EP0876228B1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rohren nach dem uoe-verfahren - Google Patents

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EP0876228B1
EP0876228B1 EP97908120A EP97908120A EP0876228B1 EP 0876228 B1 EP0876228 B1 EP 0876228B1 EP 97908120 A EP97908120 A EP 97908120A EP 97908120 A EP97908120 A EP 97908120A EP 0876228 B1 EP0876228 B1 EP 0876228B1
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EP
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pipe
expander
cold
clamping
pipes
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EP97908120A
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Johannes Gross-Weege
Detlef Ramdohr
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Vodafone GmbH
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Mannesmannroehren Werke AG
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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, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles 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
    • B21C37/30—Finishing tubes, e.g. sizing, burnishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles 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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing pipes, in particular Large pipes according to the UOE process according to the generic term of Claim 1, and an apparatus for performing this method according to the preamble of claim 5.
  • UOE The process referred to in the technical field as UOE is the most frequently used process for producing longitudinally welded large pipes (Stradtmann, Stahlrohr-Handbuch 10th Edition, Vulkan-Verlag, Essen 1986, pages 164 to 167).
  • U press a bending press
  • O -press closing dies
  • the welded tube is always curved before the expansion so that the The center of curvature lies above the pipe or expander axis.
  • a disadvantage of this method is that the tube must have already carried out several expander steps before it can be gripped by the bending device. Accordingly, the straightening process never grips the end portions of the Tube.
  • JP-A-59232621 describes a method for the controlled feeding of a curved pipe relative to the position and axis of an expander head connected to an expander rod disclosed.
  • This method is applicable to both curved up and down Tube.
  • On a rail is a tong carriage that can be moved in the direction of the expander head arranged, the lifting and lowering pliers captures the free pipe end to under Taking into account the degree of curvature, feed the tube to the expander head. there the rollers supporting the pipe are lowered. This also applies to the immediately before roller arranged in the expander head.
  • One located below the expander head Sensor forms a signal for the swiveling away of the rolls supporting the pipe. With this known device is not a simultaneous straightening of the pipes to be expanded possible because the bending moment required for this cannot be applied.
  • the object of the invention is to provide a method for producing pipes, in particular Specify large pipes according to the UOE procedure, with which also for pipes with small Diameter and thick wall over the entire length according to the curvature the longitudinal seam welding is compensated so far that the unevenness within the Customer specified tolerance lies.
  • This procedure is carried out step by step in the rhythm of the respective expander step up to half of the Pipe length.
  • the tube is rotated and the second tube length in a similar way treated or on a second expander with the second tube half Proceed similarly in mirror image.
  • elastic tensioning in the form of a lowering contrary to the curvature of the tube and a rotation about the transverse axis Clamping area generates an additional force and an additional moment.
  • cooperation with the Cold expansion by means of the mechanical expander is achieved through the superimposition of force desired straightening effect in the area between the cold expansion and the clamping is achieved.
  • the elastic tension is specified as a default, with the amounts for this, gradually decrease.
  • the degree of Pipe curvature used which is determined after longitudinal seam welding. Around To simplify this determination, it is believed that the crookedness within of a production lot is approximately the same. This means that at the same Pipe dimensions (diameter, wall thickness), the same material and the same Welding parameters the first tube of the production lot is measured and this Crookedness is used as a basis for all pipes in the production lot.
  • FIG. 1 shows a tube 1 that has become curved after longitudinal seam welding shown, the curvature strong for reasons of better visibility is exaggerated. Likewise, the length of the tube 1 is in relation to the diameter much too short.
  • FIG. 1 On the left edge of the picture is a simplified view of a mechanical expander Expander head 2 shown, which is attached to an expander rod 3.
  • the hatched Drawn area 4 of the left tube end should be the length of the expander step symbolize.
  • the expander head 2 is shown offset to the left, although it is in the closed, d. H. unspread state inside the hatched Pipe area 4 is located.
  • the Clamping device At a short distance from it is the Clamping device arranged.
  • the clamping device consists of two rollers 5, 6 arranged opposite one another.
  • the arrows 7,8 indicate that Direction of the clamping force.
  • At the right free pipe end 9 is not here pliers carriage shown positioned. Whose pliers can the pipe 1 raise and lower, indicated here by the straight double arrow 10, and around turn the transverse axis, indicated here by the double rotary arrow 11.
