EP0322758A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung der Schweissnaht an längsge-schweissten Metallrohren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP0322758A1
EP0322758A1 EP88121471A EP88121471A EP0322758A1 EP 0322758 A1 EP0322758 A1 EP 0322758A1 EP 88121471 A EP88121471 A EP 88121471A EP 88121471 A EP88121471 A EP 88121471A EP 0322758 A1 EP0322758 A1 EP 0322758A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
weld seam
arc
area
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP88121471A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Dipl.-Ing. Crome
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schoeller Werk & Co KG GmbH
Schoeller GmbH and Co KG Deutschland
Original Assignee
Schoeller Werk & Co KG GmbH
Schoeller GmbH and Co KG Deutschland
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Filing date
Publication date
Application filed by Schoeller Werk & Co KG GmbH, Schoeller GmbH and Co KG Deutschland filed Critical Schoeller Werk & Co KG GmbH
Publication of EP0322758A1 publication Critical patent/EP0322758A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0807—Tube treating or manipulating combined with, or specially adapted for use in connection with tube making machines, e.g. drawing-off devices, cutting-off
    • B21C37/0811—Tube treating or manipulating combined with, or specially adapted for use in connection with tube making machines, e.g. drawing-off devices, cutting-off removing or treating the weld bead
    • 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
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints

Definitions

  • the invention relates to a method for heat treatment of the weld seam of longitudinally welded metal pipes, in particular of austenitic, ferritic or austenitic-ferritic steels, the pipes being solution-annealed only in the area of the weld seam and its lateral heat-affected zones.
  • the material In order to remedy this, it is necessary to keep the material at a temperature which is above the normal solution temperature for a relatively long period of time, so that the alloy component in question, for example the molybdenum, by diffusion again the desired and required uniform concentration distribution in the Occupies weld.
  • the temperature required for this the level of which depends on the pipe material to be treated, must be set so high that the material does not melt or become dough.
  • the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, which enables a targeted supply of heat to the weld seam, allows high throughput speeds, despite high throughput speeds in terms of energy supply is well regulated and also allows the heat treatment of pipes with small pipe diameters.
  • the object is achieved in that the area to be heated is heated by means of at least one arc generated with a non-melting electrode at least to a temperature required for the solution annealing of the tube material in question, but below the melting temperature, under protective gas and kept at this temperature for a predeterminable period of time and is then quickly cooled under protective gas.
  • a non-melting electrode By using an arc directed at the area to be heated, it is possible to supply the required thermal energy in a targeted and precisely metered manner.
  • By appropriate dimensioning of the electrodes it is thus possible to anneal even pipes with a small diameter in a targeted manner only in the area of the weld seam, without the remaining pipe area being heated to such an extent that deformations occur.
  • This method is particularly advantageous for a continuous treatment of pipes, so that it is also possible to arrange the heat treatment on-line of a welding device. While heating with only one arc can be sufficient at low throughput speeds, it is expedient for high throughput speeds of the pipe to be treated if more than one Arcs are spaced one behind the other so that the weld seam can be kept at the required temperature for a holding time of several seconds despite the high throughput speed.
  • the protective gas supply in the heating area prevents oxidation of the material. After leaving the heating zone, the pipe must be cooled, with the above-mentioned stainless steels being cooled as quickly as possible and under protective gas.
  • the amount of heat to be supplied can be changed quickly when using an arc, it is possible according to a further embodiment of the method according to the invention to adjust the amount of heat to be supplied such that the tube material in the area to be heated does not become doughy. At such a high temperature, the rate of diffusion of the individual alloy components in the material is increased, thus ensuring that the alloy elements in the weld seam after the heat treatment are in the same distribution in the weld seam as in the rest of the pipe material.
  • the relative movement between the tube and the arc in the longitudinal direction of the tube is additionally superimposed with a reciprocating transverse movement and / or longitudinal movement.
  • a wide-ranging arc is generated and thermal energy is specifically supplied to the heat affected zones.
  • the heat supply is evened out and slight geometric deviations in the assignment between the weld seam and the arc are compensated.
  • the amplitude of the movement of the arc corresponds approximately to the width of the weld seam.
  • the movement of the arc is expediently generated by pulsating magnetic fields, it being possible for both a pulsating direct field and an alternating field to be used here.
  • the pulsation frequency is expediently adjustable. However, the method can also be used with the normal mains frequency of 50 Hertz.
  • the current intensity and / or current voltage can be set independently for each individual arc. This makes it possible to heat the welded seam over a longer distance, i.e. So to keep it within a predetermined, narrowly limited temperature range over a longer period of time.
  • the current intensity and / or current voltage of at least the first arc seen in the direction of passage is regulated as a function of the surface temperature of the area to be heated, preferably of the heated area which is running off.
  • the area of the tube facing away from the weld seam is cooled in the area of action of the arc. This ensures, in particular for pipes with a small pipe diameter, that the dimensional stability is maintained despite the high heating in the weld area.
  • the electric current introduced into the tube via the arc is dissipated via at least one sliding contact resiliently abutting the tube surface. This results in definable contact resistances between the tube and the sliding contact, so that the current supply to the arc can be set very precisely and can therefore also be regulated very precisely. This improves the control accuracy, so that the heating can be brought up to the highest, just admissible upper temperature limit, without the pipe being deformed or the material liquefying in the weld area.
  • the current is dissipated via the sliding contact in each case in the area of action of an arc and the amount of heat introduced into the pipe to be treated via the arc is dissipated via a coolant guided by the sliding contact.
  • this also achieves highly effective cooling of the pipe in the area of the heat supply, since the contact between the sliding contact and the pipe wall necessary for good current passage also brings about good heat transmission.
  • the method according to the invention can be carried out after mechanical strain hardening of the weld seam by rolling or hammering.
  • the welded tube is first cooled to room temperature, work-hardened and then has to be heated again to the required temperature by means of an arc, preferably by means of several arcs, and kept at this temperature for the desired period of time.
  • the welding seam is heated to the temperature required for solution annealing by at least one electric arc directly at the production of the welding seam.
  • solution annealing is carried out in "one heat" after the welding process, so that the arcs need only be adjusted with regard to the energy supply in such a way that the temperature level required for solution annealing in the weld seam is maintained for a predetermined period of time.
  • the weld seam is flushed with a protective gas over a predetermined distance.
  • a protective gas can also be a protective gas mixture, for example a mixture of argon and nitrogen, so that the nitrogen content in the material cannot change with corresponding steels.
  • the invention further relates to a device for heat treatment of the weld seam on longitudinally welded metal pipes, in particular of austenitic, ferritic or austenitic-ferritic steels, with a heating device directed essentially only at the weld seam and its lateral heat-affected zones and a subsequent cooling device.
  • At least one non-melting heating electrode provided with a protective gas supply, is provided on a guide frame for guiding the pipe to be treated, which is connected to a power source and that is preferably behind the electrode in the inlet area to the cooling zone for the weld seam is a nozzle arrangement for purging the annealed weld seam with a protective gas.
  • Such a device has the advantage that a targeted supply of heat to the weld seam and its lateral heat-affected zones is possible in the passage and at a relatively high passage speed, both with regard to the geometrical alignment of the heat supply, since the arc generated with the electrode is guided specifically to the area to be heated , as well as with regard to the heat energy to be supplied, since a direct sensitive control of the heat supply is possible by regulating the current intensity and / or the voltage.
  • a nozzle arrangement for purging the annealed weld with a protective gas is provided at least in the inlet area to the cooling zone, the still glowing weld protected against oxidation.
