Naht irgendwo im unteren Abschnitt der Röhre angeordnet werden, vorausgesetzt, die Induktionsspule 110 wird angrenzend an die Naht angeordnet. Bevorzugterweise wird die Naht im unteren Drittel der Röhre angeordnet. Wenn die Naht mit Zwischenraum zum Unterteil der Röhre angeordnet wird, wird der geschmolzene Metallüberzug über die Naht fließen, was vorteilhaft ist.
So wie hierin verwendet, kann erneutes Erhitzen umfassen, die Temperatur der geschweißten Röhre 20c aufrechtzuerhalten, die Temperatur der geschweißten Röhre auf etwa die Schmelztemperatur des Überzugs zu bringen, oder kann bevorzugterweise einschließen, einen unteren Abschnitt der Röhre zusätzlich auf eine Temperatur um die Schmelztemperatur des Metallüberzugs, der vorzugsweise Zink oder eine Zinklegierung ist, oder oberhalb derselben zu bringen. Die Röhrennaht 71 kann zwischen dem Schweißverfahrensschritt und dem Verfahrensschritt des erneuten Erhitzens der vorliegenden Erfindung auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metallüberzugs abgekühlt werden. Daher kann das erneute Erhitzen umfassen, einen unteren Abschnitt der Röhre von einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metallüberzugs auf eine Temperatur um die Schmelztemperatur des Metallüberzugs oder oberhalb derselben zu erhitzen. In Abhängigkeit vom Durchmesser der Röhre und der Geschwindigkeit des Bandes mag kein weiteres Erhitzen erforderlich sein, um zu bewirken, daß der Metallüberzug über die Naht fließt. Als Alternative dazu kann ermöglicht werden, daß sich die Röhre von der Schweißtemperatur abkühlt und sie danach durch eine parallele Induktionsspule bei etwa der Schmelztemperatur des Metallüberzugs gehalten werden. Da der Schweißverfahrensschritt der vorliegenden Endung einen großen Teil der Wärme in einem festgelegten Bereich um die geschweißte Naht konzentriert, wird diese Wärme allgemein durch das Röhrenmaterial von der geschweißten Naht 71 weg abgegeben. Folglich kann das erneute Erhitzen einschließen, das Abgeben der Wärme durch das Röhrenmaterial zu ermöglichen, wodurch der untere Abschnitt der Röhre auf etwa die Schmelztemperatur eines Überzugsmaterials oder darüber gebracht wird.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Abschnitt der Röhre, der die Naht 71 enthält, abgeflacht, und danach wird dieser Abschnitt der Röhre 20c, mit der Naht 71 in einem unteren Abschnitt der Röhre, erneut auf etwa die Schmelztemperatur des Metallüberzugs 56 erhitzt. Die Röhre 20c schließt einen abgeflachten unteren Abschnitt mit einer Naht 71 und einen abgerundeten oberen Abschnitt ein. Ein unterer Abschnitt der Röhre 20c hat einen Krümmungsradius, der wesentlich größer ist als der Krümmungsradius des oberen Abschnitts der Röhre. Vorzugsweise beträgt der Krümmungsradius des unteren Abschnitts wenigstens das Fünffache des Krümmungsradius' des oberen Abschnitts der Röhre 20c. Der abgeflachte untere Abschnitt der Röhre wird beim erneuten Erhitzen in dem oben beschriebenen Beschichtungsverfahrensschritt einen leichteren Fluß des geschmolzenen Überzugsmaterials 56 über die Innenfläche der geschweißten Naht 71 gewährleisten. Das Abflachen des Röhrenmaterials 20 kann in der Formstation 58 ausgeführt werden derart, daß der röhrenförmige Streifen 20b mit abgeflachten Abschnitten angrenzend an die Seitenkanten 48 der Röhre 20b geformt wird. Danach wird die Röhre entsprechend dem oben beschriebenen Schweißverfahrensschritt geschweißt. Als Alternative dazu kann die abgeflachte Röhre auf eine herkömmliche Weise in einer Formstation anschließend an das Abflammwerkzeug 70 vor der Reinigungsstation 84 geformt werden. Die Röhre wird in der Kalibrierstation 118 umgeformt, um eine Röhre bereitzustellen, die wesentlich rund ist.
