WO2013139321A9 - Verfahren zur herstellung geschweisster rohre aus stahl - Google Patents

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Franz Martin Knoop
Michael Kaack
Ludwig Oesterlein
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Salzgitter Mannesmann Grossrohr Gmbh
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    • B23K2101/06—Tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing welded steel pipes according to claim 1.
  • welded tubes are understood to mean both threaded tubes, so-called spiral tubes, and longitudinally welded tubes.
  • HFI high frequency induction welded
  • ERP electrically resistance welded
  • Spiral seam tubes are usually UP-welded, while longitudinally welded tubes can be welded in addition to UP-, HFI- or ERW-welded.
  • the laser or laser hybrid welding consisting of a combination of laser and inert gas welding is increasingly used for such pipes.
  • the hot strip is formed into a tube in a forming unit of a tube forming machine.
  • the deformation unit consists of a 3-roller beam bending system with an outer roller support cage and a so-called offset roller.
  • height adjustable offset roller can be compensated for any band edge offset of the slot tube.
  • HTS process Helical Seam Two Step
  • the pipe diameter is influenced by the entry angle of the belt in the
  • Deformation unit and the bandwidth of the input material used can also be influenced on the diameter of the tube.
  • Tube molding machine is achieved.
  • the spiral-welded pipes are subjected to a water pressure test to check for leaks, then tested for compliance with quality specifications at several stations and then prepared for shipment.
  • spiral-welded pipes are still provided with a coating.
  • the field of exposed to very high external pressure offshore pipelines must because of the ever-increasing demands, eg. B. to the
  • the quality assurance measures are comparable for longitudinal or spiral seam welded pipes.
  • the material parameters of the starting material ie the strip or sheet material, are usually random samples by destructive testing methods, such.
  • geometric values length, width, thickness
  • the manufacturing parameters such.
  • the mechanical material properties or the residual stress state can vary over the width and length thereof due to different cooling conditions during rolling of the strips and sheets. If the strip or sheet properties are known, the process parameters can be set accordingly.
  • a complete characterization of the material properties by determining the mechanical properties, toughness, residual stress state, structure and texture over the length and width of the strip or sheet and the molded tubes via a
  • Bandeinformung can be characterized to a slotted tube.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for producing welded steel tubes, with the material properties of the base material (strip / sheet) simple and inexpensive nationwide (over the entire sheet or strip area) characterized and with the determined parameters for control or regulation of the process parameters can be used.
  • Material properties is derived and when exceeding predetermined limits for the measured value deviations, the process parameters are adjusted and / or the strip / sheet is subjected to a homogenization process prior to molding.
  • the measured values can also be used to automatically control or even to process the process parameters of the subsequent process steps with smaller variations regulate.
  • the individual measured values give integral characteristic values for the
  • measurements of the length and width of the strip / sheet are made continuously or discontinuously (eg raster-like or oscillating) according to the invention, and from the variance of the determined measured values (measured quantities) a measure of the homogeneity of the material properties derived.
  • ultrasonic modes can also be used. If, for example, a longitudinal and two transverse modes are used, then by relating the measured values of the transit times to one another, further wall thickness-independent quantities suitable for characterizing the material properties can be determined.
  • Ratio or the relative difference then derive a value for the integral index of the sheet or strip properties at the respective measuring point of the test specimen.
  • any variation of the integral characteristic is essentially based on the variation of the residual stress. The higher the ratio, the higher it is
  • the ultrasound excited electromagnetically introduced into the test piece so that it can be dispensed with a coupling agent.
  • the results of the non-destructive testing can be used not only to adapt or optimize the process parameters in pipe production, but also to the production parameters, such as rolling and cooling parameters in the sheet metal and
  • this test method for characterizing the homogeneity of material properties are not limited to the examination of the starting material for pipe production but are likewise advantageously suitable for characterizing the homogeneity of the material properties of the pipes in the individual production stages.
  • Figures 1 to 3 show some examples of ultrasonically scanned across length and width surfaces of sheets. Shown are the results of Runtime measurements of the ultrasonic signals, the numbers in the scale next to the figures, the relative differences of the transit times (difference by the sum of maturities) in percent for the different polarization directions in different
  • the measured relative transit times of the ultrasonic signals have a good symmetry both in the lengthwise direction and in the widthwise direction of the sheet, so that approximately homogeneously distributed material properties are present with respect to the symmetry axes. Since the value specifications for the propagation time differences between the two polarization directions are relatively low, there is a total of a metal sheet with a homogeneous distribution of properties with respect to the symmetry axes.
