DE764117A - - Google Patents

Description

Gn: 212B27 39. y

Betreffend: Beschreibung zur Patentanmeldung ΚΈΟ&ιΟ Hans Sickinger:

"Kühler zur beschleunigten Kühlung geschweißter Metallrohre¹.¹

Die Erfindung betrifft einen Kühler zur beschleunigten Kühlung geschweißter Metallrohre, bei denen vermöge der verwendeten Baustoffe, z.B. Stahl als Grundmetall und Kupfer als Schweißmetall oder Lot, hohe Schweißtempereturen in Betracht kommen. Solches Rohr, das in der Regel einen kleinen Durchmesser, etwa 3 bis 20 mm hat, wird mechanisch in Walzmaschinen hergestellt, die unmittelbar mit Schweißmaschinen zusammenarbeiten, so/daß die Arbeitsvorgänge in ununterbrochener Folge und mit gleichbleibender Geschwindigkeit des Tertigungsgutes ablaufen. Aus diesen Umständen ergibt sich die Bedingung, daß auch die Kühlung des die Sc iweißmaschine verlassenden Rohres mit derselben Durchgangsgeschwindigkeit wie beim Walzen und Sch\ ei,3en vorzunehmen ist. Die Verwendung leistungsfähiger Elektro-SchweiPmaschinen, in denen das Rohr zur Bildung einer Widerstsndsstrecke benutzt und dabei verschweißt vird, hat zur Erreichung hoher Durchgangsgeschwindigkeiten geführt, die im Bereich von 30 bis 50 m/min liegen. Um ein Rohr unter diesen Umstanden ν eich zu kohlen, vvie es meistens ^^forder , ist eine langsame Abkühlung im Bereich der kritischen Temperaturen für den betrefferden Baustoff, z.B. Stahl,

notwendig; Daraus ergibt sich schon unter gewöhnlichen Verhältnissen eine "bedeutende länge des Kühlers, die zu betriebstechnischen Schwierigkeiten führt.

Durch die wissenschaftliche Forschung er.f dem Gebiet der Metallographie ist ^bekannt, daß im System Eisen Kohlenstoff die Abkühlung des hocherwärmten Baustoffes über die sogenannten Haltepunkte hinweg langsam zu erfolgen hat, um die Bildung von Austenit bezw. Martensit zu vermeiden, wenn der Baustoff nach dem Abkühlen weich sein soll.

Es ist ferner bekannt, Stahldraht oder -Jtohre nach dem Erwärmen in Kühlvorrichtungen langsam abzukühlen, die aus zwei oder mehreren Abschnitten bestehen, zu dem Zweck, im ersten Abschnitt die langsame Kühlung zu bewirken, und im zweiten Abschnitt zur Abkürzung des gesamten K^;ihlvorganges unterhalb des niedrigsten Haltepunktes abzuschrecken. Bei diesen Einrichtungen ist die Kühlung im ersten Abschnitt von einheitlicher und geringer G-eschwindigkeit, wie sie eigentlich nur beim Übergang über die Haltepunkte notwendig ist. Für den Fortschritt besteht somit die Möglichkeit, die langsame Kühlung lediglich auf einen engen Temperaturbereich um jeden Haltepunkt zu beschränken, und das übrige Temperaturgefälle möglichst rasch zu durchlaufen.

Durch die vorliegende Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem der Kühler in mehrere Kammern eingeteilt ist, die untereinander von dem durchgehenden Kühlgut getrennt werden, sads8 die verschiedenen Kühlmittel nicht von dem einen in die anderen Abschnitte übertreten können. Die Verschiedenheit der Kühlgeschwindigkeit bei gleicher

MECANO

SPEZIALARTIKEL FÜR KRAFTFAHRZEUGE

HANS SICKINGER FRANKFURT A. M., 14.10.194 3 MAINZER IANDSTRASSE 196

FERNSPRECHER: TZOUt, HAUSAPPARAT O3

DRAHTANSCHRIFT: MECANOKRAFT FRANKPURTMAIN POSTSCHECKKONTO: FRANKFURT (MAIN) 73IiU.

Gn: 212B27 39.