Wie in 8 und 9 gezeigt, schließt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Lanze 77 ein, die Metallüberzugsmaterial auf die Innenfläche der Naht aufbringt, vorzugsweise an einem Punkt, an dem wenigstens ein unterer Abschnitt der Röhre auf die Schmelztemperatur des Metallüberzugs erhitzt wird. Wie oben beschrieben, kann der Metallüberzug 56, wenn der Metallstreifen 20a an der Galvanisierstation 36 in 1A beschichtet worden ist, auf Grund der in den nahezu aneinanderstoßenden Kanten der Schlitzröhre induzierten extremen Temperaturen während des Schweißens an der Schweißzone abbrennen. Als Alternative dazu kann der Überzug 56 in der Kantenaufbereitungsstation 44, wie oben beschrieben, angrenzend an die Seitenkanten 48 des Metallstreifens 20 entfernt worden sein. Es mag unzureichend Überzug vorhanden sein, um die Innenfläche der Naht 71 während des erneuten Erhitzens des unteren Abschnitts der Röhre vollständig zu bedecken. Es kann wichtig sein, daß die Innenflächen entfernt von der geschweißten Naht keinen Mangel an Metallüberzug haben, um eine Oxidation, Korrosion oder Beschädigung dieser Röhrenflächen zu vermeiden. Daher wird eine Lanze 77 bereitgestellt, die zwischen den gegenüberliegenden Kanten der Schlitzröhre 20b nach oben verläuft, danach über die Impedanz 66 zu einer Düse 73, die vorzugsweise nach unten vorsteht, um ein Metallüberzugsmaterial über der Naht aufzubringen, die im unteren Abschnitt der Röhre angeordnet wird. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel verläuft die Lanze durch die Impedanz 66. Die Lanze 77 wird vorzugsweise mit einer Quelle 74 eines Überzugsmaterials unter pneumatischem Druck verbunden.
Das Überzugsmaterial umfaßt vorzugsweise ultrafeine Teilchen oder ein Pulver des Überzugsmetalls, einschließlich pulverisierten Zinks oder pulverisierter Zinklegierung. Das Metallüberzugsmaterial kann das gleiche Metall sein wie der Metallüberzug 56 oder kann eine Legierung des Metallüberzugs 56 sein. Da bestimmte Überzugsmetalle in pulverisierter Form explosiv sein können (z. B. Aluminiumpulver), kann das Überzugsmaterial in anderen Formen aufgebracht werden, wie beispielsweise als geschmolzenes Metall, Metallband, Folie oder Draht. Das Metallüberzugsmaterial kann ein Flußmittel (z. B. nicht mehr als 2% oder weniger Flußmittel) enthalten oder kann in Flußmittel suspendiert werden. Das Flußmittel kann in fester oder flüssiger Form sein. Ein geeignetes Flußmittel für ein Zonenüberzugsmaterial wird durch die Engelhard Corporation aus Plainville, Massachusetts, unter dem Handelsnamen „Ultra-Flux" hergestellt und verkauft und ist eine Paste auf Wasserbasis, die Kaliumsalze von Fluor und Bor enthält. Das Flußmittelmaterial kann wenigstens etwa 2 : 1 mit Wasser verdünnt werden, um eine ausreichend niedrige Viskosität zu erreichen, um das Überzugsmaterial als Spray aufzubringen. Das Überzugsmaterial kann das Flußmittel ausschließen und kann aufgebracht werden durch Blasen eines nicht oxidierenden Gases, das pulverisiertes Überzugsmetall enthält, durch die Lanze 77 über die Naht 71. Das Metallüberzugsmaterial, vorzugsweise eine Zn-Al-Legierung, umfaßt, wenn es mit einem Flußmittel aufgebracht wird, wenigstens etwa 90%, nach Gewicht, des Überzugsmaterials. Das Flußmittel im Überzugsmaterial reduziert und beseitigt chemisch Oxide an der Naht und bildet eine Abdeckung, die verhindert, daß sich weitere Oxide an der Naht bilden.
Das Überzugsmaterial kann aufgebracht werden, wenn wenigstens der untere Abschnitt der geschweißten Röhre durch die Induktionsspulen 110 erhitzt wird, um den Metallüberzug 56 aufzuschmelzen. Zur leichteren Bezugnahme wird die Lanze 77 in 8 über den Spulen 110 gezeigt. Es ist jedoch zu erwarten, daß durch die Spulen erzeugte Flußlinien es schwer machen, das Überzugsmaterial über den Induktionsspulen 110 aufzubringen. Daher schließt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Endung ein, das Metallüberzugsmaterial nach dem erneuten Erhitzen der Röhre 20c, abwärts von den Induktionsspulen, aufzubringen. Das meiste von dem Flußmittel (wenn vorhanden) wird an der Naht 71 abbrennen und ermöglichen, daß die Zn-Al-Teilchen im Überzugsmaterial schmelzen und die Naht sättigen und sich mit derselben verbinden, wodurch ein glatter anhaftender Überzug über der Innenfläche der Naht 71 gebildet wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, bei dem sich die Naht in einem oberen Abschnitt der Röhre befindet, kann eine Lanze oberhalb der Röhre angeordnet werden und das Metallüberzugsmaterial an einer Stelle, an der die Außenfläche der Naht hindurchgeht, nach unten über die Außenfläche der Röhre sprühen. Ein ähnlicher Metallüberzug, wie oben für die Innenfläche der Röhre beschrieben und bereitgestellt, wird für die äußere Nahtoberfläche bereitgestellt. Das Überzugsmaterial kann ebenfalls nach oben auf die äußere Nahtoberfläche in einem unteren Abschnitt der geschweißten Röhre gespritzt werden, wie unten beschrieben.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schließt der Verfahrensschritt des Aufbringens eines Überzugsmaterials auf die Innenfläche der Naht ein, einen Draht, ein Band oder eine Folie, die ein Überzugsmetall enthalten, an einem Punkt aufzulegen, an dem wenigstens der untere Abschnitt der Röhre auf mehr als die Schmelztemperatur des Überzugsmetalls erhitzt wird. Der Draht wird teilweise schmelzen und an der Innenfläche der Naht anhaften und sich zusammen mit der Röhre bewegen, wodurch zusätzliches Material durch die mit Zwischenraum angeordneten Seitenkanten der Röhre hinein- und mit der Röhre weitergezogen wird. Das Überzugsmetall wird schmelzen, um die Innenfläche der Naht zu sättigen und sich mit derselben zu verbinden, wodurch ein glatter Überzug über der Innenfläche der Naht 71 gebildet wird.