  • FIG. 2 shows, as an example, a metal sheet which has a fairly symmetrical distribution of properties over the sheet width, however, because of the high relative differences in the ultrasonic propagation times with relatively high property variations, which in the case of FIG
  • Blecheinformung are taken into account. Because of the good symmetry can be responded to but usually good.
  • FIG. 1 A sheet with a clear asymmetry of the properties across the sheet width is shown in FIG. A tube made of this sheet showed a significant ovality after the forming and welding without adjusting the process parameters.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschweißter Rohre aus Stahl, bei dem Bänder oder Bleche zu einem mit einem längs- oder schraubenlinienförmigen Schlitz versehenen Rohr eingeformt und die Stoßkanten des Schlitzrohres zusammengeschweißt werden und wobei die Prozessparameter zur Rohrherstellung auf Basis von zuvor ermittelten Werkstoffkennwerten und Geometrie der Bänder oder Bleche festgelegt werden. Dabei wird das Band oder Blech vor dem Einformen über Länge und Breite einer zerstörungsfreien kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Prüfung auf Inhomogenitäten unterzogen, aus den Messwerten ein integraler charakteristischer Kennwert für die Werkstoffeigenschaft des Bandes oder Bleches gebildet und aus der Varianz der Messwerte der verschiedenen Messstellen ein Maß für die Homogenität der Werkstoffeigenschaften in Bezug auf Länge und Breite des Bandes oder Bleches abgeleitet wird und bei Überschreiten vorher festgelegter Grenzen für die Messwertabweichungen die Prozessparameter nachgestellt werden und/oder das Band oder Blech vor der Einformung einem Homogenisierungsprozess unterzogen wird.

Description

Verfahren zur Herstellung geschweißter Rohre aus Stahl
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschweißter Rohre aus Stahl gemäß Patentanspruch 1.
Unter geschweißten Rohren werden im Folgenden sowohl Schraubennahtrohre, so genannte Spiralnahtrohre, als auch längsnahtgeschweißte Rohre verstanden.
Für den Transport von Wasser, Öl und Gas werden im Regelfall unterpulver- (UP), hochfrequenz induktionsgeschweißte (HFI) oder elektrisch widerstandsgeschweißte (ERW) Leitungsrohre eingesetzt, welche vorzugsweise aus Warmband oder aus Grobblech in Dicken von etwa 10 bis über 25 mm hergestellt werden.
Spiralnahtrohre werden im Regelfall UP-geschweißt, während längsnahtgeschweißte Rohre neben UP- auch HFI- oder ERW-geschweißt sein können. Allerdings wird auch zunehmend das Laser- oder Laser-Hybridschweißen, bestehend aus einer Kombination von Laser- und Schutzgasschweißen für derartige Rohre angewandt.
Bei den längsnaht- mittels UP-Verfahren geschweißten Großrohren ist das in der Fachwelt mit UOE bezeichnete Verfahren das am häufigsten angewandte. Bei diesem Verfahren werden im ersten Schritt die Kanten eines ebenen Bleches angebogen. Die nachfolgende Presse formt das Blech mit einem runden Pressstempel in eine U-Form (U-Presse), welches anschließend auf einer O-Presse mit zwei sich schließenden Gesenken zu einem runden Schlitzrohr gepresst wird. Im Anschluss an die Blecheinformung zu einem Schlitzrohr wird dieses in einem zweiten Schritt mittels UP-Schweißen fertiggeschweißt. Da in vielen Fällen die Rohre nach dem Innen- und Außenschweißen noch nicht die Anforderungen an
Durchmesser, Rundheit und Geradheit erfüllen, werden sie durch Kaltaufweiten
(Expandieren) kalibriert. Die so hergestellten Rohre werden dann je nach
Korrosionsbeanspruchung mit einer Beschichtung versehen und auf der Baustelle zu Pipelines verschweißt und beispielsweise für den Öl- oder Gastransport eingesetzt.
