EP2450118B1 - Verfahren zum Herstellen eines Rohres - Google Patents

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EP2450118B1
EP2450118B1 EP10196606.7A EP10196606A EP2450118B1 EP 2450118 B1 EP2450118 B1 EP 2450118B1 EP 10196606 A EP10196606 A EP 10196606A EP 2450118 B1 EP2450118 B1 EP 2450118B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support element
layer
coating material
carrier element
angle
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP10196606.7A
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English (en)
French (fr)
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EP2450118A1 (de
Inventor
Erik Bähr
Peter Heinrich
Helmut Höll
Peter Sen. Richter
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.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/003—Moulding by spraying metal on a surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a tube, wherein a carrier element is coated by means of a thermal spraying method and the material of the later formed tube is selected as coating material, and wherein subsequently the coating forming the tube is released from the carrier element.
  • a block or billet of, for example, steel cylinders is first formed into a billet, a short and thick-walled tube. This billet is then further processed in a subsequent process step by, for example, the pilgering process or the cross rolling to a tube of thinner diameter.
  • seamless tubes have also been produced by various thermal spraying techniques.
  • a powder coating material is introduced into a heated process gas jet.
  • the powder particles melt or on.
  • the process gas is sprayed onto a carrier element, so that a layer is formed on the carrier element.
  • the layer must fulfill two requirements. For one thing, the layer should adhere to the carrier element during the process. Because only in this way can a pipe be made with fixed specifications.
  • the coating material or later the finished tube can be as easily as possible detached from the carrier element in order to avoid subsequent damage to the tube.
  • seamless tubes are produced by means of a cold spraying process and then the finished tube is released from the carrier element by cooling or heating the tube and / or the carrier element or, alternatively, the carrier element is melted, vaporized or broken.
  • the material of the coating material and the carrier element there is a high or low adhesion between the coating material and the carrier element.
  • Low adhesion in turn means that the coating material is minimally or not at all adhered to the carrier element during the injection process, but is very easy to detach from the carrier element after completion. This in turn can cause complications during the application of the layer to the support member.
  • a thermal spraying process is used for producing a pipe, in particular a seamless pipe, by means of which a high adhesive tensile strength is provided.
  • the adhesive tensile strength results from the relationship between adhesion and layer properties. While the layer properties are largely due to the materials of coating material and carrier element as well as to the gas and the temperature used for this purpose, the adhesion properties are adaptable or adjustable according to the invention via the spray angle.
  • the spray angle is selected in the inventive method so that adhesion is sufficient, so that the coating material adheres to the support member, and at the same time so low that the tube after completion without the use of costly process steps can be easily solved by the support element.
  • the process gas is sprayed in the solder onto the carrier element, so that maximum adhesion forms between the coating material and the carrier element.
  • the process gas is sprayed parallel to the carrier element. This creates no contact and thus no adhesion between the coating material and the carrier element.
  • An injection angle, which causes sufficient adhesion between the coating material and the carrier element, is therefore between more than 0 ° and 90 °.
  • the above considerations apply analogously to the angular range of 90 ° to 180 ° (spraying from the "other side"). In the following, for the sake of simplicity, reference will be made only to the acute angle range (0 ° to 90 °).
  • a flange-like layer is applied at an angle of 90 ° to the carrier element, so that, due to a specific layer thickness, an edge of the layer directed towards the carrier element is formed.
  • the jet of the process gas is aligned with the spray device so that the angle to the flank of the layer is about 90 °. In this angular position, the sprayer then remains until the completion of the coating, so that a uniform dense and non-porous layer with low adhesion at the same time.
  • a hollow mandrel is selected as the carrier element, the outer surface of which is coatable with the coating material.
  • the tube gets its shape.
  • the corresponding diameter of the pipe can be selected.
  • the coating material must be released from the carrier element. This is preferably done by introducing a coolant into the hollow mandrel so that the entire inner surface of the mandrel is cooled.
  • the coolant may be carbon dioxide (CO 2 ) or nitrogen (N 2 ), in particular in the liquid state.