Betreffend: Beschreibung zur Patentanmeldung ΙίΖβ^,Ο Hans Sickinger:

"Kühler zur beschleunigten Kühlung geschweißter Metallrohre¹.¹

Die Erfindung betrifft einen Kühler zur beschleunigten Kühlung geschweißter Metallrohre, bei denen vermöge der verwendeten Baustoffe, z.B. Stahl als G-rundmetall und Kupfer als Schweißmetsll oder lot, hohe Schvveißtemperaturen in Eetracht kommen. Solches Rohr, das in der Regel einen kleinen Durchmesser, etwa 3 bis 20 mm hat, wird mechanisch in Walzmaschinen hergestellt, die unmittelbar mit Schweißmaschinen zusammenarbeiten, so/daß die Arbeitsvorgänge in ununterbrochener Folge und mit gleichbleibender Geschwindigkeit des i'ertigungsgutes ablaufen. Au? diesen Umständen ergibt sich die Bedingung, daß auch die Kühlung des die Sc weißmaschine verlassenden Rohres mit derselben Durchgangsgeschwindigkeit wie beim Walzen und SchveiiPen vorzunehmen ist. Die Verwendung leistungsfähiger Elektro-Schweißmasehinen, in denen das Rohr zur Bildung einer Widerstendsstrecke benutzt und dabei verschweißt wird, hat zur Erreichung hober Durchgangpgeechwindigkeiten geführt, die im Bereich von ?0 bis 50 m/mir, liegen. Um ein Rohr unter diesen Unstrnden ν eich zu kühlen, "ie es meistens jj£ä?f ordert , ist eine langsame Abkühlung im Bereich der kritischen Temperaturen für den betreffenden Baustoff, z.B. Stahl,

notwendig. Derpus ergibt sich schon unter gewöhnlichen Verhältnissen eine bedeutende länge des Kühlers, die zu betriebstechnischen Schwierigkeiten führt.

Durch die wissenschaftliche If or se hung auf dem Gebiet der Metallographie ist ^bekennt, ds£ im System Eisen⁷ Kohlenstoff die Abkühlung des hocnerwärmten Baustoffes Iber θ ie sogenannten EeItepunkte hinweg langsam zu erfolgen hat, um die Bildung von Austenit tezw. Martensit zu vermeiden, venn der Baustoff nach dem Abkühlen ν eich sein soll.

Es ist ferner bekannt, Stehldraht oder -ifohre nach dem. Erwärmen in Kühlvorrichtungen langsam abzukühlen, die aus zwei oder mehreren Abschnitten bestehen, zu dem Zweck, im ersten Abschnitt die langsame Kühlung zu bewirken, und im zweiten Abschnitt zur Abkürzung des gesamten K^;ihlvorganges unterhalb des niedrigsten Haltepunktes abzuschrecken. Eei diesen Einrichtungen ist die Kühlung im ersten Abschnitt von einheitlicher und geringer Geschwindigkeit, wie sie eigentlich nur beim Übergang über die Haltepunkte notwendig ist. Für den Fortschritt besteht somit die Möglichkeit, die langsame Kühlung lediglich auf einen enpen Temperaturbereich um jeden Haltepunkt zu beschränken, und das übrige Temperaturgefälle möglichst rasch su durchlaufen.

Durch die vorliegende Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem der Kühler in mehrere Kammern eingeteilt ist, die untereinander von dem durchgehenden Kühlgut getrennt werden, sads¹? die verschiedenen Kühlmittel nicht von dem einen in die anderen Abschnitte übertreten können. Die Verschiedenheit der Kühlgeschwindigkeit bei gleicher

Durchgangsgeschwindigkeit v.ird durch Verwendung verschiedener Kühlmittel in den Kühl-e^kammern und die Regelung ihrer Durchflußgeschwindigkeiten erreicht. Dadurch ist eine erhebliche Längenverminöerung der meisten Eühlungsabschnitte möglich, so^aß die Gesamtlänge des Kühlers den praktischen Betriebserfordernissen gerecht wird. Der Vorteil dedTSrfindong liegt darin, daß die Fertigung von Rohren, die nach dem Schweißen eine besonders sorgfältige Kühlung erfordern, mit hober Geschwindigkeit vorgenommen werden kann, soj&eß sich die Wirtschaftlichkeit in ^bedeutendem ilafe erhöht. Natürlich ist damit die Möglichkeit nicht ausgeschlossen, Rohitauch hart zu kühlen, wenn diese Eigenschaft in Coneerfallen erwünscht ist. Es werden hierzu entweder andere Kühlmittel oder andere Durchflußgescnwindigk^iten gewählt.