Bei jedem der oben beschriebenen alternativen Ausführungsbeispiele, die das Hinzufügen eines Metallüberzugsmaterials umfassen, wird das Metallüberzugsmaterial an einem Punkt schmelzen, an dem der untere Abschnitt der Röhre 20c auf wenigstens etwa die Schmelztemperatur des Metallüberzugsmaterials erhitzt wird. Wenn der Metallüberzug 56 zum Beispiel unzureichend ist, um die geschweißte Nahtoberfläche zu bedecken, wird das Metallüberzugsmaterial schmelzen und die geschweißte Nahtoberfläche bedecken, wie in 7 gezeigt und wie oben beschrieben. Das Metallüberzugsmaterial 56a und der Metallüberzug 56 werden sich vorzugsweise angrenzend an die geschweißte Nahtoberfläche mischen, um einen gleichmäßigen Metallüberzug über der gesamten Innen- oder Außenfläche der Metallröhre 20c zu gewährleisten. Das hinzugefügte Metallüberzugsmaterial kann eine höhere oder eine niedrigere Schmelztemperatur haben als der Metallüberzug 56, um das Fließvermögen des Überzugsmaterials und/oder die Schmelztemperatur desselben zu steigern oder zu verringern.
Wie in 1A und 8 gezeigt, befindet sich die Induktionsspule 110 abwärts von der Impedanz 66 und dem Heizinduktor 64. Die Temperatur der Röhre 20c an der Linie A in 1A und 8 ist die Schmiedetemperatur des Metallstreifens 20, z. B. 1260°C (2300°F) oder höher. Die Temperatur der Röhre 20c an der Linie B in 1A und 8 muß unterhalb der Verdampfungstemperatur des Metallüberzugs 56 liegen und liegt vorzugsweise um die Schmelztemperatur des Metallüberzugs 56 oder unterhalb derselben. Daher sollte der Abstand zwischen dem Schmiedeschritt und dem Beschichtungsschritt der vorliegenden Erfindung ausreichend sein, um zu ermöglichen, daß die Temperatur des die Naht einschließenden Abschnitts der Röhre wenigstens auf eine Temperatur abnimmt, bei welcher der Metallüberzug 56 nicht verdampfen oder sieden wird. Vorzugsweise sollte ermöglicht werden, daß sich die Naht auf eine Temperatur unterhalb etwa der Schmelztemperatur des Metallüberzugs 56 abkühlt. Es kann ermöglicht werden, daß sich die Naht 71 auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metallüberzugs 56 abkühlt, gefolgt von einem erneuten Erhitzen auf die Schmelztemperatur des Metallüberzugs 56. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird verstehen, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit zwischen den Linien A und B wenigstens von der Geschwindigkeit der sich durch das Verfahren bewegenden Röhre und der Dicke des Metallstreifens 20 und der Metallröhre 20c abhängt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schließt das Metallisieren einer Außenfläche der geschweißten Naht ein, wie in 8A gezeigt. Die Nahtröhre 20c tritt durch eine Gasdichtung 96 in ein Gehäuse 88 ein, in dem, wie oben beschrieben, eine nicht oxidierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Die Röhre 20c geht über eine erste Induktionsspule 110a, die einen unteren Abschnitt der Röhre 20c auf eine Temperatur unterhalb etwa der Schmelztemperatur des Metallüberzugs 56 erhitzt. Eine Beschichtungsvorrichtung 81 bringt ein Metallüberzugsmaterial über der Außenfläche der geschweißten Naht 71 auf, die sich in einem unteren Abschnitt der Röhre 20c befindet. Danach geht die Röhre 20c über eine zweite Induktionsspule 110b, wo ein unterer Abschnitt der Röhre 20c auf etwa die Schmelztemperatur des Metallüberzugsmaterials erhitzt wird. Das Erhitzen der Röhre auf oberhalb der Schmelztemperatur des Metallüberzugsmaterials unterstützt das Anhaften des Metallüberzugsmaterials an der Außenfläche der Röhre, einschließlich der äußeren Nahtoberfläche. Danach verläßt die Röhre 20c das Gehäuse 88 durch eine Gasdichtung 116, die von der herkömmlichen Art oder ein Wischerstutzen sein kann. Die Beschichtungsvorrichtung 