  • the protective gas jacket attached via the nozzle arrangement is also dragged into the cooling zone through the continuous tube and thus an inert gas atmosphere can also be maintained in the cooling zone.
  • the protective gas can be supplied as a defined gas or as a gas mixture, for example in the form of an argon-nitrogen mixture.
  • current return contacts which can be applied to the tube are provided.
  • the current return flow over the rollers and the roller frame is sufficient.
  • the roller bearings usually ball bearings, do not have a precisely definable contact resistance.
  • the current reflux contacts there is a definable contact resistance in the current return, so that the current intensity and / or the voltage in the arc, which is crucial for the heat supply, can be set much more precisely and can be regulated very precisely in the case of automatic control.
  • any temperature holding time can be specified for any throughput speed.
  • the higher the throughput speed the greater the number of electrodes must be, so that a certain temperature level can be maintained for a predetermined time for a discrete point of the weld seam.
  • the distance between the individual electrodes also depends on the throughput speed. At low throughput speeds, the electrodes must be arranged closer together, while at higher throughput speeds, the distances can be chosen larger.
  • each electrode is preferably assigned its own control device, the energy supply for the subsequent electrodes can be regulated so far that practically only the heat losses due to the radiation and the unavoidable cooling are compensated for by the protective gas supplied.
  • a temperature sensor is provided which is directed towards the weld seam to be heated and is connected to the control device for changing the current intensity and / or current voltage. At least in the first electrode seen in the direction of flow, this temperature sensor is arranged behind the electrode if the tube to be treated is to be heated from room temperature to the annealing temperature.
  • the temperature sensor can be arranged in front of the first electrode as viewed in the direction of passage, since the heat energy to be supplied for the heat treatment is then dependent on the Temperature level of the weld to be treated.
  • the nozzle arrangement for Inert gas purging of the annealed weld seam is formed by a gas-permeable sintered body which extends in the longitudinal direction and is known per se and which is connected to an inert gas source.
  • At least one resiliently pressed sliding jaw is provided as the current return contact, which engages around the continuous tube on its side facing away from the weld seam over part of the tube circumference.
  • Such a sliding jaw has a large contact area, so that the contact resistance between the tube and the sliding jaw is low and at the same time voltage or current peaks are avoided, which would otherwise lead to arcing.
  • the sliding jaw is partially hollow and a coolant flows through it. If the sliding jaw is arranged directly in the area of action of an electrode, the amount of heat supplied to the weld seam is dissipated very rapidly and continuously via the part of the pipe facing away from the weld seam, so that the pipe material in this area cannot heat up to a temperature, in which deformation under the influence of the dead weight is already possible.
  • the pipe remains dimensionally stable, so that despite the high heating of the weld seam and the lateral heat-affected zones up to the limit where the pipe material becomes dough, no deformation of the weld seam area can occur.
  • the cooling zone is formed by a double-walled cooling tube, the inner tube of which encompasses the glowing continuous tube with a small gap and that a coolant flows through the interior of the double wall.
  • a protective housing which surrounds the tube to be annealed in the electrode area and is tightly connected on the tube outlet side to the inner tube of the cooling tube. This arrangement ensures that a protective gas atmosphere is continuously present in the area to be heated. The protective gas is dragged into the inner tube of the cooling tube through the continuous tube, so that an inert gas atmosphere is also present in the cooling tube.
  • This effect is particularly given when a nozzle arrangement is provided directly behind the last electrode, via which a protective gas or a protective gas mixture is applied directly to the still glowing weld seam.
  • the protective housing is provided on the pipe entry side with means for sealing against the entry of air.
  • at least one sealing collar lying against the pipe circumference can be provided for sealing. This sufficiently prevents ambient air from being introduced into the protective housing filled with protective gas via the incoming pipe.
  • a vacuum chamber can be assigned to the protective housing on the pipe entry side be in connection with a suction, the tube inlet opening of the vacuum chamber having a labyrinth chamber. This ensures that protective gas is continuously extracted from the protective housing against the direction of flow of the tube and that the small amounts of air carried in via the labyrinth seal are drawn off with the extracted protective gas and practically cannot penetrate into the protective housing.
  • the glow electrodes are arranged directly behind the welding station in which the weld seam to be glowed is placed and that the protective housing surrounds the welding station and the glow station.
  • the tube 1 shown in cross section in FIG. 1 was first bent continuously from a flat steel strip running from a coil into a tube in a roller station, the mutually facing edges of the initially still open slot then continuously in a welding station, preferably an arc Welding station to be welded under protective gas.
  • a welding station preferably an arc Welding station to be welded under protective gas.
  • the welding process in the weld seam creates segregations with local ones Differences in the concentration of individual alloy components, which can extend to varying degrees in the heat-affected zones 3 directly adjacent to both sides of the weld seam.
  • the weld seam is now heated to a temperature so high with the aid of an arc 5 generated by an electrode 4 that the segregations are balanced out again.
  • the important thing here is to set the temperature as high as possible and to maintain it over a period of several seconds, for example over a period of up to 30 seconds.
  • the level of the temperature depends on the respective pipe material and is limited here by the temperature at which the material begins to dough.
  • the arc is connected to a power source 6 '.
  • the arc is directed specifically at the weld seam, the current intensity and / or the current voltage being set via a control device 6.
  • a temperature sensor 7 for example a radiation pyrometer, can be used to measure the surface temperature directly behind the arc 5, for example when viewed in the direction of passage of the tube, and the current intensity can be readjusted automatically via the control device 6.
  • the applied voltage is always predefined via the distance between the electrode tip and the workpiece surface. By means of an appropriate control device, however, it is also possible to regulate this value continuously depending on the surface temperature by appropriate adjustment of the electrode 4.
  • the electrode 4 a non-melting tungsten electrode, is surrounded by a nozzle 8, which is connected via a feed line 9 is connected to a protective gas source so that the electrode 4 is continuously cooled with protective gas via the nozzle 8 and at the same time the area of the workpiece heated by the arc 5 is under a protective gas jacket.
  • a reciprocating transverse and / or longitudinal movement of the arc 5 is superimposed on the longitudinal movement of the tube 1. This can be done by mechanically pivoting the electrode 4.
  • the arc is deflected in the longitudinal direction via a pulsating magnetic field, represented here by two pole shoes 10, which can be a pulsating alternating field or a pulsating direct field.
  • a deflection in the transverse direction takes place accordingly by pole shoes aligned in the longitudinal direction of the tube. This makes it possible to provide transverse movements at a high frequency, for example at a frequency of 50 Hertz, so that even at high throughput speeds, a uniform supply of heat to the heat-affected zones 3 is also achieved.
  • the current return flow to the power source takes place via sliding jaws 11 lying laterally on the tube wall, which grip around the tube circumference on the side facing away from the weld seam 2.
  • the sliding jaws 11 are pressed against the tube circumference by means of springs 12. If there are several electrodes arranged one behind the other, a correspondingly long sliding jaw is sufficient as a current return contact and cooling element.
  • the sliding jaws 11 are also hollow, in the illustrated embodiment, holes 13 are provided through which a coolant flow can be passed. This ensures a reliable outflow of heat in the pipe area facing away from the weld seam 2, so that despite the heating of the seam area up to temperature areas in which the pipe material is almost would deform, the dimensional stability of the entire pipe is guaranteed by the continuous strong heat dissipation in this area.
  • the sliding jaws 11 also ensure a practically constant volume resistance for the flowing current, so that a very precise, temperature-dependent regulation of the current strength is possible.