Die Zeichnungen veranschaulichen in schematiccher

Darstellung mehrere Ausf "hrungef ormen des Erf indungS;_e_ enstandes im Zusammenhang mit einer VvaIz- und Schweißmaschine.' /Abb. 1 zeigt in einer Seitenansicht die Hauptteile einer Walzmaschine und einer unmittelbar an sie anschlie?enden Elektro-Schweißmaschine samt dem einen Bestandteil der letzteren bildenden Kühler. (Dieser ist aus Raumgründen getrennt von der Schweißmaschine dargestellt )./Abb. 2 zeigt die mit

~ r

dem Kühler in Beziehung stehende Teirperaturkurve ./Abb. J> veranschaulicht eine zweite Ausfübrungsform des !Erfindungs-

r
gegenstandes./Abb. 4 ist die dazugehörige lemperaturkurve.

/Abb. 5 stellt eine dritte Ausfi'hrungeforn des irfindungsgegen-¹ Standes der./Abb. 6 veranschaulicht der. Querschnitt eines

Rohres sis Bearbeitungsbeispiel.

■^. sind in der Hegel von kleinem Durchmesser, etwa 3 bis 20 mm. Im allgemeinen bestehen solche Rohre aus
einem Srundmetall, z.B. Stahl, das riie Hauptmasse des Rohres ausmacht, und aus einem Schweißmetall, etwa Kupfer, das 2um Überziehen der Oberflächen des Rohres und zum Verschweißen
dient, wenn des Rohr aus mehreren Schiebten "besteht und Kante hat. Sin solches Rohr kann z.B. aus Metallstreifen hergestellt werden und d°s Schweißmetall als galvanisch aufgetragene
dünne Schicht bereits auf den Streifen vorhanden sein, aber auch als !Draht, Spane oder Pulver vor dem Schweißen zugefügt werden. Lie ^Tertigans eines doppelschichtigen Rohres nach Abb. 6 geht so vor sich, daß der Metallstreifen 1, der die innere Schicht bilden soll, von einem Vorratsring 3 hinweg zwischen drei in geeigneter Weise angetriebenen WaI-zenpaaren 4 durchgeführt wird und dabei über verschiedene Zwischenstufen die endgültige Querschnittsform erhält. An diesem Pu2ikte der Fertigung läuft von einem zweiten Vorratsring 5
6er Streifen 2, der zunächst zwischen einem Walzenpaar β a.n den Längskanten zugeschärft wird, über eine Führungsrolle 7 und durch einen Führungsrahmen 8 in die Walzmaschine ein.
Durch drei weitere UTalzenpaare 9 vvird der Streifen 2 über
der fertigen inneren Rohrschicht 1, und sich dicht en diese anlegend, zur äußeren Rohrschicht geformt, wobei sich eine
schräg zur Rohr Oberfläche verlaufende Naht bildet. Das mechanisch fertig gestaltete Rohr 1,2 gelangt, aus der Walzmaschine kommend, sofort in die Schweißmaschine, die in der Hauptsache drei -Slektrodenpaare 10, 11, 12 in Rollenform

enthält, denen der aus einem Transformator entnommene Strom so zugeleitet v.ird, däß er durch das mittlere Elektrodenpaer 11 eintritt, sich in dem durchlaufenden Rohr 1,2 zu beiden Seiten verteilt, dabei die Widerstandsstrecke bildet

und durch die Außenelektroden 10 und 12 austritt. An diese schließt sich eine Fördervorrichtung 13 an, die dem Rohr in genauer Übereinstimmung mit der Walzmaschine eine einstellbare Vorschubgeschwindigkeit erteilt. Die ilektroden 11 und 12 und die Fördervorrichtung 13 sind von einem gemeinsamen Gehäuse 14 umgeben, wodurch die Möglichkeit besteht, den Schweißvorgang innerhalb von Schutzgas zu bewerkstelligen. Mit der Schweißmaschine ist der Erfindungsgetenstsnd, der Kühler, unmittelbar zusammengebaut. Derselbe besteht aus mehreren Abteilungen oder Kammern, z.B. 15,16,17, 18 (Abb. 1) in denen die Kühlung des durchlaufenden Ronres 1,2 in ebenso vielen Stufen erfolgt, deren jede inbezug auf Wirkung und Dauer für sich beeinflußbar ist. Die erste und zweite Kammer 15 .■■ 16 --iron einem inneren, durch Einschnürung aufgeteilten, an das Gehäuse der Fördervorrichtung 13 unmittelbar anschließenden Rohr 19 und einem dasselbe umgebenden Kantel gebildet. Zwischen beiden kann in jeder Abteilung Kühlwasser im Gegenstrom zum durchlaufenden Rohr 1,2 fließen; zugleich kann im inneren Rohr ein für Kühlzvvecke brauchbares Gas, ebenfalls im Gegenstrom, hindurchstreichen. Die Kammer 17 ist für Luftkühlung bestimmt und hat demzufolge K^!'hlripper) auf dem nicht ummantelten Rohr 19, das durch Einschnürungen von den Fachbarkammern geschieden ist. Die Kammer 18, aus einfachem Rohr bestehend,