  • the introduction of the coolant leads to a shock-like shrinking process of the mandrel, wherein the mandrel changes in size, so that the coating material dissolves from the mandrel, without this being damaged. After the mandrel returns to ambient temperature, it expands to its initial size and can be used for the next manufacturing process.
  • a cold gas spraying process is preferably used.
  • the method is characterized in that the powder particles of the coating material are not heated to the melting temperature, but are sprayed onto the carrier element with high pressure (temperature approx. 600 ° C, particle velocity> 1000m / s). Layers of extreme adhesion strengths can be produced which are extremely dense and nonporous. Due to the relatively low temperature compared to other thermal spray processes, the spray material is thermally influenced little and much less oxidized. Also, the coated substrate shows no material change due to heat. Methods of cold gas spraying are also in the patent WO 2009/109016 described.
  • the cold gas spraying process allows the use of titanium as a coating material.
  • the corrosion- and temperature-resistant titanium is heated only to the extent that it can be applied to the carrier element by means of the cold gas spraying method, without losing its strength properties. At higher temperatures, the titanium would become brittle quickly.
  • support element preferably aluminum is used.
  • Aluminum is a highly corrosion-resistant element that is easy to mold at low temperatures. Upon introduction of coolant into the hollow mandrel, which in the preferred embodiment is aluminum, the mandrel shrinks, thereby releasing the coating material from the mandrel.
  • a preferred embodiment of the spray system is designed so that move during the coating process, the carrier element and the spray device relative to each other, in particular parallel to the surface of the carrier material. There is a movement of Spray device and carrier element with different speeds in the same direction as well conceivable, as an opposite direction of the carrier element and spray device. Likewise, it is provided that either only the carrier element or only the spray device move in one direction.
  • FIG. 1 shows the carrier element 1 in the form of a hollow mandrel, the spray device 2, the flange-like layer 3, the process gas jet 4 and the coating 5 consisting of the coating material.
  • the position A of the spray device 2 serves to apply the flange-like layer 3 to the carrier element 1, wherein the process gas jet 4 strikes the carrier element 1 at an angle of 90 ° 6b.
  • Carrier element 1 and spray device 2 do not move in this case in the axial direction of the mandrel to each other.
  • the process gas jet 4 with the powdery coating material located therein is directed perpendicular to the carrier element 1, so that the flange-like layer 3 with a certain height, preferably 0.5 to 20 mm , is formed.
  • the finished tube is then about as thick as the flange.
  • the position of the spray device 2 changes. This is illustrated by an intermediate position B.
  • the exact position C of the spray device 2 is selected.
  • the process gas jet 4 is aligned by means of the spray device 2 in the solder 6a to the flank 9 of the flange-like layer 3.
  • the angle 6a between propagation direction of the process gas jet 4 and flank 9 of the flange-like layer 3 is substantially 90 °, wherein a possible deviation from the solder should not be more than +/- 10 °.
  • flank angle 7 and the spray angle 8 In addition to the 90 ° angle 6a, there are two more angles that are important.
  • a flank angle 7 is formed between the flank 9 and the carrier element 1. This angle describes the angle at which the flank 9 of the flange-like layer 3 faces the carrier element 1.
  • a uniform layer 5 of the coating material is sprayed onto the carrier element 1, the coating 5 having optimum layer properties with low adhesion.
  • FIG. 2 shows the sequential process steps of the invention
  • the image 1 is only an example of a spray angle 8 of 0 ° show and thus is not to be regarded as a process step.
  • the inventive method begins with Figure 2.
  • Figure 2 first, the flange-like layer 3 is sprayed onto the carrier element 1, wherein the injection device 2 is aligned at 90 ° angle 6b to the support element 1.
  • the spray device 2 is changed in its position so that the process gas jet 4 is at 90 ° angle 6a to the flank 9 of the flange layer 3.
  • the spray device 2 moves at picture 3, for example, in the axial direction of the mandrel and parallel to the surface of the support member 1, while the mandrel 1 rotates about its longitudinal axis to form the tube circumference.
  • Figure 4 the approach of a coating 5 of the coating material on the support element 1 can be seen.
  • Figure 8 shows the separation process between tube 10 and mandrel at an advanced stage.