  • the device shown in FIG. 2 for the production of longitudinally welded tubes from a sheet metal strip essentially consists of a delivery spool 14 on which a metal strip 15 is wound.
  • the metal strip 15 is now passed through a forming station 16 provided with a plurality of forming rolls, in which a slotted tube is produced from the flat metal strip with the aid of several, preferably loosely running pairs of forming rolls 17, 18 and 19, which tube then passes through a welding station 20 in which it held by a pair of welding rollers 21 and the longitudinal slot is welded with the help of a welding electrode 22 by means of an arc under protective gas to form a closed seam.
  • the finished welded tube 23 can then be deburred using a deburring device 24, only the deburring knife acting on the outer wall being shown here.
  • a deburring device 24 only the deburring knife acting on the outer wall being shown here.
  • the structure and operation of the deburring device are known.
  • a heat treatment station is now connected directly to the welding station, in which the finished weld seam is heat-treated while the welding heat is still in order to largely eliminate the segregation of alloying elements that occurred during welding.
  • the heat treatment station now consists, as shown in FIG. 1, of a plurality of electrodes 4 arranged one behind the other, each of which is surrounded by a protective gas nozzle. With the help of the electrodes 4, each of which is connected to its own, controllable power supply, it is now over a longer passage maintain the annealing temperature specified by the respective material.
  • the welding station and the heat treatment station are enclosed by a common protective housing 25, so that the weld seam is in a protective gas atmosphere during the entire cycle time.
  • nozzle arrangement 26 which, for example, consists of a gas-permeable sintered body and which is connected to a protective gas source.
  • Protective gas for example argon or a protective gas mixture, for example argon / nitrogen, can be supplied via this nozzle arrangement 26 to cool the weld seam.
  • the nozzle arrangement 26 extends into the area of the outlet opening 27 of the protective housing 25.
  • a cooling device 28 which essentially consists of a double-walled tube, the inner tube 29 of which surrounds the continuous tube 23 at a short distance.
  • the interior 30 of the double wall is connected to a coolant supply and a coolant flows through it.
  • the flow of coolant is expediently carried out in direct current, since it is particularly important to cool the glowing weld seam as quickly as possible in order to avoid disadvantageous structural changes.
  • the protective gas atmosphere is also maintained within the cooling device 28, since protective gases are continuously carried along by the tube 23 passing through, in particular from the area of the nozzle arrangement 26.
  • the finished pipe 23 After exiting the cooling station, the finished pipe 23 passes through a calibration station 31, which is not shown here in more detail and which has at least two pairs of rollers arranged offset by 90 ° to one another and in which the pipe is given the final shape, for example an almost exact circular shape.
  • the finished tube is then pulled through the entire system via a pulling device 32, which is preferably formed from two endless pulling crawlers 33 which clamp the finished tube between them and which is connected to a drive. All pairs of rollers, namely both the roller pairs of the forming station 16 and the roller pairs of the welding station 20 and the calibration station 31, are designed to run freely, i.e. are not connected to their own drive.
  • the crawler tracks 33 essentially each consist of an endlessly circulating support chain 34 which is equipped with a plurality of shaped claws 35.
  • the mold claws 35 encompass the pipe 23 to be transported in each case almost half the outer circumference.
  • the two crawler tracks are pressed against each other hydraulically or by spring force.
  • a caterpillar designed in this way in connection with the arrangement of loose rollers in the entire system causes the slot of the slotted tube and then the finished weld seam to run exactly straight, and thus are positioned precisely along the welding electrode 22 and then under the glow electrodes 4 can.
  • An additional controlled transverse movement of the electrodes can be omitted.

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Abstract

Bei längsnahtgeschweißten Rohren aus korrosionsbeständigen Stählen treten in der Schweißnaht und in der angrenzenden Wärmeeinflußzone Seigerungen auf, die zu örtlich unterschiedlicher Konzentration von Legierungselementen, beispielsweise des Molybdän führen. Dies hat eine erhöhte Korrosiosnanfälligkeit der Rohre im Schweißnahtbereich zur Folge. Um dem abzuhelfen, wird die Schweißnaht (2) und die Wärmeeinflußzone (3) im Durchlauf mittels wenigstens eines Lichtbogens (5) unter Schutzgas auf die für ein Lösungsglühen erforderliche Temperatur aufgeheizt, über einen vorgebbaren Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten und anschließend unter Schutzgas abgekühlt. Über den Lichtbogen ist eine gezielte und genau dosierbare Wärmezufuhr möglich. Aufgrund der hohen Aufheizgeschwindigkeit sind hohe Durchlaufgeschwindigkeiten für das Rohr erzielbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung der Schweißnaht von längsnahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere aus austenitischen, ferritischen oder austenitisch-ferritischen Stählen, wobei die Rohre nur im Bereich der Schweißnaht und ihrer seitlichen Wärmeeinfluß­zonen lösunsgeglüht werden.
  • Bei längsnahtgeschweißten Rohren aus korrosionsbeständigen Stählen ist es erforderlich, nach dem Längsnahtschweißen zur Reduzierung der Spannung und zur Behebung der durch den Schweißprozeß aufgetretenen Seigerungen die Längsnaht einer weiteren Wärmebehandlung zu unterwerfen. Insbesondere bei korrosionsbeständigen Stählen, die mit Nickel, Chrom und/oder Molybdän legiert sind, tritt durch den Schweiß­vorgang eine "Entmischung" in der Schweißnaht und in der zu beiden Seiten angrenzenden Wärmeeinflußzone auf, so daß beispielsweise der Legierungsbestandteil Molybdän im Material der Schweißnaht und in der angrenzenden Wärmeein­flußzone nicht mehr in einer gleichmäßigen Konzentration vorhanden ist. Die örtlichen Konzentrationsunterschiede im Schweißnahtbereich führen dann beim Einsatz derartiger Rohre, beispielsweise in Wasserdampf-Kondensatoren, zur Lochkorrosion.
  • Um dies zu beheben, ist es erforderlich, das Material über einen verhältnismäßig langen Zeitraum auf einer Temperatur zu halten, die über der normalen Lösungstemperatur liegt, so daß der betreffende Legierungsbestandteil, beispielsweise das Molybdän, durch Diffusion wieder die gewünschte und erforderliche gleichmäßige Konzentrationsverteilung in der Schweißnaht einnimmt. Die hierzu erforderliche Temperatur, deren Höhe von dem jeweils zu behandelnden Rohrwerkstoff abhängt, muß so hoch angesetzt werden, daß ein Aufschmelzen bzw. Teigigwerden des Materials gerade nicht eintritt.
  • Die herkömmliche Glühbehandlung in einem Glühofen läßt sich beispielsweise bei großen Werkstücken nicht durchführen, so daß hierfür bereits in der US-PS 3 731 051 vorgeschlagen wurde, nur die Schweißnaht und die seitlich angrenzenden Wärmeeinflußzonen auf die erforderlichen Temperaturen aufzu­heizen und zwar mit Hilfe von Quarzstrahlern.
