EP0268735B1 - Verfahren zur gefalzten oder gebördelten Verbindung eines Rohrteiles mit einem Verbindungsteil - Google Patents

Verfahren zur gefalzten oder gebördelten Verbindung eines Rohrteiles mit einem Verbindungsteil Download PDF

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EP0268735B1
EP0268735B1 EP19870109167 EP87109167A EP0268735B1 EP 0268735 B1 EP0268735 B1 EP 0268735B1 EP 19870109167 EP19870109167 EP 19870109167 EP 87109167 A EP87109167 A EP 87109167A EP 0268735 B1 EP0268735 B1 EP 0268735B1
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EP
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area
carried out
internal stresses
folds
fold
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EP19870109167
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Rainer Hess
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LACO SA
Original Assignee
LACO SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/06—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes in openings, e.g. rolling-in

Definitions

  • the invention described here relates to a method for the folded or flanged connection of a pipe part to a connecting part or the like according to the preamble of claim 1 (DE-A-2 323 951).
  • the object of the invention described here is to design and develop the known processes, in particular the process known from DE-A-36 17 760.1, in such a way that such a folded or flanged connection can be carried out as easily as possible in terms of the device without losing a desired determinability, for example with regard to the fold which is initially formed and with regard to the size of the respective fold.
  • an area, a "web" remains between the two fold areas, the properties of which differ from those of the areas in which the folds are supposed to form, which essentially corresponds in its properties to the larger area spanning the fold area, the properties in this area being determined by the internal stresses generated.
  • the necessary generation of the residual stresses can be carried out in very different ways.
  • a corresponding warming-up of the tube part is possible in the area overlapping the fold area with subsequent quenching.
  • the temperatures known for the respective materials are to be set, which lead to the corresponding structural reorganization, which cannot be completely reversed when quenched, as a result of which compressive or tensile stresses (in the non-heat-treated area) then occur in the tube wall.
  • the generation of the residual stresses is achieved in that the tubular part is expanded in the area overlapping the fold area and in that a stress relief annealing is carried out in the respective areas in which the folds are to be formed.
  • a hydraulic expansion as well as a mechanical expansion is possible, reference is made in particular to the description in the patent application P 36 04 994.8.
  • the stress relief annealing in the respective areas in which the folds are to be formed is carried out differently such that residual stresses remain at least in one area (in which a fold is to be formed). In this way it can be determined which area initially poses a fold during the connection process, reference being made in particular to the disclosure of patent application DE-A-36 17 760.1 with regard to the advantages associated therewith.
  • the stress relief annealing can be carried out in the context of the invention, for example, by rotating the tube part in front of a fixed heat source. It is advisable to choose the heat source and in particular the heat generated on the outer tube wall so that a geometrically precisely defined heat is achieved, which means that a (partial) stress relief annealing can be reliably set precisely in the areas in which the folds are to be formed . Accordingly, it is also essential that defined temperatures are generated in these areas on the pipe part, in order in the individual areas to be able to achieve different stress relief anneals.
  • the stress relief annealing can be carried out by means of a conventional gas burner known from a welding device.
  • the stress relief annealing can also be effected by inductive heating.
  • the procedure was such that the residual stresses were first reduced in a first report, in which a fold is to be formed, and then initially waited until this area was practically completely cooled again, and only then in the second area in which a fold was to be formed, the residual stresses were reduced.
  • This procedure ensures that practically the residual stresses that were originally applied remain in the remaining "web” with certainty.
  • a simultaneous procedure can be achieved in that shielding is carried out with respect to the remaining “web” or even corresponding cooling elements are assigned to this area.
  • the shielding can take place, for example, by means of a copper ring.
  • the drawing shows a pipe section 1, which for example could also be a curved pipe section (cf. DE-A-36 04 944.1), in a cross-sectional view, into which a mandrel 2 is inserted.
  • the mandrel 2 has an area of larger diameter 3 and an area of smaller diameter 4.
  • the transition area 5 of the mandrel 2, between the area 3 and the area 4 is designed like a shoulder and lies against a corresponding shoulder area 6 of the pipe section 1.
  • This shoulder region 6 results in a counter-holder for the printing tool 7.
  • the printing tool 7 can, for example, which is not shown in the drawing, be designed to be divided.
  • a telescopic sleeve can also be provided, for example, as described in detail in patent application P 36 17 760.1.
  • the sleeve-like tool and the pressure tool for the counter-holder are designed in a combined manner on the shoulder area 6, while a sleeve-like tool 8 and a tool 9 are each provided in a manner known per se at the front end area of the tube piece 1 .
  • the same training could of course also be chosen in the area of the counter bracket.
  • the pipe section 1 shown has, due to the expansion by means of the mandrel 2 in the area 10, not inconsiderable residual stresses. These residual stresses are reduced in the annular regions a and c, the reduction of the residual stresses in the region c being carried out to an increased extent, the region c also being chosen to be larger than the region a, so that the fold in the region c is first with a somewhat larger extent, which is described in detail in terms of its usefulness etc. in patent application P 36 17 760.1.
  • the area b remains as a “web” between the areas a and c and furthermore has the same or substantially the same residual stresses as the remaining areas of the expanded pipe part 10.
  • the method according to the invention not only makes the device described in patent application P 36 17 760.1 unnecessary, as described in detail, but, as already mentioned, there is also a much more elastic connection between the pipe part and the connecting part and less force is required for the rebate , ie less power required.
  • the countermeasure was that region a was first annealed without stress, then this region was allowed to cool until it was practically cooled again.
  • the area c was then annealed without stress, in each case to the extent described above. Care was taken to ensure that only a slight warming occurred in area b, at most to the extent that only a blue discolouration occurred. If the entire area, a, b and c together, has a dimension of approximately 60 mm, then the first area a can have a dimension of approximately 20 mm, the area of 12 mm and the area c the remaining dimension.
  • these aforementioned dimensions are only examples and correspond to a test carried out in the workshop.