  • the finished tube 10 with a predetermined diameter of the selected material, in particular titanium, with the desired layer thickness and the corresponding optimum layer properties.
  • LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 support element 2 sprayer 3 flange-like layer 4 Process gas stream 5 coating 6a Angle based on flange-like layer 6b Angle based on carrier element 7 flank angle 8th spray angle 9 flank 10 pipe 11 coolant

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres, wobei ein Trägerelement mittels eines thermischen Spritzverfahrens beschichtet wird und als Beschichtungswerkstoff das Material des später ausgeformten Rohres gewählt wird, und wobei anschließend die das Rohr bildende Beschichtung vom Trägerelement gelöst wird.
    • Stand der Technik
  • Herkömmlicher Weise wird zum Erzeugen von nahtlosen Rohren zunächst ein Block oder ein Knüppel aus beispielsweise Stahlzylinder zu einer Luppe, ein kurzes und dickwandiges Rohr, geformt. Diese Luppe wird dann in einem folgenden Verfahrensschritt durch zum Beispiel das Pilgerschrittverfahren oder das Schrägwalzen zu einem Rohr dünneren Durchmessers weiter verarbeitet.
  • In neuerer Zeit werden nahtlose Rohre auch mittels verschiedener thermischer Spritzverfahren hergestellt. Hierbei wird ein in Pulverform vorliegender Beschichtungswerkstoff in einen erhitzten Prozessgasstrahl eingeleitet. Dabei schmelzen die Pulverpartikel auf bzw. an. Anhand einer Spritzdüse wird das Prozessgas auf ein Trägerelement aufgespritzt, so dass sich eine Schicht auf dem Trägerelement bildet. Dabei muss die Schicht zwei Voraussetzungen erfüllen. Zum einen sollte die Schicht während des Verfahrens an dem Trägerelement haften. Denn nur auf diese Weise kann ein Rohr mit festen Vorgaben hergestellt werden. Zum anderen ist es erforderlich, dass sich der Beschichtungswerkstoff bzw. später das fertige Rohr möglichst leicht von dem Trägerelement lösen lässt, um eine nachträgliche Beschädigung des Rohres zu vermeiden.
  • Ein entsprechendes Verfahren wird beispielsweise in der WO 2009/109016 A1 beschrieben. Hierbei werden nahtlose Rohre anhand eines Kaltspritzverfahrens hergestellt und anschließend das fertige Rohr von dem Trägerelement gelöst, indem das Rohr und/ oder das Trägerelement abgekühlt oder erhitzt oder alternativ das Trägerelement geschmolzen, verdampft oder zerbrochen wird.
  • Je nach Schichtdicke, Material des Beschichtungswerkstoffes und des Trägerelements, erfolgt eine hohe oder geringe Haftung zwischen Beschichtungswerkstoff und Trägerelement. Dabei führt eine hohe Haftung dazu, dass der Beschichtungswerkstoff während dem Spritzvorgang gut an dem Trägerelement haftet, jedoch nach Fertigstellung nur schwerlich vom Trägerelement zu lösen ist. Was einen erhöhten Zeit- und Kostenaufwand infolge weiterer Verfahrensschritte nach sich ziehen kann. Eine geringe Haftung wiederum führt dazu, dass der Beschichtungswerkstoff während dem Spritzvorgang minimal bis gar nicht an dem Trägerelement haftet, jedoch nach Fertigstellung sehr leicht vom Trägerelement zu lösen ist. Dies wiederum kann Komplikationen während des Auftragens der Schicht auf dem Trägerelement hervorrufen.