  • Für die Wärmebehandlung der Schweißnaht an längsnahtge­schweißten Rohren wurde ferner gemäß der US-PS 2 673 276 vorgeschlagen, die erforderliche Aufheizung durch einen linienförmig über der Schweißnaht des durchlaufenden Rohres angebrachten Induktionsheizer mittels eines Hochfrequenz­stromes aufzuheizen und zwar auf eine Temperatur, die etwa 38°C über der sogenannten kritischen Temperatur des betreffen­den Materials liegt. Die zu installierende elektrische Leistung ist hierbei sehr erheblich und mit einer großen Verlustleistung verbunden. Ein weiterer Nachteil bei der vorbekannten Verfahrensweise besteht darin, daß eine Regelung der Glühtemperatur verhältnismäßig träge ist, so daß aus Sicherheitsgründen mit einer etwas niedrigeren Temperatur gefahren werden muß. Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Einrichtung besteht darin, daß bei den erforderlichen elektri­schen Leistungen die linienförmig ausgebildeten Induktions­spulen sehr groß ausfallen, so daß eine gezielte Wärmebehand­lung der Schweißnaht und der angrenzenden Wärmeeinflußzonen nur bei Rohren mit größeren Durchmessern möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das eine gezielte Wärmezufuhr zur Schweißnaht ermöglicht, hohe Durchlaufge­schwindigkeiten gestattet, trotz hoher Durchlaufgeschwindig­keiten hinsichtlich der Energiezufuhr gut regelbar ist und auch die Wärmebehandlung von Rohren mit geringen Rohr­durchmessern erlaubt.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der aufzuheizende Bereich mittels wenigstens eines mit einer nichtschmelzenden Elektrode erzeugten Lichtbogens mindestens auf eine für das Lösungsglühen des betreffenden Rohrmaterials erforderliche, jedoch unter der Schmelztemperatur liegende Temperatur unter Schutzgas aufgeheizt und über einen vorgebba­ren Zeitraum auf dieser Temperatur gehalten und anschließend unter Schutzgas schnell abgekühlt wird. Durch die Verwendung eines auf den aufzuheizenden Bereich gerichteten Lichtbogens ist es möglich, die erforderliche Wärmeenergie gezielt und genau dosierbar zuzuführen. Durch entsprechende Bemessung der Elektroden ist es somit möglich, selbst Rohre mit geringem Durchmesser gezielt nur im Schweißnahtbereich zu glühen, ohne daß der übrige Rohrbereich so hoch erhitzt wird, daß Verformungen auftreten. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft für eine Durchlaufbehandlung von Rohren, so daß es auch möglich ist, die Wärmebehandlung on-line einer Schweißeinrichtung nachzuordnen. Während bei geringen Durch­laufgeschwindigkeiten die Aufheizung über nur einen Licht­bogen ausreichen kann, ist es für hohe Durchlaufgeschwindig­keiten des zu behandelnden Rohres zweckmäßig, wenn mehrere Lichtbögen im Abstand hintereinander angeordnet sind, so daß trotz hoher Durchlaufgeschwindigkeit die Schweißnaht über eine Haltezeit von mehreren Sekunden auf der erforder­lichen Temperatur gehalten werden kann. Durch die Schutzgas­zufuhr im Heizbereich wird eine Oxidation des Materials vermieden. Nach dem Verlassen der Heizzone muß das Rohr abgekühlt werden, wobei bei den vorstehend genannten nicht­rostenden Stählen die Abkühlung möglichst schnell und unter Schutzgas erfolgen muß.
  • Da bei der Verwendung eines Lichtbogens die zuzuführende Wärmemenge schnell veränderbar ist, ist es gemäß weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die zuzuführende Wärmemenge so einzustellen, daß das Rohr­material im aufzuheizenden Bereich gerade nicht teigig wird. Bei einer derart hohen Temperaturlage wird die Diffu­sionsgeschwindigkeit der einzelnen Legierungs-Komponenten im Material erhöht und somit sichergestellt, daß die Legie­rungselemente in der Schweißnaht nach der Wärmebehandlung sich in der Schweißnaht in der gleichen Verteilung befinden wie im übrigen Rohrwerkstoff.
  • In bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Relativbewegung zwischen Rohr und Licht­bogen in Rohrlängsrichtung zusätzlich eine hin- und hergehen­de Querbewegung und/oder Längsbewegung überlagert wird. Hierdurch wird sowohl ein breit gefächerter Lichtbogen erzeugt als auch den Wärmeeinflußzonen gezielt Wärmeenergie zuge­führt. Die Wärmezufuhr wird vergleichmäßigt und geringfügige geometrische Abweichungen in der Zuordnung zwischen Schweiß­naht und Lichtbogen werden ausgeglichen. Die Amplitude der Bewegung des Lichtbogens entspricht erfindungsgemäß in etwa der Breite der Schweißnaht. Die Bewegung des Lichtbogens wird zweckmäßigerweise durch pulsierende Magnetfelder erzeugt, wobei hier sowohl ein pulsierendes Gleichfeld als auch ein Wechselfeld verwendet werden kann. Die Pulsationsfrequenz ist zweckmäßigerweise einstellbar. Das Verfahren läßt sich jedoch auch mit der normalen Netzfrequenz von 50 Hertz durchführen.
  • In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung unabhängig für jeden einzelnen Lichtbogen einstellbar ist. Hierdurch ist es möglich, die aufgeheizte Schweißnaht auch über eine längere Strecke, d.h. also auch über einen längeren Zeitraum innerhalb eines vorgegebenen, engbegrenzten Tempera­turbereichs zu halten. In zweckmäßiger Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung wenigstens des in Durchlaufrichtung gesehen ersten Lichtbogens in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur des aufzuheizenden Bereichs, vorzugsweise des ablaufenden aufgeheizten Bereichs geregelt wird.
  • In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, daß im Einwirkungsbereich des Lichtbogens der der Schweißnaht abgekehrte Bereich des Rohres gekühlt wird. Hierdurch wird insbesondere für Rohre mit geringem Rohrdurch­messer sichergestellt, daß die Formstabilität trotz der hohen Aufheizung im Schweißnahtbereich erhalten bleibt.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der über den Lichtbogen in das Rohr eingeleitete elektri­sche Strom über wenigstens einen an der Rohroberfläche federnd anliegenden Gleitkontakt abgeleitet wird. Hierdurch ergeben sich definierbare Übergangswiderstände zwischen Rohr und dem Gleitkontakt, so daß sich die Stromzufuhr zum Lichtbogen sehr genau einstellen und damit auch sehr genau regeln läßt. Damit wird die Regelgenauigkeit verbessert, so daß die Aufheizung bis an die höchste, gerade noch zuläs­sige Temperaturobergrenze herangeführt werden kann, ohne daß sich das Rohr deformiert oder aber im Schweißnahtbereich das Material sich verflüssigt.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Stromabfuhr über den Gleitkontakt jeweils im Einwirkungsbereich eines Lichtbogens erfolgt und die in das zu behandelnde Rohr über den Lichtbo­gen eingeleitete Wärmemenge über ein durch den Gleitkontakt geführtes Kühlmittel abgeführt wird. Neben einer definierten Abfuhr des elektrischen Stromes über das Rohr wird hierdurch auch eine hochwirksame Kühlung des Rohres im Bereich der Wärmezufuhr erzielt, da der für einen guten Stromdurchgang notwendige Kontakt zwischen Gleitkontakt und Rohrwandung zugleich auch einen guten Wärmedurchgang bewirkt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Ausgestaltung der Erfindung nach einer mechanischen Kaltverfestigung der Schweißnaht durch Walzen oder Hämmern erfolgen. Bei dieser Verfahrensweise wird das fertiggeschweißte Rohr zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt, kaltverfestigt und muß dann anschließend wieder mittels Lichtbogen, vorzugsweise mittels mehrerer Lichtbögen, auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt und bei dieser Temperatur über den gewünschten Zeitraum gehalten werden.