Für Schraubennahtrohre ist es z. B. aus der Broschüre„Spiralgeschweißte Großrohre - Produktinformationen - " (Salzgitter Mannesmann Großrohr 3/08) bekannt, das Warmband nach dem Abhaspeln von einem Coil zunächst zu richten, in einer Einformeinrichtung schraubenlinienförmig zu einem Schlitzrohr zu formen und nach der Bandeinformung in einem zweistufigen Verfahren zu einem Rohr zu verschweißen.
Hierzu wird das Warmband in einer Verformungseinheit einer Rohrformmaschine zu einem Rohr geformt. Die Verformungseinheit besteht aus einem 3-Rollenbalken-Biegesystem mit einem äußeren Rollenstützkäfig und einer sogenannten Versatzrolle. Mit der
höheneinstellbaren Versatzrolle kann ein etwaiger Bandkantenversatz des Schlitzrohres ausgeglichen werden. In diesem als„HTS-Verfahren" (Helical Seam-Two-Step) bekannten Fertigungsprozess werden in einem ersten Verfahrensschritt die Bandkanten des
Schlitzrohrs mittels einer Schutzgas-Heftschweißung bei hoher Schweißgeschwindigkeit von bis zu 15m/min verschweißt, wobei die Bandkanten dabei nur zum Teil miteinander verbunden werden.
Der Rohrdurchmesser wird beeinflusst vom Einlaufwinkel des Bandes in die
Verformungseinheit und von der Bandbreite des eingesetzten Vormaterials. Mittels der höheneinstellbaren Versatzrolle kann ebenfalls auf den Durchmesser des Rohres Einfluss genommen werden.
Das Fertigschweißen mit einer vollständigen Verschweißung der Bandkanten mit einer Innen- und Außennaht erfolgt anschließend in einem zweiten Schritt auf separaten
Schweißständen mittels UP-Schweißen.
Der Vorteil gegenüber dem konventionellen einstufigen Verfahren, bei dem direkt in der Rohrformmaschine auch die Unterpulverschweißnähte ausgeführt werden und das Rohr somit in einem Schritt fertig geschweißt wird, besteht darin, dass durch die hohe
Geschwindigkeit bei der Heftnahtschwei ßung eine höhere Leistung der
Rohreinformmaschine erreicht wird.
Nach dem Schweißen werden die spiralgeschweißten Rohre zur Dichtheitskontrolle einer Wasserdruckprüfung unterzogen, anschließend in mehreren Stationen auf Einhaltung der Qualitätsvorgaben geprüft und danach zum Versand vorbereitet.
Je nach Anforderung an die Korrosionsfestigkeit können die längsnaht- oder
spiralnahtgeschweißten Rohre noch mit einer Beschichtung versehen werden. Insbesondere im Bereich von mit sehr hohem Außendruck beaufschlagten offshore verlegten Rohrleitungen müssen wegen der ständig steigenden Anforderungen, z. B. an die
Kollapsfestigkeit, die Rohre bezüglich der Rundheitstoleranzen immer größeren
Anforderungen genügen. Aber nicht nur die Geometrie (Rundheit, Geradheit), sondern auch die Werkstoffeigenschaften, wie Festigkeit, Zähigkeit usw., beeinflussen in erheblichem Maße die Gebrauchseigenschaften der Rohre.
Gefordert wird eine hohe Konstanz der Rohreigenschaften bezüglich Geometrie und
Werkstoff sowohl über Rohrquerschnitt und -länge wie auch von Rohr zu Rohr. Die
Gleichmäßigkeit dieser geforderten Eigenschaften wird dabei durch vielerlei Faktoren im gesamten Herstellungsprozess beeinflusst.
Zum einen sind dies die Werkstoffeigenschaften des Ausgangsmaterials (Band bzw. Blech), wie z. B. Festigkeit, Zähigkeit, Gefüge, Textur, Eigenspannungszustand etc., die möglichst gleichmäßig und homogen über Länge und Breite sein sollten. Zum anderen ist es die Konstanz der eingestellten Prozessparameter beispielsweise bei der Einformung und in den nachfolgenden Fertigungsschritten.
Aus der GB 2 027 373 A ist bekannt, dass der Eigenspannungszustand des Bandes Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Rohrgeometrie (Ovalität, Geradheit usw.) hat. Allein die
Ermittlung des Eigenspannungszustandes reicht aber nicht aus, um die Qualität des fertigen Rohres zu charakterisieren, da die weiteren Einflussfaktoren unberücksichtigt bleiben.