81 kann eine Lanze der oben beschriebenen Art einschließen, kann aber ebenfalls eine thermische Spritzvorrichtung der auf dem Gebiet bekannten Art, einschließlich einer Flammspritzvorrichtung, oder eine Plasmaspritzvorrichtung einschließen. Da ein unterer Abschnitt der Röhre 20c auf beinahe die Schmelztemperatur des Metallüberzugsmaterials erhitzt wird, ist das Aufbringen des Überzugsmaterials durch die Beschichtungsvorrichtung 81 wirksamer und effektiver durch das Gewährleisten eines guten Anhaftens des Überzugsmaterials an der Außenfläche der Naht 71. Das durch die zweiten Heizspulen 110b gewährleistete zusätzliche Erhitzen sichert ein richtiges Schmelzen des Überzugsmaterials über die Außenfläche der Naht und stellt eine glatte Überzugsfläche über der Naht bereit. Die nicht oxidierende Atmosphäre im Gehäuse 88 sichert, daß die Außenfläche der Naht 71 nicht oxidiert und das Überzugsmaterial am Anhaften an der Außenfläche der Naht 71 hindert. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Außenfläche der Röhre 20c mit einem Metallüberzugsmaterial beschichtet werden, das eine höhere Schmelztemperatur hat, z. B. einer Zinklegierung, und die Innenfläche der Röhre 20c kann mit einem Metallüberzugsmaterial beschichtet werden, das eine niedrigere Schmelztemperatur hat, z. B. Zink, um ein Tropfen des Überzugsmaterials an der Außenfläche der Röhre zu steuern oder zu verhindern.
Wie in 10 und 11 gezeigt, umfaßt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einen Regelkreis zum erneuten Erhitzen der geschweißten Metallröhre nach dem Schweißen und Abflammen der Röhre. Der Regelkreis umfaßt eine Reihe von versetzten Heizspulen 162, 164 und 166, die wenigstens einen unteren Abschnitt der geschweißten Metallröhre erhitzen. Jede Spule wird parallel mit einem Steuerungsmittel 170 verbunden. Ein Ultraschall-Meßsystem umfaßt Ultraschall-Prüfgeräte 180a und 180b, bereitgestellt aufwärts bzw. abwärts von den Heizspulen, die Informationen bezüglich der Dicke des Überzugs 56 auf der Innenfläche der Röhre 20c an das Steuerungsntel 170 weitergeben. Das Steuerungsmittel 170 empfängt, sammelt und vergleicht die durch das aufwärts gelegene und das abwärts gelegene Ultraschall-Prüfgerät 180a bzw. 180b bereitgestellten Daten und regelt die verschiedenen Heizspulen, um die abgegebene Wärme und den Erfassungsbereich wie erforderlich zu steigern oder zu vermindern, um das richtige Aufschmelzen des Überzugs 56 über die Innenfläche der Naht 71 zu gewährleisten. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, daß die Zinkmenge, die an der Innenfläche der Nahtröhre nach unten fließt, annähernd proportional ist zur Größe der erhitzten Fläche. Da sich die zu bedeckende Fläche und die Dicke des für dieses Aufschmelzen verfügbaren Zinküberzugs fortlaufend ändern, hat sich der Regelkreis als vorteilhaft erwiesen. Der Regelkreis kann den Überzug 56 über der Naht 71 lokalisieren. Falls die Temperatur im Bereich angrenzend an die Naht 71 zu heiß ist, wird der Metallüberzug, der die nahezu vertikale Wand der geschweißten Metallröhre und den oberen Abschnitt der geschweißten Metallröhre bedeckt, schmelzen und nach unten zur Naht 71 hin fließen. Falls zu viel Metallüberzug schmilzt, werden diese Oberflächen freigelegt und anfällig für Oxidation, ganz ähnlich wie es die Naht vor dem Aufschmelzen war. Falls dem Bereich angrenzend an die Schweißung zu wenig Wärme zugeführt wird, wird der Metallüberzug unzureichend nach unten zur Naht 71 hin fließen und ein Teil oder die Gesamtheit der Naht wird freigelegt und anfällig für Oxidation. 