  • In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Aufheizung der Schweißnaht auf die für das Lösungs­glühen erforderliche Temperatur durch wenigstens einen Lichtbogen unmittelbar an die Herstellung der Schweißnaht erfolgt. Bei dieser Verfahrensweise wird das Lösungsglühen in "einer Hitze" nach dem Schweißvorgang durchgeführt, so daß die Lichtbögen hinsichtlich der Energiezufuhr nur so eingestellt zu werden brauchen, daß das für ein Lösungs­glühen erforderliche Temperaturniveau in der Schweißnaht über einen vorgegebenen Zeitraum aufrechterhalten bleibt.
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß beim Abkühlen zumindest beim Einlauf in die Kühlzone die Schweißnaht über eine vorgegebene Strecke mit einem Schutzgas bespült wird. Hierdurch wird ein Oxidieren des glühenden Materials nach dem Verlassen der Schutzgasatmosphäre im Lichtbogenbereich verhindert. Zugleich wird hierdurch die Kühlphase eingeleitet. Das in diesem Bereich zugeführte Schutzgas kann auch eine Schutzgasmischung sein, beispielsweise eine Mischung aus Argon und Stickstoff, so daß bei entsprechenden Stählen sich der Stickstoffgehalt im Material nicht verändern kann.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Wärmebe­handlung der Schweißnaht an längsnahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere aus austenitischen, ferrtischen oder austeni­tisch-ferritischen Stählen, mit einer im wesentlichen nur auf die Schweißnaht und ihre seitlichen Wärmeeinflußzonen gerichteten Heizeinrichtung und einer nachfolgenden Kühlein­richtung.
  • Gemäß der Erfindung ist für eine derartige Vorrichtung vorgesehen, daß an einem Führungsgestell zur Führung des zu behandelnden Rohres wenigstens eine, mit einer Schutzgas­zuführung versehene, nichtschmelzende Heizelektrode vorgese­hen ist, die mit einer Stromquelle verbunden ist und daß hinter der Elektrode vorzugsweise im Einlaufbereich zur Kühlzone für die Schweißnaht eine Düsenanordnung zur Bespü­lung der geglühten Schweißnaht mit einem Schutzgas angeordnet ist. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, daß im Durchlauf und mit verhältnismäßig hoher Durchlaufgeschwindig­keit eine gezielte Wärmezufuhr zur Schweißnaht und deren seitlichen Wärmeeinflußzonen möglich ist und zwar sowohl hinsichtlich der geometrischen Ausrichtung der Wärmezufuhr, da der mit der Elektrode erzeugte Lichtbogen gezielt auf den aufzuheizenden Bereich geführt ist, als auch hinsichtlich der zuzuführenden Wärmeenergie, da über eine Regelung der Stromstärke und/oder der Stromspannung eine unmittelbare feinfühlige Regelung der Wärmezufuhr möglich ist. Dadurch, daß zumindest im Einlaufbereich zur Kühlzone eine Düsenan­ordnung zur Bespülung der geglühten Schweißnaht mit einem Schutzgas vorgesehen ist, wird die noch glühende Schweißnaht sicher gegen eine Oxidation geschützt. Zugleich wird erreicht, daß durch das durchlaufende Rohr der über die Düsenanordnung angebrachte "Schutzgasmantel" mit in die Kühlzone geschleppt wird und damit auch in der Kühlzone eine Schutzgasatmosphäre aufrechterhalten werden kann. Das Schutzgas kann als definier­tes Gas oder auch als Gasmischung, beispielsweise in Form einer Argon-Stickstoff-Mischung, zugeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, daß am Rohr anlegbare Stromrückflußkontakte vorgesehen sind. An sich reicht der Stromrückfluß über die Rollen und das Rollengestell aus. Die Rollenlagerung, in der Regel Kugellagerungen, weisen jedoch keinen genau definierbaren Übergangswiderstand auf. Durch die Verwendung von anlegbaren Stromrückflußkontakten ist jedoch ein definierbarer Übergangswiderstand im Strom­rücklauf gegeben, so daß die Stromstärke und/oder die Strom­spannung im Lichtbogen, die für die Wärmezufuhr entscheidend ist, sehr viel genauer eingestellt und im Falle einer automa­tischen Regelung sehr präziser geregelt werden kann.
  • Zweckmäßigerweise sind in weiterer Ausgestaltung der erfin­dungsgemäßen Vorrichtung in Durchlaufrichtung des zu behan­delnden Rohres gesehen, wenigstens zwei Elektroden im Abstand hintereinander angeordnet und jeder Elektrode eine Regelein­richtung zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspan­nung zugeordnet. Durch die Anordnung von mehreren Elektroden hintereinander kann jede beliebige Temperaturhaltezeit für jede beliebige Durchlaufgeschwindigkeit vorgegeben werden. Je höher die Durchlaufgeschwindigkeit, desto größer muß die Zahl der Elektroden sein, so daß ein bestimmtes Temperaturniveau über eine vorgegebene Zeit für einen diskre­ten Punkt der Schweißnaht aufrechterhalten werden kann. Auch der Abstand der einzelnen Elektroden zueinander richtet sich nach der Durchlaufgeschwindigkeit. Bei geringen Durch­laufgeschwindigkeiten müssen die Elektroden dichter hinter­einander angeordnet werden, während bei höheren Durchlaufge­schwindigkeiten die Abstände größer gewählt werden können.
  • Es kommt hier lediglich darauf an, daß das einmal erreichte Temperaturniveau in der Behandlungszone möglichst in gleicher Höhe aufrechterhalten bleibt. Dadurch, daß vorzugsweise jeder Elektrode eine eigene Regeleinrichtung zugeordnet ist, kann für die jeweils nachfolgenden Elektroden die Energiezufuhr soweit heruntergeregelt werden, daß praktisch nur die Wärmeverluste durch die Abstrahlung und durch die nicht zu vermeidende Kühlung über das zugeführte Schutzgas ausgeglichen werden.