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Description

  • Die hier beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren zur gefalzten oder gebördelten Verbindung eines Rohrteiles mit einem Verbindungsteil oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (DE-A-2 323 951).
  • Zur gefalzten bzw. gebördelten Verbindung eines Rohrteils mit einem Verbindungsteil sind bereits verschiedene Verfahren bekannt geworden, insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Auspuffelementen (vgl. beispielsweise die gattungsbildende DE-A-23 23 951, das DE-U-73 36 778 und die nachveröffentlichten DE-A-36 04 921.2 und DE-A-36 17 760). Besondere Vorschläge sind hierbei bezüglich Ausbildung gefalzter Verbindungen bei gekrümmten Rohrteilen (nachveröffentlichte DE-A-36 04 994.8) und zur größen- und zeitpunktmäßig gesteuerten Ausbildung des einen und des anderen Falzes (DE-A-36 17 760.1) gemacht worden.
  • Wenn auch insbesondere das letztgenannte Verfahren sich in der Praxis gut bewährt hat, so ist es doch noch mit gewissen Unzulänglichkeiten verbunden. Insbesondere ist eine aufwendige Vorrichtung erforderlich, um die zeitlich und größenmäßig gewünschte Ausbildung der einzelnen Falze zu erreichen.
  • Im Hinblick auf den vorerwähnten Stand der Technik stellt sich der hier beschriebenen Erfindung die Aufgabe, die bekannten Verfahren, insbesondere das aus der DE-A-36 17 760.1 bekannte Verfahren so auszugestalten und weiterzubilden daß eine derartige gefalzte oder gebördelte Verbindung vorrichtungsmäßig möglichst einfach durchzuführen ist, ohne daß eine gewünschte Bestimmbarkeit etwa hinsichtlich des sich zunächst ausbildenden Falzes und hinsichtlich der Größe des jeweiligen Falzes verloren geht.
  • Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß allein durch eine Erzeugung von Eigenspannungen und eine gezielte Veränderung dieser Eigenschaften in bestimmten Bereichen dem Rohrteil Eigenschaften aufgegeben werden können, die eine Ausbildung der Falze in bestimmten Bereichen ohne weiteres, d.h. ohne besondere zusätzliche Maßnahmen möglich macht.
  • Wesentlich ist, daß, wie sich aus der zuvor gegebenen Lehre insbesondere im Zusammenhang gesehen mit den weiter oben erwähnten, bereits bekannten Verfahren ergibt, zwischen den beiden Falzbereichen ein Bereich, ein "Steg", verbleibt, dessen Eigenschaften sich von denjenigen der Bereiche, in denen die Falze sich ausbilden sollen, unterscheidet, der also im wesentlichen in seinen Eigenschaften dem größeren, den Falzbereich übergreifenden Bereich entspricht, wobei die Eigenschaften in diesem Bereich durch die erzeugten Eigenspannungen bestimmt sind.
  • In Ausgestaltung des Verfahrens kann die notwendige Erzeugung der Eigenspannungen auf sehr verschiedene Weisen vorgenommen werden. Beispielsweise ist zunächst eine entsprechende Aufwärmung des Rohrteiles in dem den Falzbereich übergreifenden Bereich mit einer nachfolgenden Abschreckung möglich. Hierbei sind dann die für die jeweiligen Werkstoffe bekannten Temperaturen einzustellen, die zur entsprechenden Gefügeumbildung, die beim Abschrecken nicht vollständig rückgängig gemacht werden kann, führen, wodurch sich dann in der Rohrwand Druck- bzw. Zugspannungen (in dem nicht wärmebehandelten Bereich) einstellen.
  • Darüber hinaus, und im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt ist es aber auch möglich, daß die Erzeugung der Eigenspannungen dadurch erreicht wird, daß das Rohrteil in dem den Falzbereich übergreifenden Bereich aufgeweitet wird und daß in den jeweiligen Bereichen, in denen die Falze sich ausbilden sollen, eine Spannungsfreiglühung vorgenommen wird. Bezüglich des Aufweitens, wozu sich ein hydraulisches Aufweiten wie auch ein mechanisches Aufweiten anbietet, wird insbesondere auch auf die Beschreibung in der Patentanmeldung P 36 04 994.8 Bezug genommen.
  • In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist bevorzugt vorgesehen, daß die Spannungsfreiglühung in den jeweiligen Bereichen, in denen die Falze sich ausbilden sollen, unterschiedlich so durchgeführt wird, daß zumindest in einem Bereich (in dem sich ein Falz ausbilden soll) Restspannungen verbleiben. Hierdurch kann bestimmt werden, welcher Bereich sich bei dem Verbindungsvorgang zunächst zu einem Falz aufwirft, wobei bezüglich der hiermit verbundenen Vorteile etc. insbesondere auf die Offenbarung der Patentanmeldung DE-A-36 17 760.1 verwiesen wird.
  • Die Spannungsfreiglühung kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß das Rohrteil vor einer feststehenden Wärmequelle rotiert. Es empfiehlt sich, die Wärmequelle und insbesondere die dadurch erzeugte Wärmeeinwirkung auf der Rohraußenwand so zu wählen, daß eine geometrisch genau abgegrenzte Wärmeeinwirkung erreicht wird, wodurch sich zuverlässig genau in den Bereichen eine (teilweise) Spannungsfreiglühung einstellen läßt, in denen die Falze sich ausbilden sollen. Entsprechend ist es auch wesentlich, daß definierte Temperaturen in diesen Bereichen auf dem Rohrteil erzeugt werden, um in den einzelnen Bereichen unterschiedliche Spannungsfreiglühungen erreichen zu können. Beispielsweise kann die Spannungsfreiglühung mittels eines gewöhnlichen, von einer Schweißvorrichtung her bekannten, Gasbrenners vorgenommen werden.