ist mit Zu- und Abfluß für die Beschickung mit einer Metall- oder Salzschmelze versehen. Im Zusammenhang nit der Kammer 18 steht der Abstreifer 20, der zur Wegnahme von Metall- oder Salzresten dient, die etwa am durchlaufenden Rohr 1,2 haften. Den Beschluß der Kühleinrichtung bildet die Brause 21, die zur Abkühlung des Rohres 1,2 auf Zimmertemperatur dient.

Abb. 2 die i. Temperaturkurve des Kühlungsvorganges ' -t den in-*«-Abb. 1 veranschaulichten Kühlerabteilungen, so/daß die Temperaturänderungen in jeder derselben ersichtlich sind. Die Abszisse der Kurve ist nach den einzelnen Abteilungen des Kühlers gegliedert, die Ordinate nach wichtigen Temperaturabschnitten und zwar beziehen sich diese im Beispielsfalle auf die Wärmebehandlung von Stahl und Kupfer als Grund-bezw· Überzugsmetall. Der durch die Kurve wiedergegebene Temperaturverlauf ist mit Hilfe verschiedener in den Kühlerabteilungen benutzten Kühlmittel leicht einzuhalten; er beginnt mit einer Seiweißtemperatur von 12OO°C, die sich erfahrungsgemäß bei der hohen Durchgangsgeschwindigkeit des Rohres 1,2 von 30 bis 50 m/min als zweckmäßig erwiesen hat. In der ersten Zone der Kühlung, entsprechend der ersten Kammer des Kühlers V'ird ein bedeutender Tenperaturrückgang bis auf etwa 91O⁰C erzielt, e'nen der Haltepunkte im System Bisen/Kohlenstoff. Innerhalb dieser Temperaturspanne, die den Stahl in derf-Modifikation zeigt, ist keine Rücksicht auf Abkühlungsumstände zu nehmen und die Kühlgeschwindigkeit ist hoch zu bemessen, um die L^nge des Küh-

lers zu vermindern. Umgekehrt ist es in der· zweiten Eühlzone, entsprechend der zweiten Kammer 16 des Kühlers, die den

Temperaturbereich von 910 Ms ungefähr 725 umfaßt,

4Zy

die Umwandlung des cEisens ■■ t· e stattfindet. Bei zu schneller Abkühlung würde hier Martensit 't im Gefüge gebildet, d.h. Härtung stattfinden. Um dies zu vermeiden und den langsamen Übergang in die Zustandsform I'errit/Perlit zu begünstigen, ist die Abkühlung allmählich zu bewirken und das geschieht durch geeignete Auswahl und Te:iperierung der Kühlflüssigkeit und des kühlenden Gases in der Kammer 16. In der dritten Kühlzone, die in zwei Abschnitte entsprechend den Kammern 17 und 18 zerfällt, könnte eine rasche Abkühlung stattfinden, da hier vorzugsweise die Umwandlung in£*—-Eisen vor sich geht, die an sich keine entsprechende Rücksicht fordert. Es ist jedoch zu bedenken, drß im ersten Abschnitt dieser Zone, wo die Temperatur noch über 700⁰C liegt, eine Erscheinung auftreten kann, die auf den Umstand gegründet ist, da·? infolge der größeren Löslichkeit des Kohlenstoffes im Eisen bei höherer Temperstur durch schnelles Abkühlen ein Zustand der Übersättigung bei Ziraniertenperatur eintreten kann. Die Übersättigung führt zu höherer Festigkeit, geringerer Dehnbarkeit und infolgedessen zu größerer Härte und geringerer Biegefähigkeit des Baustoffes. Um diesen ITochteil zu vermeiden, ist es? nötig, durch langer-in ere Abkühlung in dem betreffenden Temperaturbereich die ellmähliche Ausscheidung überschüssigen Kohlenstoffes bei abneimendfr Temperatur zu begünstigen. Aus diesem G-runoe ist dse Temperaturgefälle im ersten Abschnitt