Im Rahmen der Qualitätssicherung erfolgen deshalb im Fertigungsablauf der geschweißten Rohre vielfältige integrierte zerstörende sowie verschiedene zerstörungsfreie Prüfungen, um die qualitativen Anforderungen an das fertige Rohr sicherzustellen.
Die qualitätssichernden Maßnahmen sind bei längs- oder spiralnahtgeschweißten Rohren vergleichbar.
Die Werkstoffkennwerte des Ausgangswerkstoffs, also des Band- oder Blechmaterials, werden üblicherweise stichprobenartig mittels zerstörender Prüfverfahren, wie z. B.
Zugversuch oder Kerbschlag biegeversuch ermittelt und gehen dann neben den
geometrischen Werten (Länge, Breite, Dicke) ein in die Einstellung der Fertigungsparameter, wie z. B. Band- bzw. Blecheinformung, Schweißparameter oder nachfolgende Richtprozesse. Beispielsweise ist bekannt, dass die mechanischen Werkstoffeigenschaften oder der Eigenspannungszustand aufgrund unterschiedlicher Abkühlbedingungen beim Walzen der Bänder und Bleche über deren Breite und Länge variieren können. Sind die Band- bzw. Blecheigenschaften bekannt, so können die Prozessparameter entsprechend eingestellt werden.
Mit den bekannten Methoden der zerstörenden Materialprüfung ist allerdings nur eine lokale und stichprobenartige Prüfung und Kontrolle der Band- oder Blecheigenschaften und damit eine nur eingeschränkte Bewertung der Auswirkungen auf eine etwaig notwendige
Anpassung der Prozessparameter und damit auf die Bauteileigenschaften möglich.
Eine vollständige Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften durch Bestimmung der mechanischen Kennwerte, Zähigkeit, Eigenspannungszustand, Gefüge und Textur über Länge und Breite des Bandes bzw. Bleches und der eingeformten Rohre über eine
Rückkopplung zum Fertigungsprozess kann bislang nur mit zerstörenden Prüfverfahren und deshalb nur mit großem, wirtschaftlich nicht vertretbarem Aufwand, für einzelne Bleche oder Bänder realisiert werden.
Eine vollständige Kontrolle und Dokumentation der Blech/Bandqualität hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften wird deshalb bislang nicht vorgenommen.
Noch ist kein Verfahren bekannt, mit dem die Werkstoffeigenschaften über die gesamte Blech bzw. Bandfläche wirtschaftlich überprüft und mit dessen Hilfe die Eigenschaften des Bleches/Bandes z. B. im Hinblick auf das Umformverhalten bei der Blech- oder
Bandeinformung zu einem Schlitzrohr charakterisiert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung geschweißter Rohre aus Stahl anzugeben, mit dem die Werkstoffeigenschaften des Grundmaterials (Band/Blech) einfach und kostengünstig flächendeckend (über die gesamte Blech bzw. Bandfläche) charakterisiert und mit dem die ermittelten Kenngrößen zur Steuerung oder Regelung der Prozessparameter genutzt werden können.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen. Nach der Lehre der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung geschweißter Rohre aus Stahl vorgeschlagen, bei dem ein Band oder Blech zu einem mit einem Längs- oder schraubenlinienförmigen Schlitz versehenen Rohr eingeformt wird und die Stoßkanten des Schlitzrohrs zusammengeschweißt werden und wobei die Prozessparameter zur
Rohrherstellung auf Basis von zuvor ermittelten Werkstoffkennwerten und Geometrie der Bänder festgelegt werden, wobei das Band/Blech vor dem Einformen über Länge und Breite einer zerstörungsfreien, kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Prüfung auf
Inhomogenitäten unterzogen, aus den Messwerten ein integraler, charakteristischer
Kennwert für die Werkstoffeigenschaft des Bandes/Bleches gebildet und aus der Varianz der Messwerte der verschiedenen Messstellen ein Maß für die Homogenität der
Werkstoffeigenschaften abgeleitet wird und bei Überschreiten vorher festgelegter Grenzen für die Messwertabweichungen die Prozessparameter nachgestellt werden und/oder das Band/Blech vor der Einformung einem Homogenisierungsprozess unterzogen wird.
Ein wesentlicher Vorteil gegenüber den bekannten Verfahren ist eine deutlich verbesserte, d. h. umfassendere Dokumentation der Werkstoffeigenschaften von Blechen und Bändern bei der Rohrherstellung, zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber
zerstörenden Prüfverfahren deutlich wirtschaftlicher in der Anwendung. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das zerstörungsfreie Prüfverfahren automatisiert angewandt wird.