11 illustriert einen Querschnitt der Röhre während des erneuten Erhitzens und die bevorzugten Wärmegradienten der Röhre und des Überzugs während des erneuten Erhitzens der geschweißten Metallröhre 20c. Ein gutes Puddeln des Metallüberzugs 56 geschieht im unteren Abschnitt der geschweißten Metallröhre 20c, wo sich die Naht 71 befindet, was einen glatten Metallüberzug über der Innenfläche der Naht beim geschweißten Metallröhrenendprodukt gewährleistet.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel des bevorzugten Regelkreises der Endung kann ein Temperatur-Meßsystem das oben beschriebene Ultraschall-Meßsystem ersetzen. Das Temperatur-Meßsystem kann entweder aufwärts und abwärts von den Heizspulen oder als Alternative dazu abwärts von den Heizspulen 162, 164 und 166 angeordnet werden. Das Temperatur-Meßsystem stellt dem Steuerungsmittel 170 Informationen bezüglich der Temperatur beispielsweise des unteren Abschnitts der Röhre 20c bereit. Das Steuerungsmittel 170 empfängt, sammelt und vergleicht diese durch das Temperatur-Meßsystem bereitgestellten Daten und regelt die Heizspulen, um die durch die Heizspulen abgegebene Wärme zu steigern oder zu vermindern, so daß der Metallüberzug in einem unteren Abschnitt der Röhre schmilzt und nach unten zur Naht hin fließt; der Metallüberzug in einem oberen Abschnitt der Röhre schmilzt jedoch nicht, sondern bleibt über dem oberen Abschnitt der Röhre 20c wesentlich intakt. Ein Temperatur-Meßsystem der hierin verwendbaren Art ist von der Land Infrared, Crystal, Pennsylvania, erhältlich, verkauft unter dem Handelsnamen Landmark X Thermometer. Das System 3 Ratio Thermometer, Modell Nr. RP-42 oder RP-10, ist ebenfalls hierin verwendbar.
Vor dem Galvanisieren der Außenfläche der Nahtröhre 20c wird die Röhre auf eine Temperatur erhitzt, die der Temperatur des geschmolzenen Zinks oder der geschmolzenen Legierung im Galvanisierbehälter oder etwa 454°C (850°F) im Wärmegehäuse 88 nahekommt. Obwohl jedes geeignete Mittel verwendet werden kann, um die Röhre zu erhitzen, einschließlich beispielsweise von herkömmlichen internen und externen Heizgeräten, verwendet das bevorzugte Verfahren ein Induktionsheizgerät mit Spulen 90, das einen Strom in der Röhre induziert, wie oben beschrieben. Da der Metallüberzug auf der Innenfläche der Nahtröhre 20c, z. B. eine Zn-Al-Legierung, eine höhere Schmelztemperatur hat als der äußere Metallüberzug, z. B. Zink, wird der innere Metallüberzug über der Innenfläche der Naht 71 während dieses Schritts nicht beeinträchtigt. Ein nicht oxidierendes Gas, vorzugsweise Stickstoff, wird von einer Gasquelle durch eine Gasdichtung 96 der auf diesem Gebiet bekannten Art durch eine Leitung 93 in das Wärmegehäuse 88 injiziert. Danach tritt die vorgeheizte Röhre durch eine Kupplung 140 in ein abgedichtetes Gehäuse 98 ein. Das Gehäuse 98 schließt einen unteren Behälter 103 ein, der vorzugsweise mit geschmolzenem Zink gefüllt wird. Ein nicht oxidierendes Gas, z. B. Stickstoffgas mit einem geringen Anteil an Wasserstoff, wird durch eine Leitung 107 in die obere Kammer 144 des Gehäuses injiziert. Danach tritt die Röhre durch eine herkömmliche Gasdichtung 111 in den Galvanisierbehälter 108 ein. Geschmolzenes Zink wird durch eine Pumpe 112 aus dem unteren Behälter 103 des Gehäuses in den Galvanisierbehälter 108 gepumpt. Die Röhre 20c tritt folglich unterhalb des Niveaus des geschmolzenen Zinks in den Galvanisierbehälter 108 ein, wie in 1B gezeigt; jedoch wird durch eine Leitung 114 Stickstoff oder ein anderes nicht oxidierendes Gas in den oberen Abschnitt des Galvanisierbehälters injiziert und erhält eine nicht oxidierende Atmosphäre im Galvanisierbehälter aufrecht, um Oxidation und Krätze zu reduzieren. Die Röhre 20c taucht danach durch eine Gasdichtung 115 aus dem Galvanisierbehälter auf, in die obere Kammer 144 des Gehäuses, und danach wird die Röhre durch eine abschließende Gasdichtung 116 aufgenommen.