der dritten Züiilun^szone das geringste der ganzen Kühlung. Έ.3 vird durch ein Eippenrohr 17? in den kein streikendes Gas enthalten if-t. Aus den bereits angefahrten Umständen kann die Höhlung im zweiten Abschnitt der dritten Zone wieder beschleunigt ν erden und ee 'wird hierzu, fei] ρ der. fertigen P.ohr 1,2 ein "überzug mit einem Metall von niedrigeren! Schmelzpunkt gegeben werden soll, dieses als Kühlmittel durch die Kaamer 13 hiiidurchgeleitet. Ist ein Metallüberzug nicht erwünscht, so kann als Kühlmittel geschmolzenes Salz von geeigneter Art und physikalischer Beschaffenheit verwendet werden. Die nach der bisherigen Kühlung noch im Rohr 1,2 vorhandene Wärme kann, nachdem Metalloder Salzreste durch einen Abstreifer 20 von der Oberfläche des Rohres entfernt sind, durch Berieselung mit Wasser aus einer Brause 21 bis auf Zimmertemperatur vermindert werden.

Die zweite Ausfi T. rungs form des Erfindungsgegenst?ndes unterscheidet sich von der ersten nur durch eine andere Ausbildung der dritten und vierten Kammer des Kühlers, die hier zu einer Kammer 18 vereinigt sind. Diese hat, abgesehen von größerer Länge, dieselbe Konstruktion und Arbeitsweise wie die Kammer 18 der ersten Ausführimgsform. Der Temperaturverlauf in der dritten Zone zeigt (Abb. A) zu Anfang auf kurzer Strecke einen Temperatursturz auf etwa 37O⁰C, wonach, auf langer Strecke diese Temperatur unverändert bleibt. Auf solche /,'eise kann dasselbe Ergebnis für diese Kühlungszone erreicht werden, ^T'ie bei der ersten Ausführung^ form.

Eine dritte Ausführungsform des Srfindungsgegenstandes (Abb. 5) zeigt, was die erste, zweite und dritte

Kühlungsζone anbelangt, dieselben Verhältnisse "ie bei der zweiten Ausführungsform (Abb. 3); jedoch ist noch eine Kammer 22 angefügt, die in Fhnlicher .,eiee vie die Kammer konstruiert ist und betrieben -nird, wobei jedoch niedrigere Temperaturen bei der Kühlflüssigkeit, Lietall- oder Salzschmelze, angewendet werden. Der lem^eraturverlauf bei dieser Art von Kühlung ist in der Abb. 4 durch gestrichelte linien angedeutet. 3enutst wird diese KtIhlungeweise, wenn die G-efehr des Anlaufens und Oxyöierens bein Austritt des Rohres 1,2 aus dem Kühler besteht.

Claims (5)

Patentansprüche :

1. Kühler zur beschleunigten Kühlung geschweifter Jfietsllrobre, die in eirer ununterbrochenen Folge von Arbeitsvorgängen Tat gleichbleibender Geschwindigkeit gewalzt, geschweißt und gekühlt werden, wobei der letztere Vorgang zwecks ',Ceichß'kühlung über die Haltepunkte des betreffenden metallographischen Systems hinweg entsprechend langsam erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dal? die Gesamt-Kühleinrichtung in mehrere Kammern unterteilt ist, die im Innern von dem durchgehenden Kühlgut so voneinander getrennt sind, daC kein Cbergang der das Kühlgut in jeder Kammer unmittelbar umgebenden G-ase oder flüssigkeiten in veeentlj cherr> Ujii?n_£ e str-ttfinden kann.

2. Kahler nach Anspruch 1, dadurch ^ekennzeαchnpt, daß die einzelnen Kammern nit je eireti besonderen Kühlmittel oder Kühlmitteln verschiedener Eintrittste-npertturen

durchströmt vverden.

3. Kühler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dal3 die "beiden ersten Kammern des etwa aus vier Kammern "bestehenden Kl'hlers mit doppelten Kühlmänteln., der äußere mit Wasser, der innere mit G-as beschickt, ausgestattet sine, die dritte Kammer mit Kühlrippen für Luftkühlung, die vierte mit einfachem Lr-ntel f"r Salz- oder Metallschmelze versehen sird.

4. Kühler nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, deft unter Beibehaltung der beiden' ersten Kammern die dritte und vierte Kammer zu einer in Pich geschlossenen verlängerten Kammer vereinigt sind.

5. Kühler nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daf? sich eine weitere Kammer an die verlängerte Kaminer anschließt.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren

folgende Druckschriften*)

— in Betracht gezogen worden.