Es werden jetzt nicht mehr die Werkstoffeigenschaften über zerstörende Prüfungen nur stichprobenartig, sondern kontinuierlich oder diskontinuierlich und zerstörungsfrei (z. B. rasterartig oder oszillierend) über die gesamte Oberfläche des Bandes oder Bleches erfasst und ausgewertet, so dass auf etwaige Veränderungen in der Homogenität der
Werkstoffeigenschaften über Länge und Breite des Bandes bzw. Bleches durch
entsprechende Anpassungen in den Prozessparametern direkt reagiert werden kann.
Untersuchungen haben gezeigt, dass grobe Änderungen in den Werkstoffeigenschaften, wie sie durch unbeabsichtigte oder provozierte Fehler im Herstellungsprozess der Bänder oder Bleche entstehen können, in den Messwerten eindeutig detektierbar sind.
Entsprechendes Vormaterial, das den Gebrauchswert des endgültigen Produkts stark einschränken würde, kann so bereits vor der Einformung aussortiert werden.
Vorteilhaft können die Messwerte auch dazu genutzt werden, bei kleineren Variationen die Prozessparameter der nachfolgenden Prozessschritte automatisiert zu steuern oder sogar zu regeln. Die einzelnen Messwerte geben dabei integrale Kennwerte für die
Werksstoffeigenschaften wieder, die die mechanischen Eigenschaften (Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Zähigkeit etc.), Eigenspannungszustand, Werkstoffgefüge und Textur charakterisieren.
Es hat sich herausgestellt, dass zur Erzielung möglichst homogener Bauteileigenschaften die einzustellenden Prozessparameter in den einzelnen Fertigungsschritten und hier
insbesondere der Einformprozess des Bandes oder Bleches wesentlich von der
Gleichmäßigkeit und Homogenität des Ausgangsmaterials beeinflusst werden. Verändern sich z. B. die Festigkeitswerte oder Eigenspannungen über die Bandbreite oder -länge, so hat dies unmittelbaren Einfluss auf die Umformvorgänge bei der Einformung des Bandes und damit auf die Geometrie des geschweißten Rohres. Ein Vorteil des angegebenen Verfahrens ist, dass sowohl Festigkeitswerte, wie auch Eigenspannungen einen wesentlichen Einfluss auf die integralen Kennwerte haben, so dass mögliche Inhomogenitäten in den
Festigkeitswerten und den Eigenspannungen erkannt werden können.
Mittels zerstörungsfreier Prüfungen, wie beispielsweise mit Ultraschall oder
elektromagnetischen Verfahren (z. B. Wirbelstrom) werden nun erfindungsgemäß kontinuierlich oder diskontinuierlich (z. B rasterartig oder oszillierend) Messungen über Länge und Breite des Bandes/Bleches vorgenommen und aus der Varianz der ermittelten Messwerte (Messgrößen) ein Maß für die Homogenität der Werkstoffeigenschaften abgeleitet.
Bei Versuchen hat sich insbesondere die Ultraschallprüfung als ein zur integralen
Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften sehr geeignetes Verfahren herausgestellt. Dabei wird die Veränderung der Ultraschalllaufzeiten als Maß für die Homogenität der Werkstoffeigenschaften herangezogen.
Zur Prüfung, d. h. zur Ultraschall-Beaufschlagung des Bleches bzw. Bandes, werden vorteilhaft zwei unabhängige Ultraschall-Moden verwendet, die gleichzeitig am gleichen Messort einwirken, wobei die gemessenen Laufzeitwerte zueinander in Beziehung gesetzt werden, um Einflüsse der Blech- oder Banddicke auf die Ultraschalllaufzeiten
auszuschließen. Als günstig haben sich dafür transversale Wellen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen herausgestellt. Um detailliertere Informationen über Art und Verteilung der Werkstoffeigenschaften bzw. der Eigenspannungskomponenten zu erhalten, können auch mehr als zwei Ultraschall-Moden verwendet werden. Werden beispielsweise eine longitudinale und zwei transversale Moden verwendet, so können daraus, indem die gemessenen Werte der Laufzeiten zueinander in Beziehung gesetzt werden, weitere wanddickenunabhängige Größen bestimmt werde, die zur Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften geeignet sind.