Wie oben beschrieben, haben andere die Vorteile des Erhaltens des Galvanisierbehälters oder -bads in einer inerten oder nicht oxidierenden Atmosphäre erkannt. Jedoch sind solche Bemühungen nicht vollkommen erfolgreich gewesen, weil periodisch in das Gehäuse 98 eingegriffen werden muß, zum Nachfüllen des Zinks und zur Wartung. Bei einer bevorzugten Galvanisierbadvorrichtung dieser Erfindung kann der Galvanisierbehälter jedoch abgedichtet und innerhalb eines abgedichteten Gehäuses angeordnet werden. Folglich kann in das Gehäuse 98 eingegriffen werden, beispielsweise um das Zink nachzufüllen, ohne den Galvanisierbehälter einer oxidierenden Atmosphäre auszusetzen, was die Qualität des Zinküberzugs auf der Röhre beeinträchtigen würde. Außerdem ist es möglich, den Druck des nicht oxidierenden Gases in dem erhitzten Gehäuse 88, dem Gehäuse 98 und dem Galvanisierbehälter 108 zu regeln. Bei dem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Druck des nicht oxidierenden Gases im Galvanisierbehälter 108 größer als der Gasdruck im Gehäuse 98, so daß Luft oder ein anderes verunreinigendes Gas nicht in den Galvanisierbehälter zurückströmen kann. Ähnlich ist der Druck in der Wärmekammer 88 größer als der Druck im Gehäuse 98, um ein Zurückströmen eines oxidierenden Gases in die Wärmekammer zu vermeiden. Es sollte sich verstehen, daß andere Anwendungen zum Nachfüllen des Zinks auf dem Gebiet bekannt sind, die den Kessel oder die Pfanne nicht beeinträchtigen.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Außenfläche der Schweißung 71 thermisch gespritzt werden, statt die Außenfläche der Naht, wie oben beschrieben, zu galvanisieren. Der Verfahrensschritt des thermischen Spritzens schließt einen Flammspritzvorgang oder einen Plasmaspritzvorgang ein, die auf dem Gebiet bekannt sind.
Danach wird die Röhre in der Abkühlkammer 113 durch Eintauchen der Röhre in kaltes Wasser oder ein anderes Kühlmittel abgekühlt, wodurch der Metallüberzug auf der Röhre erstarrt. Das nicht oxidierende Gas wird durch einen zylindrischen Stopfen 117, der durch ein Halteseil 119 am Ende der Impedanz befestigt werden kann, am Entweichen aus dem Innern der Röhre gehindert. Der Stopfen 117 kann aus einem reibungsbeständigen warmausgehärteten Kunststoff, wie beispielsweise Nylon, hergestellt werden und wird vorzugsweise ausreichend abwärts von der Induktionsspule 110 und anschließend an das Abkühlen angeordnet, um eine Beschädigung des Stopfens zu vermeiden. Der Stopfen 117 hilft, die nicht oxidierende Atmosphäre auf der Innenseite der Nahtröhre aufrechtzuerhalten, wodurch eine Abdeckung aus nicht oxidierendem Gas über der Naht aufrechterhalten wird. Der Stopfen 117 verhindert außerdem, daß Sauerstoff und Luft in das Innere der Nahtröhre eindringen. Wenn eine Wechselstrom- oder Gleichstrom-Schweißvorrichtung verwendet wird, kann der Stopfen 117 an einem an der Innenfläche der Röhre aufgehängten Träger befestigt werden oder kann durch ein Halteseil 119 am Ende der Lanze 77 befestigt werden.
Anschließend an das Abkühlen tritt die Röhre 20c in die abschließende Kalibrierstation 118 ein, die eine Vielzahl von Kalibrier- und Richtwalzen 120 einschließt. Danach wird die Röhre bei 122 mit einer wäßrigen Chromatlösung geflutet und gespült, die den Zinküberzug vor dem abschließenden Zurichten chemisch ätzt und versiegelt. In einem herkömmlichen Rohrwalzwerk wird die Röhre danach bei 124 mit einer Produktidentifikation und weiteren Markierungen markiert, wie es durch des Kunden spezifiziert werden kann. Ein Klarlacküberzug oder ein anderer Schutzüberzug kann danach in der Bedarfsanstrichstation 126 aufgebracht werden. Danach kann eine Induktionsheizspule 128 verwendet werden, um die Röhre zu trocknen, und schließlich wird die Röhre an der Schneidestation 130 auf Länge geschnitten.