  • In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß zumindest im Bereich einer Elektrode ein gegen die aufzuheizende Schweißnaht gerichteter Temperaturfühler vorgesehen ist, der mit der Regeleinrichtung zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspannung in Verbindung steht. Zumindest bei der in Durchlaufrichtung gesehen ersten Elektrode ist dieser Temperaturfühler hinter der Elektrode angeordnet, wenn das zu behandelnde Rohr von der Raumtemperatur auf die Glühtemperatur aufgeheizt werden soll. Bei einer Vorrichtung, die unmittelbar der Schweißstation nachgeschaltet ist, bei der also die Wärmebe­handlung der Schweißnaht in "einer Hitze" erfolgt, kann der Temperaturfühler in Durchlaufrichtung gesehen vor der ersten Elektrode angeordnet sein, da dann die für die Wärme­behandlung zuzuführende Wärmeenergie abhängig ist von dem Temperaturniveau der zu behandelnden Schweißnaht. Zweckmäßig ist in diesem Fall die Anordnung eines Temperaturfühlers vor der Elektrode und eines Temperaturfühlers nach der Elektrode, um durch eine entsprechende Differenzmessung die Regeleinrichtung der Elektrode so zu führen, daß die Aufheizung des Schweißnahtbereichs bis an die kritische Obergrenze herangeführt werden kann, d.h. bis dicht unter­halb Temperaturobergrenze, bei der sich der zu glühende Bereich verformen würde.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Düsenanordnung zur Schutzgasbespülung der geglühten Schweißnaht durch einen sich in Längsrichtung erstreckenden, an sich bekannten gasdurchlässigen Sinterkörper gebildet wird, der mit einer Schutzgasquelle in Verbindung steht. Mit einer derartigen Düsenanordnung ist es möglich, bei geringstmöglichem Schutz­gasverbrauch die noch glühende Schweißnaht über eine ver­hältnismäßig lange Strecke mit einem Schutzgasmantel zu versehen und hierbei bereits eine rasche Kühlung zu errei­chen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, daß als Stromrückfluß­kontakt wenigstens eine federnd an das Rohr angedrückte Gleitbacke vorgesehen ist, die das durchlaufende Rohr auf seiner der Schweißnaht abgekehrten Seite über einen Teil des Rohrumfanges umgreift. Eine derartige Gleitbacke weist eine große Kontaktfläche auf, so daß der Übergangswiderstand zwischen Rohr und Gleitbacke gering ist und zugleich Span­nungs- bzw. Stromspitzen vermieden werden, die sonst zum Funkenüberschlag führen würden.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist hierbei vorgesehen, daß die Gleitbacke teilweise hohl ausgebildet ist und von einem Kühlmittel durchströmt ist. Bei einer Anordnung der Gleitbacke unmittel­bar im Einwirkungsbereich einer Elektrode wird hierbei erreicht, daß die der Schweißnaht zugeführte Wärmemenge sehr rasch und fortlaufend über den der Schweißnaht abge­kehrten Teil des Rohres abgeführt wird, so daß das Rohr­material in diesem Bereich sich nicht auf eine Temperatur aufheizen kann, in der bereits eine Verformung unter dem Einfluß des Eigengewichtes möglich ist. Das Rohr bleibt formstabil, so daß trotz der hohen Aufheizung der Schweißnaht und der seitlichen Wärmeeinflußzonen bis dicht an die Grenze, in der das Rohrmaterial teigig wird, keine Verformung des Schweißnahtbereiches eintreten kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kühlzone durch ein doppelwandiges Kühl­rohr gebildet wird, dessen Innenrohr das glühende durchlau­fende Rohr mit geringem Zwischenraum umfaßt und daß der Innenraum der Doppelwandung von einem Kühlmittel durchströmt ist. Durch ein derartiges Kühlrohr wird sehr rasch die von der noch glühenden Schweißnaht abgegebene Strahlungswärme aufgenommen und das Rohr gekühlt, so daß die einmal durch den Glühvorgang in der Schweißnaht erreichte Homogenisierung der Legierung erhalten bleibt.
  • In zweckmäßiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich­tung ist hierbei ein das zu glühende Rohr im Elektrodenbe­reich umschließendes Schutzgehäuse vorgesehen, das rohraus­trittsseitig mit dem Innenrohr des Kühlrohres dicht verbunden ist. Durch diese Anordnung ist gewährleistet, daß im aufzu­heizenden Bereich durchgehend eine Schutzgasatmosphäre vorhanden ist. Durch das durchlaufende Rohr wird das Schutz­gas in das Innenrohr des Kühlrohres mitgeschleppt, so daß auch im Kühlrohr eine Schutzgasatmosphäre vorhanden ist.
  • Dieser Effekt ist insbesondere dann gegeben, wenn unmittelbar hinter der letzten Elektrode eine Düsenanordnung vorgesehen ist, über die ein Schutzgas bzw. ein Schutzgasgemisch unmit­telbar auf die noch glühende Schweißnaht aufgegeben wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der erfindunggemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß das Schutzgehäuse rohreintrittsseitig mit Mitteln zum Abdichten gegen den Eintritt von Luft ver­sehen ist. Bei der Behandlung von kalt zugeführten Rohren kann zum Abdichten wenigstens ein am Rohrumfang anliegender Dichtkragen vorgesehen werden. Hierdurch wird in ausreichen­dem Maße verhindert, daß über das zulaufende Rohr Umgebungs­luft in das mit Schutzgas gefüllte Schutzgehäuse eingeschleppt wird.
  • Bei einem heiß zulaufenden Rohr kann hierbei dem Schutzge­häuse rohreintrittsseitig eine Unterdruckkammer zugeordnet werden, die mit einer Absaugung in Verbindung steht, wobei die Rohreintrittsöffnung der Unterdruckkammer eine Labyrinth­kammer aufweist. Hierdurch ist gewährleistet, daß über die Absaugung gegen die Durchlaufrichtung des Rohres ständig aus dem Schutzgehäuse Schutzgas abgesaugt wird und daß mit dem abgesaugten Schutzgas zugleich die geringen, über die Labyrinthdichtung eingeschleppten Luftmengen abgezogen werden und praktisch nicht in das Schutzgehäuse eindringen können.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es jedoch besonders zweckmäßig, wenn die Glühelektroden unmittelbar hinter der Schweißstation angeordnet sind, in der die zu glühende Schweißnaht gelegt wird und daß das Schutzgehäuse die Schweißstation und die Glühstation umschließt.
  • Der Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 den Verfahrensablauf anhand eines Rohrquerschnittes,
    • Fig. 2 in einer Seitenansicht eine vollstän­dige Anlage zur Herstellung von längs­nahtgeschweißten Rohren mit Wärmebe­handlungsstation.
  • Das in Fig. 1 in einem Querschnitt dargestellte Rohr 1 wurde aus einem von einem Coil zulaufenden flachen Stahl­band zunächst in einer Rollenstation fortlaufend zu einem Rohr gebogen, wobei die einander zugekehrten Ränder des zunächst noch offenen Schlitzes anschließend fortlaufend in einer Schweißstation, vorzugsweise einer Lichtbogen-­Schweißstation unter Schutzgas verschweißt werden. Hierbei entsteht eine in Längsrichtung durchgehende Schweißnaht 2. Bei legierten Rohrwerkstoffen entstehen durch den Schweiß­vorgang in der Schweißnaht Seigerungen mit örtlichen Konzentrationsunterschieden einzelner Legierungsbestandteile, die sich bis in die unmittelbar zu beiden Seiten der Schweiß­naht angrenzenden Wärmeeinflußzonen 3 in unterschiedlicher Stärke erstrecken können.
  • Zum Ausgleich dieser Seigerungen, d.h. zur Homogenisierung des Legierungsgefüges in der Schweißnaht 2 und der Wärmeein­flußzone 3 wird nun die Schweißnaht mit Hilfe eines über eine Elektrode 4 erzeugten Lichtbogens 5 auf eine Temperatur so hoch aufgeheizt, daß sich die Seigerungen wieder ausglei­chen. Hierbei kommt es darauf an, die Temperatur möglichst hoch einzustellen und über eine Zeit von mehreren Sekunden, beispielsweise über einen Zeitraum bis zu 30 Sekunden aufrecht­zuerhalten. Die Höhe der Temperatur richtet sich hierbei nach dem jeweiligen Rohrwerkstoff und ist hierbei begrenzt durch die Temperatur, in der das Material beginnt teigig zu werden. Der Lichtbogen ist an eine Stromquelle 6′ ange­schlossen.
  • Der Lichtbogen ist hierbei gezielt auf die Schweißnaht gerichtet, wobei die Stromstärke und/oder die Stromspannung über eine Regeleinrichtung 6 eingestellt wird. Durch einen Temperaturfühler 7, beispielsweise ein Strahlungspyrometer kann beispielsweise in Durchlaufrichtung des Rohres gesehen unmittelbar hinter dem Lichtbogen 5 die Oberflächentemperatur gemessen werden und über die Regeleinrichtung 6 die Strom­stärke automatisch nachgeregelt werden. Die anliegende Stromspannung wird grundsätzlich über den Abstand der Elek­trodenspitze zur Werkstückoberfläche fest vorgegeben. Durch eine entsprechende Regeleinrichting ist es jedoch auch möglich, diesen Wert fortlaufend in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur durch entsprechende Verstellung der Elektrode 4 zu regeln.