  • Es ist daher wünschenswert, die Haftung zwischen Beschichtungswerkstoff und Trägerelement so einzustellen, dass die erforderlichen Haftungs- und auch Schichteigenschaften garantiert und gleichzeitig Herstellungskosten minimiert werden können.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
    • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird zum Herstellen eines Rohres, insbesondere eines nahtlosen Rohres, ein thermisches Spritzverfahren angewendet, durch welches eine hohe Haftzugfestigkeit bereitgestellt wird. Dabei ergibt sich die Haftzugfestigkeit aus dem Zusammenhang zwischen Haftungs- und Schichteigenschaften. Während die Schichteigenschaften zum größten Teil auf die Materialen von Beschichtungswerkstoff und Trägerelement sowie auf das Gas und die hierfür verwendete Temperatur zurückzuführen sind, sind die Haftungseigenschaften erfindungsgemäß über den Spritzwinkel anpassbar bzw. einstellbar. Der Spritzwinkel wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so gewählt, dass eine Haftung entsteht, die ausreicht, damit der Beschichtungswerkstoff an dem Trägerelement haftet, und die gleichzeitig so gering ist, dass das Rohr nach Fertigstellung ohne die Anwendung kostenintensiver Verfahrensschritte leichter vom Trägerelement gelöst werden kann. Bei idealem Spritzwinkel besteht eine minimale Haftung der Beschichtung am Trägermaterial bei gleichzeitig optimalen Schichteigenschaften, die daran zu erkennen sind, dass die Beschichtung bzw. das spätere Rohr dicht und porenfrei vorliegt. Das Einbringen eines Kühlmittels innerhalb des Trägerelements und der damit verbundene Schrumpfvorgang sollten ausreichen, um die Haftung zwischen Beschichtungswerkstoff bzw. Rohr und Trägerelement zu lösen.
  • Bei einem Spritzwinkel von 90° wird das Prozessgas im Lot auf das Trägerelement aufgespritzt, so dass sich zwischen Beschichtungswerkstoff und Trägerelement eine maximale Haftung ausbildet. Bei einem Spritzwinkel von 0° wird das Prozessgas parallel zu dem Trägerelement aufgespritzt. Dabei entsteht kein Kontakt und damit auch keine Haftung zwischen Beschichtungswerkstoff und Trägerelement. Ein Spritzwinkel, der eine ausreichende Haftung zwischen Beschichtungswerkstoff und Trägerelement hervorruft, liegt demnach zwischen über 0° und 90°. Obige Betrachtungen gelten analog für den Winkelbereich von 90° bis 180° (Spritzen von der "anderen Seite"). Im folgenden soll sich der Einfachheit halber nur auf den spitzen Winkelbereich (0° bis 90°) bezogen werden.
  • Zu Beginn des thermischen Spritzverfahrens wird eine flanschartige Schicht im Winkel von 90° auf das Trägerelement aufgebracht, so dass sich aufgrund einer bestimmten Schichtdicke eine zum Trägerelement gerichtete Flanke der Schicht ausbildet. Anschließend wird der Strahl des Prozessgases anhand der Spritzvorrichtung so ausgerichtet, dass der Winkel zu der Flanke der Schicht etwa 90° beträgt. In dieser Winkelposition verharrt die Spritzvorrichtung dann bis zum Abschluss der Beschichtung, so dass eine gleichmäßige dichte und porenfreie Schicht mit gleichzeitig geringer Haftung entsteht.
  • Zweckmäßiger Weise wird als Trägerelement ein hohler Dorn gewählt, dessen äußere Oberfläche mit dem Beschichtungswerkstoff beschichtbar ist. In Folge dessen erhält das Rohr seine Form. Je nach Dorngröße kann der entsprechende Durchmesser des Rohres gewählt werden.
  • Nachdem die gewünschte Länge des Rohres durch Beschichtung des Trägerelements erfolgt ist, muss der Beschichtungswerkstoff von dem Trägerelement gelöst werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch Einbringen eines Kühlmittels in den hohlen Dorn, so dass die gesamte Innenfläche des Dorns abgekühlt wird. Bei dem Kühlmittel kann es sich um Kohlendioxid (CO2) oder Stickstoff (N2), insbesondere im flüssigen Aggregatzustand, handeln.
  • Das Einleiten des Kühlmittels führt zu einem schockartigen Schrumpfvorgang des Dorns, wobei sich der Dorn in seiner Größe verändert, so dass sich der Beschichtungswerkstoff von dem Dorn löst, ohne dass dieser beschädigt wird. Nachdem der Dorn die Umgebungstemperatur wieder erreicht hat, dehnt er sich auf seine Anfangsgröße aus und kann für das nächste Herstellungsverfahren verwendet werden.