  • Natürlich kann die Spannungsfreiglühung auch durch induktive Erhitzung bewirkt werden.
  • Bei einer praktischen Durchführung des Verfahrens, bislang ohne eigens hierfür konstruierte Vorrichtungen, sondern lediglich mit werkstattmäßig vorhandenen Mitteln, ist so vorgegangen worden, daß zunächst in einem ersten Bericht, in dem ein Falz sich ausbilden soll, die Eigenspannungen vermindert worden sind, sodann zunächst zugewartet wurde, bis dieser Bereich praktisch vollkommen wieder abgekühlt war, und dann erst in dem zweiten Bereich, in dem ein Falz sich ausbilden sollte, die Eigenspannungen vermindert worden sind. Dieses Vorgehen stellt sicher, daß in dem verbleibenden "Steg" mit Sicherheit praktisch die Eigenspannungen verbleiben, die ursprünglich aufgebracht worden sind. Eine Gleichzeitigkeit des Vorgehens kann dem gegenüber dadurch erreicht werden, daß bezüglich des verbleibenden "Stegs" eine Abschirmung vorgenommen wird, oder sogar entsprechende Kühlelemente diesem Bereich zugeordnet werden. Die Abschirmung kann beispielsweise mittels eines Kupferrings erfolgen.
  • Insgesamt lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, auch schon gemäß seiner weiter oben beschriebenen grundsätzlichen Ausgestaltung, elastischere Falz- bzw. Bördelverbindungen erreichen. Darüber hinaus ist auch zur Falzausbildung weniger Kraft, d.h. weniger Leistung erforderlich.
  • Nachstehend wird die Erfindung noch anhand der beigefügten, jedoch lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden, Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein mittels eines Dornes aufgeweitetes Rohrteil, welches in bestimmten Bereichen spannungsfrei geglüht ist.
  • In einzelnen zeigt die Zeichnung ein Rohrstück 1, welches beispielsweise auch ein gekrümmtes Rohrstück sein könnte (vgl. DE-A-36 04 944.1), in Querschnittsdarstellung, in welches ei Dorn 2 eingeführt ist. Der Dorn 2 besitzt einen Bereich größeren Durchmessers 3 und einen Bereich kleineren Durchmessers 4. Der Übergangsbereich 5 des Dornes 2, zwischen dem Bereich 3 und dem Bereich 4, ist schulterartig ausgebildet und liegt an einem entsprechenden Schulterbereich 6 des Rohrstückes 1 an. Dieser Schulterbereich 6 ergibt eine Gegenhalterung für das Druckwerkzeug 7. Das Druckwerkzeug 7 kann beispielsweise, was auf der Zeichnung nicht zu erkennen ist, geteilt ausgeführt sein. Auch kann beispielsweise eine Teleskophülse vorgesehen sein, wie sie im einzelnen in der Patentanmeldung P 36 17 760.1 beschrieben ist.
  • Wie zu erkennen ist, ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das muffenartige Werkzeug und das Druckwerkzeug für die Gegenhalterung an dem Schulterbereich 6 kombiniert ausgebildet, während an dem vorderen Endbereich des Rohrstückes 1 in an sich bekannter Weise je ein muffenartiges Werkzeug 8 und ein Werkzeug 9 vorgesehen sind. Gleiche Ausbildung könnte natürlich auch im Bereich der Gegenhalterung gewählt sein.
  • Das dargestellte Rohrstück 1 weist durch die Aufweitung mittels des Dornes 2 in dem Bereich 10 nicht unbeträchtliche Eigenspannungen auf. Diese Eigenspannungen sind in den kreisringförmigen Bereichen a und c vermindert, wobei die Verminderung der Eigenspannungen in dem Bereich c in erhöhtem Maße durchgeführt worden ist, wobei der Bereich c auch größer gewählt ist als der Bereich a, damit sich der Falz in dem Bereich c zuerst mit einem etwas größeren Ausmaß ausbildet, was hinsichtlich seiner Zweckmäßigkeit usw. im einzelnen in der Patentanmeldung P 36 17 760.1 beschrieben ist.
  • Der Bereich b verbleibt als "Steg" zwischen den Bereichen a und c und weist weiterhin die gleichen oder im wesentlichen die gleichen Eigenspannungen auf wie die verbleibenden Bereiche des aufgeweiteten Rohrteiles 10.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht nur wie im einzelnen beschrieben die in der Patentanmeldung P 36 17 760.1 beschriebene Vorrichtung unnötig, sondern, wie auch bereits erwähnt, stellt sich auch eine wesentlich elastischere Verbindung zwischen dem Rohrteil und dem Verbindungsteil ein und ist zur Auffalzung weniger Kraft, d.h. weniger Leistung erforderlich.
  • Bei einer praktischen Durchführung des Verfahrens wurde so vorgegen-gen, daß zunächst der Bereich a Spannungsfrei geglüht wurde, dann dieser Bereich so lange abkühlen gelassen wurde, bis er praktisch wieder erkaltet war. Sodann wurde der Bereich c Spannungsfrei geglüht, jeweils in dem Ausmaß, wie zuvor schon beschrieben. Es wurde darauf geachtet, daß in dem Bereich b nur eine geringe Erwärmung auftrat, allenfalls soweit, daß lediglich eine Blauverfärbung eintrat. Wenn der gesamte Bereich, a, b und c zusammen, etwa ein Ausmaß von 60 mm hat, so kann der erste Bereich a etwa eine Abmessung von 20 mm aufweisen, den Bereich von 12 mm und der Bereich c das verbleibende Maß. Diese vorgenannten Maße sind jedoch lediglich beispielhaft und entsprechen einem werkstattmäßig durchgeführten Versuch.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims (5)