  • FIG. 2 shows the phase of prestressing the tube 1 Not shown pliers, the tube 1 lowered against the curvature, here symbolized by the downward pointing arrow 12 at the end of the pipe. At the same time also the pipe end twisted about the transverse axis. The additional force applied as well the additional moment act in the area of the clamping and lead there to a Shift in the direction of attack of the clamping force, symbolized here by the oblique Arrows 13, 14. At this point, the expander head 2 is still closed.
  • Figure 3 shows the phase of expanding (spreading the expander head 2) and simultaneous judging. It is expected that the rotationally symmetrical distribution the spreading force (not shown here) is superimposed by an additional pair of forces is, the right force arrow 15 in the hatched area 4 is larger than the left Force arrow 16. The straightening effect appears as a barely noticeable kink on the right edge of the hatched area 4 focus.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere Großrohren nach dem UOE-Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 5.
Das in der Fachwelt mit UOE bezeichnete Verfahren ist das am häufigsten angewandte Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Großrohre (Stradtmann, Stahlrohr-Handbuch 10. Auflage, Vulkan-Verlag, Essen 1986, Seiten 164 bis 167). Bei diesem Verfahren wird nach der Längskantenvorbereitung (Fasen der Schweißnaht, Anbiegen) aus einem ebenen Blech auf einer Biegepresse (U-Presse) ein U-förmiges Schlitzrohr geformt. Anschließend erfolgt auf einer weiteren Presse mit sich schließenden Gesenken (O-Presse) die Rundung zu einem Rohr. Da in vielen Fällen die Rohre nach dem Innen- und Außenschweißen noch nicht die Anforderungen an Durchmesser und Rundheit erfüllen, werden sie durch Kaltaufweiten (Expandieren) kalibriert.
Beim Expandieren von Rohren mit kleinem Durchmesser und dicker Wand tritt das Problem auf, daß die Krummheit nach dem Längsnahtschweißen vom mechanischen Expander nicht mehr so weit ausgeglichen wird, daß die Ungeradheit innerhalb der vom Kunden vorgeschriebenen Toleranz liegt. Zur Lösung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, den Expander mit einer Richtpresse zu kombinieren (Iron and Steel Research Lab. Sumitomo Metal Industrie Ltd. Volume 1 (1988)- Seite 1569). Dabei werden in einigem Abstand (mehrere Rohrdurchmesser) vor und hinter dem Expanderkopf zwei zusätzliche Rahmen angeordnet, in denen einerseits eine Klemmeinrichtung, andererseits ein weggesteuerter Biegeeinsatz eingebaut ist. Wenn die Schweißnaht wie bei den bekannten Expandern oben liegt, wo das oberste Segment des Spreizkopfes eine Längsnut für die Aufnahme der Schweißnaht hat, ist das geschweißte Rohr vor dem Expandieren stets so gekrümmt, daß der
Krümmungsmittelpunkt oberhalb der Rohr- bzw. Expanderachse liegt. Mit Hilfe der stets vorhandenen Unterstützungsrolle für den Expanderkopf wird damit eine Drei-Punkt-Biegung realisiert. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß das Rohr bereits mehrere Expanderschritte vollführt haben muß, bis es von der Biegeeinrichtung gefaßt werden kann. Dementsprechend erfaßt der Richtvorgang nie die Endenbereiche der
Rohre.
Aus der JP-A-59232621 ist ein Verfahren zum geregelten Zuführen eines krummen Rohres relativ zur Lage und Achse eines mit einer Expanderstange verbundenen Expanderkopfes offenbart. Dieses Verfahren ist anwendbar sowohl für aufwärts wie auch abwärts gekrümmte Rohre. Auf einer Schiene ist ein in Richtung des Expanderkopfes verfahrbarer Zangenwagen angeordnet, dessen heb- und senkbarer Zangenapparat das freie Rohrende erfaßt, um unter Berücksichtigung des Grades der Krümmung das Rohr dem Expanderkopf zuzuführen. Dabei werden die das Rohr unterstützenden Rollen abgesenkt. Dies gilt auch für die unmittelbar vor dem Expanderkopf angeordnete Rolle. Ein unterhalb des Expanderkopfes angeordneter Sensor bildet ein Signal für das Wegschwenken der das Rohr unterstützenden Rollen. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist ein gleichzeitiges Richten der aufzuweitenden Rohre nicht möglich, da das dazu benötigte Biegemoment nicht aufgebracht werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere Großrohren nach dem UOE-Verfahren anzugeben, mit dem auch für Rohre mit kleinem Durchmesser und dicker Wand über die gesamte Länge die Krummheit nach dem Längsnahtschweißen soweit ausgeglichen wird, daß die Ungeradheit innerhalb der vom Kunden vorgegebenen Toleranz liegt.
Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Diese Aufabe wird ebensfall durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung gelöst, die im Anspruch 5 definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik wird erfindungsgemäß das Kaltaufweiten (Expandieren) auch zum Richten genutzt. Bei diesem Verfahren wird möglichst nahe vor dem Expanderkopf das zu kalibrierende Rohr geklemmt und das freie Rohrende elastisch verspannt. Anschließend wird das Rohr in bekannter Weise kalt aufgewertet.
Diese Prozedur erfolgt schrittweise im Takt des jeweiligen Expanderschrittes bis zur Hälfte der Rohrlänge. Danach wird das Rohr gedreht und die zweite Rohrlänge in ähnlicher Weise behandelt oder auf einer zweiten Expanderanlage wird mit der zweiten Rohrhälfte spiegelbildlich ähnlich verfahren. Durch das elastische Verspannen in Form eines Absenkens entgegen der Krümmung des Rohres und einer Verdrehung um die Querachse wird im Klemmbereich eine Zusatzkraft und ein Zusatzmoment erzeugt. Im Zusammenwirken mit dem Kaltaufweiten mittels des mechanischen Expanders wird durch die Kraftüberlagerung der gewünschte Richteffekt im Bereich zwischen dem Kaltaufweiten und der Klemmung erreicht.
Die elastische Verspannung wird als Voreinstellung vorgegeben, wobei die Beträge dafür schrittweise abnehmen. Als Maß für die Voreinstellung wird der Grad der Rohrkrümmung verwendet, der nach dem Längsnahtschweißen ermittelt wird. Um diese Ermittlung zu vereinfachen, wird angenommen, daß die Krummheit innerhalb eines Fertigungsloses in etwa gleich ist. Dies bedeutet, daß bei gleicher Rohrabmessung (Durchmesser, Wanddicke), gleichem Werkstoff und gleichen Schweißparametern das erste Rohr des Fertigungsloses vermessen wird und diese Krummheit für alle Rohre des Fertigungsloses zugrundegelegt wird.
In der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 bis 3
schematisch die wesentlichen Schrittfolgen für das erfindungsgemäße Verfahren.
In Figur 1 ist ein nach dem Längsnahtschweißen krumm gewordenes Rohr 1 dargestellt, wobei aus Gründen der besseren Erkennbarkeit die Krummheit stark übertrieben ist. Ebenso ist die Länge des Rohres 1 in Relation zum Durchmesser wesentlich zu kurz.
Am linken Bildrand ist in vereinfachter Weise von einem mechanischen Expander der Expanderkopf 2 dargestellt, der an einer Expanderstange 3 befestigt ist. Der schraffiert gezeichnete Bereich 4 des linken Rohrendes soll die Länge des Expanderschrittes symbolisieren. Der Expanderkopf 2 ist nach links versetzt gezeichnet, obwohl er sich im geschlossenen, d. h. ungespreizten Zustand im Innern des schraffierten Rohrbereiches 4 befindet. In einem nur geringen Abstand davon ist die Klemmeinrichtung angeordnet. In dieser Darstellung besteht die Klemmeinrichtung aus zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen 5,6. Die Pfeile 7,8 geben die Richtung der Klemmkraft an. Am rechten freien Rohrende 9 ist der hier nicht dargestellte Zangenwagen positioniert. Dessen Zangenapparat kann das Rohr 1 heben und senken, hier gekennzeichnet durch den geraden Doppelpfeil 10, sowie um die Querachse drehen, hier gekennzeichnet durch den Doppeldrehpfeil 11.