  • Bevorzugt wird bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Rohren als thermisches Spritzverfahren ein Kaltgasspritzverfahren eingesetzt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Pulverpartikel des Beschichtungswerkstoffes nicht bis auf die Schmelztemperatur erwärmt werden, aber mit hohem Druck auf das Trägerelement aufgespritzt werden (Temperatur ca. 600°C, Partikelgeschwindigkeit > 1000m/s). Es können Schichten von extremen Haftungsfestigkeiten erzeugt werden, die außerordentlich dicht und porenfrei sind. Aufgrund der relativ niedrigen Temperatur im Vergleich zu anderen thermischen Spritzverfahren wird der Spritzwerkstoff thermisch wenig beeinflusst und erheblich weniger oxidiert. Auch das beschichtete Trägermaterial zeigt keine Materialveränderung aufgrund von Wärmeeinwirkung. Verfahren des Kaltgasspritzens sind ebenfalls in der Patentschrift WO 2009/109016 beschrieben.
  • Das Kaltgasspritzverfahren ermöglicht unter anderem die Verwendung von Titan als Beschichtungswerkstoff. Beim Kaltgasspritzen wird das korrosions- und temperaturbeständige Titan nur insoweit erhitzt, damit es mittels des Kaltgasspritzverfahrens auf das Trägerelement aufgebracht werden kann, ohne dabei seine Festigkeitseigenschaften zu verlieren. Bei höheren Temperaturen würde das Titanium schnell verspröden.
  • Als Trägerelement wird vorzugsweise Aluminium eingesetzt. Bei Aluminium handelt es sich um ein sehr korrosionsbeständiges Element, das bei niedrigen Temperaturen gut formbar ist. Beim Einleiten von Kühlmittel in den hohlen Dorn, der bei der bevorzugten Ausführungsform aus Aluminium besteht, schrumpft der Dorn, wodurch sich der Beschichtungswerkstoff von dem Dorn löst.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Spritzanlage ist so ausgelegt, dass sich während des Beschichtungsverfahrens das Trägerelement und die Spritzvorrichtung relativ zueinander, insbesondere parallel zur Oberfläche des Trägermaterials, bewegen. Dabei ist eine Bewegung von Spritzvorrichtung und Trägerelement mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in dieselbe Richtung ebenso denkbar, wie eine entgegengesetzte Richtung von Trägerelement und Spritzvorrichtung. Ebenso ist vorgesehen, dass sich entweder nur das Trägerelement oder nur die Spritzvorrichtung in eine Richtung bewegen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Zeichnung und dem dort dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
    • Figurenbeschreibung
    • Figur 1
    zeigt das Einstellen der Spritzvorrichtung zur Wahl eines Spritzwinkels; und
    Figur 2
    zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres in seinen einzelnen Schritten.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Figur 1 zeigt das Trägerelement 1 in Form eines hohlen Dorns, die Spritzvorrichtung 2, die flanschartige Schicht 3, den Prozessgasstrahl 4 und die Beschichtung 5 bestehend aus dem Beschichtungswerkstoff. Die Stellung A der Spritzvorrichtung 2 dient zum Auftragen der flanschartigen Schicht 3 auf das Trägerelement 1, wobei der Prozessgasstrahl 4 im 90° Winkel 6b auf das Trägerelement 1 trifft. Trägerelement 1 und Spritzvorrichtung 2 bewegen sich hierbei nicht in axialer Richtung des Dorns zueinander. In dieser Position wird der Prozessgasstrahl 4 mit dem darin befindlichen pulverartigen Beschichtungswerkstoff senkrecht auf das Trägerelement 1 gerichtet, so dass sich die flanschartige Schicht 3 mit einer bestimmten Höhe, bevorzugt 0,5 bis 20 mm, ausbildet. Das fertige Rohr ist dann in etwa so dick wie der Flansch. Nachdem die flanschartige Schicht 3 die vorgegebene Schichtdicke erreicht hat, ändert sich die Position der Spritzvorrichtung 2. Dies wird durch eine Zwischenposition B verdeutlicht. Bevor mit dem eigentlichen Beschichtungsvorgang begonnen wird, wird die exakte Position C der Spritzvorrichtung 2 gewählt. Hierfür wird der Prozessgasstrahl 4 mittels der Spritzvorrichtung 2 im Lot 6a zu der Flanke 9 der flanschartigen Schicht 3 ausgerichtet. Somit beträgt der Winkel 6a zwischen Ausbreitungsrichtung des Prozessgasstrahls 4 und Flanke 9 der flanschartigen Schicht 3 im Wesentlichen 90°, wobei eine mögliche Abweichung von dem Lot nicht mehr als +/- 10° aufweisen sollte.