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein einziger Galvanisierbehälter verwendet, um die Innen- und die Außenfläche der Naht bei einer geschweißten Metallröhre zu beschichten. Wie in 10 und 11 gezeigt, wird auf die Oberseite des Metallstreifens 20 ein Überzug 56 aufgebracht, nachdem er gereinigt und in eine sich nach unten öffnende bogenförmige Gestalt vorgeformt worden ist. Der Metallstreifen 20 tritt durch Gasdichtungen der auf dem Gebiet bekannten Art in ein abgedichtetes Gehäuse 158 und danach in einen Galvanisierbehälter 148 ein. Wie bei der Beschichtungsvorrichtung von 1B schließt das Gehäuse 158 einen unteren Behälter 138 ein, der vorzugsweise mit einem geschmolzenen Metall, z. B. geschmolzenem Zink oder einer geschmolzenen Zinklegierung, gefüllt wird. Ein nicht oxidierendes Gas, vorzugsweise Stickstoff und Wasserstoff, wird durch eine Pumpe 142 in den Galvanisierbehälter 148 injiziert. Der Metallstreifen 20a tritt oberhalb des Niveaus des geschmolzenen Zinks in den Galvanisierbehälter 148 ein, wie in 13 gezeigt. Der Metallüberzug, vorzugsweise geschmolzenes Zink oder eine geschmolzene Zinklegierung, wird durch Pumpen von geschmolzenem Zink aus der Zufuhr von geschmolzenem Zink im Behälter 148 über und auf den Metallstreifen 20a unter Verwendung einer Pumpe 149 auf die Oberseite des Metallstreifens 20a aufgebracht. Das Zink fließt nach unten zu den Seitenkanten des Streifens hin, so daß die Dicke des Überzugs vom Mittelabschnitt zu den Kanten hin zunimmt. Danach verläßt der Metallstreifen 20a den Galvanisierbehälter 148 und das Gehäuse 158 vorzugsweise durch eine Gasdichtung oder vorzugsweise durch eine Gasformdüse der im zuvor erwähnten verwandten US-Patent 5344062 von Krengel et al. offengelegten Art. Wie oben beschrieben, wird der Metallstreifen 20a durch Flachwalz-, Umkehr-, Kantenaufbereitungs-, Vorform-, Form-, Schweiß- und Reinigungsstationen vorgeschoben. Die geschweißte Nahtröhre 20c tritt danach wieder durch eine Kupplung 200 in das abgedichtete Gehäuse 158 und durch eine herkömmliche Gasdichtung 220 in den Galvanisierbehälter 148 ein. Die Röhre 20c tritt unterhalb des Niveaus des geschmolzenen Zinks in den Galvanisierbehälter 148 ein, wie in 13 gezeigt. Ein nicht oxidierendes Gas wird durch eine Leitung 147 in den oberen Abschnitt des Galvanisierbehälters 148 injiziert und erhält eine nicht oxidierende Atmosphäre im Galvanisierbehälter aufrecht, um Oxidation und Krätze zu reduzieren. Die Röhre 20c taucht durch eine Gasdichtung 175 in eine obere Kammer 152 des Gehäuses 158 auf, und die Röhre wird durch eine abschließende Gasdichtung 176 aufgenommen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Galvanisierbadvorrichtung und des -verfahrens dieser Erfindung wird eine geschweißte Metallröhre sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenfläche derselben in einem einzigen Galvanisierbehälter beschichtet, der abgedichtet und in einem abgedichteten Gehäuse angeordnet wird. Es ist möglich, das Zink nachzufüllen, ohne den Galvanisierbehälter einer oxidierenden Atmosphäre auszusetzen, und den Druck des nicht oxidierenden Gases in dem Gehäuse 158 und dem Galvanisierbehälter 148 zu regeln, so daß Luft oder ein anderes verunreinigendes Gas nicht in den Galvanisierbehälter 148 zurückströmen kann. Außerdem wird, wenn sich die Naht im unteren Abschnitt der Röhre 20c befindet, der Überzug auf der Innenfläche der Röhre schmelzen und über die Schweißung fließen, wo es puddeln und einen glatten Überzug über der Innenfläche der Naht 71 gewährleisten wird, wenn die Röhre durch den Galvanisierbehälter 148 vorgeschoben wird. Nach dem Durchgang durch den Galvanisierbehälter wird die Außenfläche der Naht 71 ebenfalls beschichtet sein, was die Naht vor Oxidation schützt.