Figur 2 zeigt die Phase des Vorspannens des Rohres 1. Dazu wird mittels des hier nicht dargestellten Zangenapparates das Rohr 1 entgegen der Krümmung abgesenkt, hier symbolisiert durch den abwärts zeigenden Pfeil 12 am Rohrende. Gleichzeitig wird auch das Rohrende um die Querachse verdreht. Die aufgebrachte Zusatzkraft sowie das Zusatzmoment wirken im Bereich der Klemmung und führen dort zu einer Verschiebung der Angriffsrichtung der Klemmkraft, hier symbolisiert durch die schiefen Pfeile 13,14. Auch zu diesem Zeitpunkt ist der Expanderkopf 2 noch geschlossen.
Figur 3 zeigt die Phase des Expandierens (Spreizens des Expanderkopfes 2) und gleichzeitigen Richtens. Dabei wird erwartet, daß die rotationssymmetrische Verteilung der Spreizkraft (hier nicht dargestellt) von einem zusätzlichen Kräftepaar überlagert wird, wobei der rechte Kraftpfeil 15 im schraffierten Bereich 4 größer wird als der linke Kraftpfeil 16. Der Richteffekt wird als kaum merklicher Knick am rechten Rand des schraffierten Bereiches 4 sich konzentrieren.
Danach erfolgt ein Lösen der Klemmeinrichtung 5,6 und der Vorspannung und mittels des nicht dargestellten Zangenapparates wird das Rohr 1 um einen Expanderschritt weiter vorgeschoben. Anschließend wird die zuvor erläuterte Prozedur wiederholt, nur mit dem Unterschied, daß die Absenk- und Verdrehgröße für die Vorspannung mit jedem Schritt geringer werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung von Rohren (1), insbesondere Großrohren nach dem UOE-Verfahren, bei dem die Rohre (1) nach dem Innen- und Außennahtschweißen durch Kaltaufweiten schrittweise bis zur halben Rohrlänge kalibriert werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltaufweiten auch zum Richten genutzt wird und dazu in einem möglichst geringen Abstand in Vorschubrichtung gesehen vor dem Expanderkopf (2) das Rohr (1) geklemmt und das freie Rohrende (9) elastisch verspannt wird und anschließend in bekannter Weise das Rohr (1) kalt aufgeweitet wird, wobei die Vorspannkraft von selbst geringer wird und danach nach Lösen der Klemmung (5, 6) und der verbleibenden Vorspannung ein schrittweises Verschieben des Rohres (1) um den Betrag der Expanderschrittweite bis zur halben Rohrlänge erfolgt und für die zweite Rohrhälfte das Verfahren wiederholt wird, wobei das elastische Verspannen ein Absenken entgegen der Krümmung des Rohres (1) und eine Verdrehung um die Querachse zur Erzeugung einer Zusatzkraft und eines Zusatzmomentes beinhalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des freien Rohrendes als Voreinstellung vorgegeben ist, wobei die Beträge für das Absenken und Verdrehen von Schritt zu Schritt abnehmen.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kaltaufweiten der Grad der Rohrkrümmung als Stich ausgemessen wird und dieses Maß die Vorgabe für die Voreinstellung der Verspannung des freien Rohrendes (9) ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen Werten für die Rohrabmessung dem Werkstoff und die Schweißparameter die Vorgabe für die Positionierung des freien Rohrendes (9) von Rohr (1) zu Rohr (1) gleich gewählt wird.
  5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem schrittweise spreizbaren Expanderkopf (2), der mit einer Expanderstange (3) verbunden ist und mit einem im Bereich des freien Rohrendes (9) verfahrbaren Zangenwagen, dessen Zangenapparat heb- und senkbar (10) ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß in einem möglichst geringen Abstand vor dem Expanderkopf (2) eine Klemmeinrichtung (5,6) für das zu kalibrierende Rohr (1) angeordnet und der Zangenapparat um die im Klemmbereich liegende Querachse des Rohres (1) drehbar (11) ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Zangenapparat für die Vorpositionierung zwei mechanisch verstellbare Spindeln und für die schrittabhängig gesteuerte Absenkung und Verdrehung zusätzlich zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordnete Rollen (5,6) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung zwei Unterrollen und eine Oberrolle aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung zusätzlich einen Sattel oder Unterstützungsschale aufweist.
EP97908120A 1996-01-22 1997-01-20 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rohren nach dem uoe-verfahren Expired - Lifetime EP0876228B1 (de)

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