  • Zusätzlich zu dem 90° Winkel 6a entstehen noch zwei weitere Winkel, die von Bedeutung sind. Zum einen der Flankenwinkel 7 und der Spritzwinkel 8. In der Verlängerung des Prozessgasstrahls 4 bildet sich ein Winkel zwischen dieser Verlängerung und dem Trägerelement 1. Dieser Winkel wird als Spritzwinkel 8 bezeichnet, da es den Winkel beschreibt, unter dem der Beschichtungswerkstoff auf das Trägerelement 1 auftrifft. Gleichzeitig bildet sich zwischen der Flanke 9 und dem Trägerelement 1 ein Flankenwinkel 7. Dieser beschreibt den Winkel, in welchem die Flanke 9 der flanschartigen Schicht 3 zu dem Trägerelement 1 steht. Mit Hilfe des Flankenwinkels 7 der gemessen werden kann, lässt sich der Spritzwinkel 8 berechnen. Aufgrund der Tatsache, dass in einem Dreieck die drei Innenwinkel eine Winkelsumme von 180° ergeben, lässt sich für das Dreieck, zu sehen im separaten Ausschnitt der Figur 1a folgende Gleichung aufstellen: 90 ⁢ ° + Flankenwinkel 7 + Spritzwinkel 8 = 180 ⁢ °
    Figure imgb0001
     Spritzwinkel 8 = 90 ⁢ ° - Flankenwinkel 7
    Figure imgb0002
  • Nachdem die Spritzvorrichtung 2 in die Position C gebracht wurde, wird eine gleichmäßige Schicht 5 des Beschichtungswerkstoffes auf das Trägerelement 1 aufgespritzt, wobei die Beschichtung 5 optimale Schichteigenschaften bei geringer Haftung aufweist.
  • Die Figur 2 zeigt die nacheinander ablaufenden Verfahrensschritte der Erfindung, wobei das Bild 1 nur beispielhaft einen Spritzwinkel 8 von 0° zeigen soll und somit nicht als Verfahrensschritt anzusehen ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit Bild 2. In Bild 2 wird zunächst die flanschartige Schicht 3 auf das Trägerelement 1 aufgespritzt, wobei die Spritzvorrichtung 2 im 90° Winkel 6b zu dem Trägerelement 1 ausgerichtet ist. In Bild 3 wird die Spritzvorrichtung 2 in ihrer Lage so geändert, dass sich der Prozessgasstrahl 4 im 90° Winkel 6a zu der Flanke 9 der flanschartigen Schicht 3 befindet. Die Spritzvorrichtung 2 bewegt sich bei Bild 3 beispielsweise in axialer Richtung des Dorns und parallel zur Oberfläche des Trägerelements 1, während sich der Dorn 1 um seine Längsachse dreht, um den Rohrumfang auszubilden. In Bild 4 ist der Ansatz einer Beschichtung 5 des Beschichtungswerkstoffes auf dem Trägerelement 1 zu erkennen. In Bild 5 ist die Beschichtung 5 des Trägerelements 1 soweit fortgeschritten, dass bereits der gesamte Abschnitt des Dorns vom Beschichtungswerkstoff 5 bedeckt ist. In Bild 6 soll die Beschichtung 5 des Beschichtungswerkstoffes nun von dem Trägerelement 1 gelöst werden, indem ein insbesondere flüssiges Kühlmittel 11 bestehend aus CO2 oder N2 in den hohlen Dorn eingeführt wird. Während des Kühlvorgangs kann, sollte es sich um ein Endlosrohr handeln, der Spritzvorgang weiterhin durchgeführt werden. In Bild 7 befinden sich sowohl der Dorn als auch die Spritzvorrichtung 2 im Stillstand, so dass das Rohr 10 von dem Dorn 1 abgezogen werden kann. Gleichzeitig wird weiter Kühlmittel 11 in den hohlen Dorn eingespritzt, um Risse oder sonstige Nebenwirkungen beim Lösen von dem Dorn zu vermeiden. In Bild 8 wird der Trennvorgang zwischen Rohr 10 und Dorn im fortgeschrittenen Stadium gezeigt. Nachdem das Rohr 10 vollständig von dem Trägerelement 1 bzw. dem Dorn gelöst worden ist, liegt das fertige Rohr 10 mit vorbestimmtem Durchmesser aus dem gewählten Material, insbesondere Titan, mit der erwünschten Schichtdicke und den entsprechenden optimalen Schichteigenschaften vor. Bezugszeichenliste