Aus der physikalischen Beziehung zwischen Laufzeit bzw. Laufzeitänderungen, resultierend aus Änderungen in der Schallgeschwindigkeit, lässt sich über die in Beziehung gesetzten Ultraschalllaufzeiten zwischen den unterschiedlichen Wellen (z. B. durch Bildung des
Verhältnisses oder der relativen Differenz), dann ein Wert für die integrale Kennzahl der Blech- bzw. Bandeigenschaften an der jeweiligen Messstelle des Prüfkörpers ableiten.
Sind die Materialeigenschaften (Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Zähigkeit, Werkstoffgefüge, Textur, etc) des Blechs bzw. Bandes durch dessen Herstellungsprozess konstant, dann beruht eine etwaige Variation der integralen Kennzahl im Wesentlichen auf der Variation der Eigenspannung. Je höher die Kennzahl ist, desto höher ist das
Eigenspannungsniveau.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Ultraschall elektromagnetisch angeregt in das Prüfstück eingeleitet, so dass auf ein Koppelmittel verzichtet werden kann.
Die Ergebnisse der zerstörungsfreien Prüfung können aber nicht nur zur Anpassung bzw. Optimierung der Prozessparameter bei der Rohrherstellung genutzt werden, sondern auch dazu, die Erzeugungsparameter, wie Walz- und Kühlparameter bei der Blech- und
Bandproduktion zu optimieren und so durch die Rückkopplung der Messergebnisse die Homogenität der Bleche/Bänder zu verbessern. Dadurch kann in der Folge die Qualität der Rohre erheblich verbessert werden ohne die Prozessparameter bei der Rohrerzeugung anpassen zu müssen.
Die Einsatzmöglichkeiten dieses Prüfverfahrens zur Charakterisierung der Homogenität von Werkstoffeigenschaften beschränken sich aber nicht auf die Überprüfung des Vormaterials zur Rohrherstellung sondern sind ebenfalls vorteilhaft zur Charakterisierung der Homogenität der Werkstoffeigenschaften der Rohre in den einzelnen Fertigungsstufen geeignet.
Die Einsatzmöglichkeiten können wie folgt zusammengefasst werden: • Messung von Struktur und mechanisch-physikalischen Eigenschaften
- Zugversuchskennwerte (Festigkeit und Duktilität)
- Zähigkeit
- Eigenspannungszustand
- Gefüge und Textur
am Rohrkörper oder am Band bzw. Blech über deren Breite und Länge als integraler Kennwert
• kontinuierliche oder stichprobenartige Qualitätsprüfung der eingesetzten Bänder bzw.
Bleche hinsichtlich Gleichmäßigkeit und Homogenität der oben genannten mechanischphysikalischen Eigenschaften
• kontinuierliche oder stichprobenartige Überprüfung/Überwachung der
Gleichmäßigkeit/Stabilität der eingestellten Prozessparameter bei der Rohrherstellung über alle Fertigungsstufen vom Band/Blech bis zur Rohrbeschichtung
• kontinuierliche oder stichprobenartige Eigenschaftsermittlung vor, während oder nach den folgenden Prozessstufen (einzeln oder prozessschrittübergreifend)
1. Abhaspeln des Bandes
2. Richten des Warmbandes bzw. Blechs (Richtprozess)
3. Rohreinformung (Kaltverformung)
4. Rohrschweißen
5. Rohrkalibrieren oder Expandieren (Kaltverformung)
6. Wasserdruckprüfung (Entlastung)
7. Erwärmen des Rohres zur Rohrbeschichtung
• kontinuierliche oder stichprobenartige Qualitätsprüfung und -kontrolle der
hergestellten Rohre hinsichtlich Gleichmäßigkeit von Gefüge und mechanisch physikalischen Eigenschaften örtlich oder über den gesamten Rohrkörper
• Erkennung von Rohren mit unzureichenden mechanischen Eigenschaften
• Anpassung von Rohrherstellungsparametern zur Eigenschaftsverbesserung
(Anhebung der Streckgrenze durch Erhöhung der Kaltverformung z.B. beim
Richtprozess)
Die Figuren 1 bis 3 zeigen einige Beispiele von mittels Ultraschall über Länge und Breite abgerasterten Oberflächen von Blechen. Dargestellt sind die Ergebnisse von Laufzeitmessungen der Ultraschallsignale, wobei die Zahlenangaben in der Skala neben den Figuren die relativen Differenzen der Laufzeiten (Differenz durch Summe der Laufzeiten) in Prozent für die unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in unterschiedlichen
Schattierungen darstellen.