  • Die Elektrode 4, eine nichtschmelzende Wolfram-Elektrode ist von einer Düse 8 umgeben, die über eine Zuleitung 9 mit einer Schutzgasquelle in Verbindung steht, so daß fort­laufend über die Düse 8 die Elektrode 4 mit Schutzgas gekühlt wird und gleichzeitig der vom Lichtbogen 5 aufgeheizte Bereich des Werkstücks sich unter einem Schutzgasmantel befindet. Um nun den Lichtbogen zu fächern und auch die zu beiden Seiten der Schweißnaht 2 befindlichen Wärmeeinfluß­zonen 3 mit in den Aufheizungsvorgang zuverlässig einbeziehen zu können, wird der Längsbewegung des Rohres 1 eine hin-­und hergehende Quer- und/oder Längsbewegung des Lichtbogens 5 überlagert. Dies kann über ein mechanisches Verschwenken der Elektrode 4 erfolgen. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn über ein pulsierendes Magnetfeld, hier dargestellt durch zwei Polschuhe 10, das ein pulsierendes Wechselfeld oder ein pulsierendes Gleichfeld sein kann, der Lichtbogen in Längsrichtung ausgelenkt wird. Eine Auslenkung in Querrich­tung erfolgt entsprechend durch in Längsrichtung des Rohres ausgerichtete Polschuhe. Damit ist es möglich, Querbewegungen mit hoher Frequenz vorzusehen, beispielsweise mit einer Frequenz von 50 Hertz, so daß selbst bei hohen Durchlaufge­schwindigkeiten eine gleichmäßige Wärmezufuhr auch zu den Wärmeeinflußzonen 3 erzielt wird.
  • Der Stromrückfluß zur Stromquelle erfolgt über seitlich an der Rohrwandung anliegende Gleitbacken 11, die den Rohr­umfang auf der der Schweißnaht 2 abgekehrten Seite umgreifen. Die Gleitbacken 11 werden über Federn 12 gegen den Rohrumfang angedrückt.Bei mehreren hintereinander angeordneten Elektro­den genügt eine entsprechend lang ausgebildete Glietbacke als Stromrückflußkontakt und Kühlelement.
  • Die Gleitbacken 11 sind ferner hohl ausgebildet, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind Bohrungen 13 vorgese­hen, durch die ein Kühlmittelstrom hindurchgeführt werden kann. Hierdurch ist ein zuverlässiger Abfluß der Wärme in dem der Schweißnaht 2 abgekehrten Rohrbereich gewährlei­stet, so daß trotz des Aufheizens des Nahtbereichs bis in Temperaturbereiche, in denen sich das Rohrmaterial nahezu verformen würde, über die fortlaufende starke Wärmeabfuhr in diesem Bereich die Formstabilität des Gesamtrohres gewähr­leistet ist. Neben der Kühlwirkung gewährleisten die Gleit­backen 11 auch einen praktisch konstanten Durchgangswider­stand für den fließenden Strom, so daß eine sehr präzise, temperaturabhängige Regelung der Stromstärke möglich ist.
  • Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung von längsnahtgeschweißten Rohren aus einem Blechband besteht im wesentlichen aus einer Lieferspule 14, auf die ein Metall­band 15 aufgewickelt ist. Das Metallband 15 wird nun durch eine mit mehreren Formrollen versehene Formstation 16 geführt, in der aus dem flachen Metallband mit Hilfe von mehreren, vorzugsweise lose laufenden Formrollenpaaren 17, 18 und 19 ein Schlitzrohr hergestellt wird, das dann eine Schweißsta­tion 20 durchläuft, in der es durch ein Schweißrollenpaar 21 gehalten und der Längsschlitz mit Hilfe einer Schweißelek­trode 22 mittels eines Lichtbogens unter Schutzgas zu einer geschlossenen Naht verschweißt wird.
  • Das fertiggeschweißte Rohr 23 kann, falls erforderlich, anschließend mit Hilfe einer Entgratungseinrichtung 24 entgratet, wobei hier nur das an der Außenwand angreifende Entgratungsmesser gezeigt ist. Aufbau und Funktionsweise der Entgratungsvorrichtung sind bekannt.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung schließt sich nun unmittelbar an die Schweißstation eine Wärmebehandlungs­station an, in der noch in der Schweißhitze die fertiggelegte Schweißnaht wärmebehandelt wird, um die beim Schweißen aufgetretenen Seigerungen von Legierungselementen weitgehend zu beseitigen. Die Wärmebehandlungsstation besteht nun entsprechend der Darstellung gemäß Fig. 1 aus mehreren hintereinander angeordneten Elektroden 4, die jeweils von einer Schutzgasdüse umgeben sind. Mit Hilfe der Elektroden 4, die jeweils an eine eigene, regelbare Stromversorgung ange­schlossen sind, wird nun über eine längere Durchlaufstrecke die durch das jeweilige Material vorgegebene Glühtemperatur aufrechterhalten. Die Schweißstation und die Wärmebehand­lungsstation sind hierbei von einem gemeinsamen Schutzgehäuse 25 umschlossen, so daß sich die Schweißnaht während der gesamten Durchlaufzeit in einer Schutzgasatmosphäre befindet.
  • Unmittelbar hinter der in Durchlaufrichtung des Rohres 23 gesehen letzten Elektrode 4 ist eine Düsenanordnung 26 vorgesehen, die beispielsweise aus einem gasdurchlässigen Sinterkörper besteht und die an eine Schutzgasquelle ange­schlossen ist. Über diese Düsenanordnung 26 kann zur Kühlung der Schweißnaht Schutzgas, beispielsweise Argon oder ein Schutzgasgemisch, beispielsweise Argon/Stickstoff zugeführt werden. Die Düsenanordnung 26 erstreckt sich bis in den Bereich der Austrittsöffnung 27 des Schutzgehäuses 25.
  • An die Austrittsöffnung 27 des Schutzgehäuses 25 schließt sich eine Kühlvorrichtung 28 an, die im wesentlichen aus einem doppelwandigen Rohr besteht, dessen Innenrohr 29 das durchlaufende Rohr 23 mit geringem Abstand umschließt. Der Innenraum 30 der Doppelwandung steht hierbei mit einer Kühlmittelversorgung in Verbindung und wird von einem Kühl­mittel durchströmt. Die Kühlmitteldurchströmung erfolgt zweckmäßigerweise im Gleichstrom, da es vor allem darauf ankommt, die glühende Schweißnaht schnellstmöglich abzukühlen, um nachteilige Gefügeveränderungen zu vermeiden. Die Schutz­gasatmosphäre wird auch innerhalb der Kühlvorrichtung 28 aufrechterhalten, da von dem durchlaufenden Rohr 23 insbeson­dere aus dem Bereich der Düsenanordnung 26 fortlaufend Schutzgase mitgeschleppt werden.
  • Das fertige Rohr 23 durchläuft nach dem Austritt aus der Kühlstation eine Kalibrierstation 31, die hier nicht näher dargestellt ist und die wenigstens zwei um 90° zueinander versetzt angeordnete Rollenpaare aufweist und in der dem Rohr die endgültige Form, beispielsweise eine nahezu exakte Kreisform gegeben wird.