    1 Trägerelement
    2 Spritzvorrichtung
    3 flanschartige Schicht
    4 Prozessgasstrahl
    5 Beschichtung
    6a Winkel bezogen auf flanschartige Schicht
    6b Winkel bezogen auf Trägerelement
    7 Flankenwinkel
    8 Spritzwinkel
    9 Flanke
    10 Rohr
    11 Kühlmittel

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Rohres (10), wobei ein Trägerelement (1) mittels eines thermischen Spritzverfahrens beschichtet wird, wobei als Beschichtungswerkstoff das Material des später ausgeformten Rohres (10) gewählt wird, und wobei die das Rohr (10) bildende Beschichtung (5) vom Trägerelement (1) gelöst wird, und der Spritzwinkel (8), unter dem der Beschichtungswerkstoff auf das Trägerelement (1) gespritzt wird, derart gewählt wird, dass eine geringe Haftung der Beschichtung (5) auf dem Trägerelement (1) erzielt wird, wobei
    - zu Beginn des thermischen Spritzverfahrens eine flanschartige Schicht (3) auf das Trägerelement (1) aufgespritzt wird, so dass sich aufgrund einer bestimmten Schichtstärke dieser Schicht (3) eine zum Trägerelement (1) gerichtete Flanke (9) bildet, wobei die flanschartige Schicht (3) mit einem Spritzwinkel (8) von 90° aufgespritzt wird, und
    - als Spritzwinkel (8) für die das Rohr (10) bildende Beschichtung (5) ein Winkel (6a) gewählt wird, der im Wesentlichen senkrecht auf die zum Trägerelement (1) gerichtete Flanke (9) der flanschartigen Schicht (3) steht und 90° ± 10° beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungswerkstoff in einem Spritzwinkel (8) von über 0° bis 90° auf das Trägerelement (1) aufgespritzt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägerelement (1) ein insbesondere hohler Dorn gewählt wird, dessen äußere Oberfläche beschichtbar ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Lösen des Beschichtungswerkstoffs (5) von dem Trägerelement (1) ein Kühlmittel (11) in den hohlen Dorn geleitet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel (11) CO2 oder N2, insbesondere im flüssigen Aggregatzustand, verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als thermisches Spritzverfahren ein Kaltgasspritzverfahren eingesetzt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Beschichtungswerkstoff um Titan handelt.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trägerelement (1) um Aluminium handelt.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich während des Beschichtungsverfahrens das Trägerelement (1) und eine Spritzvorrichtung (2) relativ zueinander bewegen.
EP10196606.7A 2010-11-04 2010-12-22 Verfahren zum Herstellen eines Rohres Not-in-force EP2450118B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010060362A DE102010060362A1 (de) 2010-11-04 2010-11-04 Verfahren zum Herstellen eines Rohres

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2450118A1 EP2450118A1 (de) 2012-05-09
EP2450118B1 true EP2450118B1 (de) 2013-07-24

Family

ID=43807002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10196606.7A Not-in-force EP2450118B1 (de) 2010-11-04 2010-12-22 Verfahren zum Herstellen eines Rohres

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