Wie nun zu verstehen sein wird, gewährleistet das Formen und Schweißen und Beschichten der Röhre auf die hierin beschriebene Weise das Beschichten der Innen- und der Außenfläche der Naht, ohne eine spezielle Beschichtungsausrüstung zu erfordern. Es werden hierin verschiedene Mittel zum Beschichten der Innen- und der Außenfläche der Naht in einer geschweißten Metallröhre mit geschmolzenem Metall offengelegt. Diese Mittel können allein oder in Kombination verwendet werden, wie es durch die Parameter der besonderen Anwendung, einschließlich der Röhrengröße, der Walzwerkgeschwindigkeit, des Röhren- und des Beschichtungsmaterials, der Schweißtemperatur usw., erforderlich ist. Außerdem können innerhalb des Geltungsbereichs der angefügten Ansprüche verschiedene Modifikationen an dem Röhrenform- und -beschichtungsverfahren und der -vorrichtung dieser Erfindung vorgenommen werden. Zum Beispiel kann, wie oben beschrieben, das Verfahren dieser Erfindung in einem partieartigen Verfahren verwendet werden, bei dem die Röhre anschließend an das Schweißen auf Länge geschnitten wird und die Röhrenabschnitte danach gedreht werden, um die Naht im Unterteil der Röhre anzuordnen, bevor wenigstens der untere Abschnitt der Röhre erhitzt wird, um den Metallüberzug zu schmelzen und zu bewirken, daß der geschmolzene Metallüberzug über die Naht fließt. Außerdem können auf die Innen- und die Außenfläche der Röhre angrenzend an die Naht Mischmuster aufgebracht werden, um den Fluß des geschmolzenen Metalls in die Naht zu leiten, einschließlich eines Fischgrätenmusters, das auf dem Gebiet bekannt ist. Die Röhre kann außerdem durch jedes geeignete Heizmittel erneut erhitzt werden, einschließlich von Strahlungsheizgeräten. Außerdem kann das Verfahreren dieser Erfindung zum Beschichten der Naht von Röhren verwendet werden, die besondere Querschnitte haben, einschließlich von quadratischen und rechteckigen Röhren. Schließlich kann die Röhre durch andere herkömmliche Mittel geschweißt werden, einschließlich beispielsweise von Widerstands- oder Flußmittelschweißen.
Nach dem Beschreiben des Verfahrens dieser Endung beanspruchen wir nun die Erfindung wie folgt:

Claims

Verfahren zum Formen einer vernarbten Metallröhre (20c) mit einem Metallüberzug (56) auf mindestens einer Innenseitenoberfläche der Röhre (20c) von einem kontinuierlich sich bewegenden, relativ flachen Metallstreifen (20), wobei das Verfahren umfaßt a) Formen eines Metallstreifens (20) mit einem Metallüberzug (56) auf mindestens einer Seite des Streifens (20) in einen röhrengeformten Streifen (20c) mit einander gegenüberliegenden, benachbarten, mit Abstand angeordneten, lateralen Ecken (48) und dem Überzug (56) auf einer Innen- oder Außenoberfläche des röhrengeformten Sreifens (20c), wobei der Metallüberzug (56) ein Metallüberzugsmaterial umfaßt und eine Schmelztemperatur wesentlich unterhalb der Schmelztemperatur des Metallstreifens (20) hat, b) Erhitzen der benachbarten Ecken (48) des Streifens (20) auf mindestens etwa die Schmiedetemperatur des Streifens (20) und vollständiges Schweißen der benachbarten Ecken (48) unter Bilden einer Röhre (20c) mit einer geschweißten Naht (71), c) Kühlen der benachbarten Ecken (48) des Steifens (20) auf unterhalb etwa die Verdampfungstemperatur des Überzugs (56), d) erneutes Erhitzen mindestens eines unteren Teils der Röhre (20c) auf mindestens etwa die Schmelztemperatur des Metallüberzugs (56) mit der geschweißten Naht (71) in einem unteren Teil der Röhre (20c), und das Verfahren ist gekennzeichnet durch: e) Überziehen der Innenoberfläche der Naht (71) mit Metallüberzugs-(56) material, wodurch eine Röhre (20c) mit dem Metallüberzugsmaterial über einer gesamten Innenseitenoberfläche der Röhre (20c), einschließlich der Innenoberfläche der Naht, (71) gebildet wird.
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 1, wobei der Metallüberzug (56) auf der Innenoberflöche der Röhre (20c) ausreichend ist, zu bewirken, daß der Metallüberzug (56) überfließt und die Innen- oder Außenoberfläche der geschweißten Naht überzieht.
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 1, umfassend Hinzufügen von Metallüberzugs-(56) material auf die Innenoberfläche der Naht (71).
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 1, wobei die benachbarten Ecken (48) auf etwa die Schmelztemperatur des Metallüberzugs (56) gekühlt werden.
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 4, umfassend Hinzufügen von Metallüberzugs-(56) material auf die Innenoberfläche der Naht (71).
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 5, wobei das Metallüberzugs-(56) material vor erneutem Erhitzen des unteren Teils der Röhre (20c) hinzugefügt wird.
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 1, wobei die benachbarten Ecken (48) auf unterhalb die Schmelztemperatur des Metallüberzugs (56) gekühlt werden.
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 7, umfassend Hinzufügen von Metallüberzugs-(56) material auf die Innenoberfläche der Naht (71) vor erneutem Erhitzen des unteren Teils der Röhre (20c).
Verfahren zum Formen einer überzogenen vernarbten Röhre nach Anspruch 1, wobei erneutes Erhitzen des unteren Teils der Röhre (20c) bewirkt, daß der Metallüberzug (56) zu der Naht (71) fließt, und wobei Schmelzen des Metallüberzugs-(56) materials Hinzufügen von Metallüberzugs-(56) material zu der Innenoberfläche der Naht (71) einschließt.