  • Über eine Zugvorrichtung 32, die vorzugsweise aus zwei das fertige Rohr zwischen sich einklemmende endlosen Zug­raupen 33 gebildet wird und die mit einem Antrieb in Verbin­dung steht, wird nun das fertige Rohr durch die gesamte Anlage hindurchgezogen. Alle Rollenpaare und zwar sowohl die Rollenpaare der Formstation 16 als auch die Rollenpaare der Schweißstation 20 und der Kalibrierstation 31 sind hierbei loselaufend ausgebildet, d.h. sind nicht mit einem eigenen Antrieb verbunden. Die Zugraupen 33 bestehen im wesentlichen jeweils aus einer endlos umlaufenden Tragkette 34, die mit einer Vielzahl von Formklauen 35 besetzt ist. Die Formklauen 35 umgreifen hierbei das zu transportierende Rohr 23 jeweils nahezu um den halben Außenumfang. Die beiden Zugraupen sind hydraulisch oder über Federkraft gegeneinan­der gepreßt. Eine derart ausgebildete Zugraupe in Verbindung mit der Anordnung von loselaufenden Rollen in der gesamten Anlage bewirkt, daß zunächst der Schlitz des Schlitzrohres und anschließend die fertige Schweißnaht exakt gerade laufen und somit genau positioniert zunächst an der Schweißelektro­de 22 und anschließend unter den Glühelektroden 4 entlang geführt werden kann. Eine zusätzliche gesteuerte Querbewegung der Elektroden kann hierbei entfallen.

Claims (27)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung der Schweißnaht an längs­nahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere an austenitischen, ferritischen oder austenisch-ferritischen Stählen, wobei die Rohre nur im Bereich der Schweißnaht und ihrer seitlichen Wärmeeinflußzonen lösungsgeglüht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der aufzuheizende Bereich mittels wenigstens eines mit einer nichtschmelzenden Elektrode erzeugten Lichtbogens mindestens auf eine für das Lösungsglühen des betreffenden Rohrmaterials erforderliche, jedoch unter der Schmelztempe­ratur liegenden Temperatur unter Schutzgas aufgeheizt und über einen vorgebbaren Zeitraum auf dieser Temperatur gehal­ten und anschließend unter Schutzgas abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über den Lichtbogen jeweils zuzuführende Wärmemenge so hoch eingestellt wird, daß das Rohrmaterial im aufzuheizenden Bereich gerade nicht teigig wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und die Elektrode sich in Rohrlängsrichtung relativ zueinander bewegen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen Rohr und Lichtbogen in Rohr­längsrichtung zusätzlich eine hin- und hergehende Querbe­wegung und/oder Längsbewegung überlagert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Querbewegung des Lichtbogens in etwa der Breite der Schweißnaht entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Lichtbogens durch pulsierende Magnetfelder erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr relativ zu mehreren, in Abstand hintereinander angeordneten Lichtbögen bewegt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung unabhängig für jeden einzelnen Lichtbogen einstellbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke und/oder Stromspannung wenigstens des in Durchlaufrichtung gesehen ersten Lichtbo­gens in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur des aufzuheizenden Bereichs, vorzugsweise des ablaufenden aufge­heizten Bereichs, geregelt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Einwirkungsbereich des Lichtbogens der der Schweißnaht abgekehrte Bereich des Rohres gekühlt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Lichtbogen in das Rohr eingeleitete elektrische Strom über wenigstens einen an der Rohroberfläche federnd anliegenden Gleitkontakt abgelei­tet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromabfuhr über den Gleitkontakt jeweils im Einwirkungsbereich eines Lichtbogens erfolgt und die in das zu behandelnde Rohr über den Lichtbogen eingeleitete Wärmemenge über ein durch den Gleitkontakt geführtes Kühlmittel abgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der Schweißnaht nach einer mechanischen Kaltverfestigung der Schweißnaht durch Walzen oder Hämmern erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung der Schweißnaht auf die für das Lösungsglühen erforderliche Temperatur durch wenigstens einen Lichtbogen unmittelbar im Anschluß an die Herstellung der Schweißnaht erfolgt.
2o 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abkühlen zumindest beim Einlauf in die Kühlzone die Schweißnaht über eine vorgegebene Strecke mit Schutzgas bespült wird.
16. Vorrichtung zur Wärmebehandlung der Schweißnaht an längsnahtgeschweißten Metallrohren, insbesondere aus austeni­tischen, ferritischen oder austenitisch-ferritischen Stählen, mit einer im wesentlichen nur auf die Schweißnaht und ihre seitlichen Wärmeeinflußzonen wirkenden Heizeinrichtung und einer nachfolgenden Kühleinrichtung, dadurch gekennzeich­net, daß an einem Führungsgestell zur Führung des zu behandeln­den Rohres(23)wenigstens eine mit einer Schutzgaszuführung(8,9) versehene, nichtschmelzende Elektrode (4) vorgesehen ist, die mit einer Stromquelle verbunden ist, und daß hinter der Elektrode (4), vorzugsweise im Einlaufbereich zur Kühl­zone (28) für die Schweißnaht eine Düsenanordnung (26) zur Bespülung der geglühten Schweißnaht mit einem Schutzgas angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchlaufrichtung des zu behandelnden Rohres (23) gesehen, wenigstens zwei Elektroden (4) im Abstand hinter­einander angeordnet sind und daß jeder Elektrode (4) eine Regeleinrichtung (6) zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspannung zugeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­zeichnet, daß zumindest im Bereich einer Elektrode (4) ein gegen den Bereich der aufzuheizenden Schweißnaht (2) gerichteter Temperaturfühler (7) vorgesehen ist, der mit der Regeleinrichtung (6) zur Veränderung von Stromstärke und/oder Stromspannung in Verbindung steht.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung (26) zur Schutzgasbe­spülung der geglühten Schweißnaht durch einen sich in Längs­richtung erstreckenden, an sich bekannten gasdurchlässigen Sinterkörper gebildet wird, der mit einer Schutzgasquelle in Verbindung steht.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß am Rohr anlegbare Stromrückflußkontakte (11) vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromrücklaufkontakt wenigstens eine federnd angedrückte Gleitbacke (11) vorgesehen ist, die das durchlaufende Rohr (23) auf seiner der Schweißnaht (2) abgekehrten Seite über einen Teil des Ruhrumfanges umgreift.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbacke (11) teilweise hohl ausgebildet ist und von einem Kühlmittel durchströmt ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlzone (28) durch ein doppelwandi­ges Kühlrohr gebildet wird, dessen Innenrohr (29) das ge­glühte Rohr (23) mit geringem Zwischenraum umfaßt und daß der Innenraum (30) der Doppelwandung von einem Kühlmittel durchströmt ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein das zu glühende Rohr (23) im Elek­trodenbereich umschließendes Schutzgehäuse (25) vorgesehen ist, das rohraustrittsseitig mit dem Innenrohr der Kühlzone (28) dicht verbunden ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (25) rohreintrittssei­tig mit Mitteln (36) zum Abdichten gegen den Eintritt von Luft versehen ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß bei kalt zugeführten Rohren das Mittel (36) zum Abdichten durch wenigstens einen am Rohrumfang anliegenden Dichtkragen gebildet wird.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 25, daß die Elektroden unmittelbar hinter der Schweißstation(20) angeordnet sind, in der die zu glühende Schweißnaht (2) gelegt wird und daß das Schutzgehäuse (25) die Schweißsta­tion (20) und die Glühstation umschließt.
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