  1. Verfahren zur gefalzten oder gebördelten Verbindung eines metallischen Rohrteiles (1) mit einem Verbindungsteil oder dergleichen, das einen das Rohrteil (1) im wesentlichen umfassenden, mit diesem Zusammenwirkenden Fußbereich aufweist, wobei durch axiale Beaufschlagung und radiale Führung in dem Rohrteil (1) beidseitig des Verbindungsteiles mit dem Fußbereich zusammenwirkende Falze ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor der axialen Beaufschlagung nacheinander folgende Schritte ausgeführt werden:
    - Erzeugen von Eigenspannungen in dem Rohrteil (1) nur in denjenigen Bereichen (a,c), in denen die Falze ausgebildet werden sollen, und dem dazwischen liegenden Bereich (b) und
    - zumindest teilweise Abbauen der Eigenspannungen durch Glühen in denjenigen Bereichen (a,c), in denen die Falze ausgebildet werden sollen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung von Eigenspannungen durch Aufweiten erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung von Eigenspannungen durch Erwärmen und anschließendes Abschrecken erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbauen der Eigenspannungen in den verschiedenen Falzbereichen (a,c) mit unterschiedlichen Intensitäten ausgeführt wird, wobei zumindest in einem der Falzbereiche Restspannungen verbleiben.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen durch Rotieren des Rohrteiles vor einer feststehenden Wärmequelle erfolgt.
EP19870109167 1986-10-31 1987-06-26 Verfahren zur gefalzten oder gebördelten Verbindung eines Rohrteiles mit einem Verbindungsteil Expired - Lifetime EP0268735B1 (de)

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