Wie Figur 1 zeigt, weisen die gemessenen relativen Laufzeiten der Ultraschallsignale eine gute Symmetrie sowohl in Längen- wie auch in Breitenrichtung des Bleches auf, so dass bezüglich der Symmetrieachsen annähernd homogen verteilte Werkstoffeigenschaften vorhanden sind. Da die Werteangaben für die Laufzeitunterschiede zwischen den beiden Polarisationsrichtungen relativ niedrig sind liegt insgesamt ein Blech mit einer bezüglich der Symmetrieachsen homogenen Eigenschaftsverteilung vor.
Figur 2 zeigt als Beispiel ein Blech, welches eine recht symmetrische Eigenschaftsverteilung über die Blechbreite aufweist allerdings wegen der hohen relativen Differenzen in den Ultraschalllaufzeiten mit relativ hohen Eigenschaftsvariationen, welche bei der
Blecheinformung zu berücksichtigen sind. Wegen der guten Symmetrie kann hierauf in der Regel aber gut reagiert werden.
Ein Blech mit einer deutlichen Asymmetrie der Eigenschaften über die Blechbreite ist in Figur 3 dargestellt. Ein aus diesem Blech gefertigtes Rohr zeigte ohne Anpassung der Prozessparameter eine deutliche Ovalität nach der Einformung und Schweißung.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung geschweißter Rohre aus Stahl, bei dem Bänder oder Bleche zu einem mit einem Längs- oder schraubenlinienförmigen Schlitz versehenen Rohr eingeformt und die Stoßkanten des Schlitzrohrs zusammengeschweißt werden und wobei die Prozessparameter zur Rohrherstellung auf Basis von zuvor ermittelten Werkstoffkennwerten und Geometrie der Bänder oder Bleche festgelegt werden dadurch gekennzeichnet,
dass das Band oder Blech vor dem Einformen über Länge und Breite einer
zerstörungsfreien kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Prüfung auf Inhomogenitäten unterzogen, aus den Messwerten ein integraler charakteristischer Kennwert für die Werkstoffeigenschaft des Bandes oder Bleches gebildet und aus der Varianz der Messwerte der verschiedenen Messstellen ein Maß für die Homogenität der
Werkstoffeigenschaften in Bezug auf Länge und Breite des Bandes oder Bleches abgeleitet wird und bei Überschreiten vorher festgelegter Grenzen für die
Messwertabweichungen die Prozessparameter nachgestellt werden und/oder das Band oder Blech vor der Einformung einem Homogenisierungsprozess unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die zerstörungsfreie Prüfung mittels Ultraschall stattfindet und die Varianz der Messwerte aus den Laufzeiten des Ultraschallsignals als Maß für die Beurteilung der Homogenität der Werkstoffeigenschaften herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Prüfung mindestens zwei unabhängige Ultraschall-Moden eingesetzt und durch in Beziehung setzen der Messwerte für die Laufzeiten des Ultraschallsignals der Einfluss der jeweiligen Blech- bzw. Banddicke eliminiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
dass als Ultraschall-Moden Transversalwellen mit unterschiedlicher Polarisationsrichtung eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
dass als Ultraschall-Moden Longitudinallwellen und Transversalwellen eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5
dadurch gekennzeichnet,
dass der Homogenisierungsprozess des Bandes vor der Einformung aus einer
Wärmebehandlung und/oder einem mechanischen Richtvorgang besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messwertabweichungen für eine Prozesssteuerung oder Prozessregelung herangezogen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7
dadurch gekennzeichnet,
dass auf Basis der Messwertabweichungen die Prozessparameter für die
Bandeinformung und/oder den Schwei ßprozess und/oder nachfolgende Kalibrier- oder Richtvorgänge nachgestellt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8
dadurch gekennzeichnet,
dass die zerstörungsfreie Prüfung an den Bändern oder Blechen automatisiert durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich während der einzelnen Prozessschritte der Rohrherstellung, die
Werkstoffeigenschaften am Rohr ermittelt und zur Anpassung der Prozessparameter des nachfolgenden Prozessschrittes verwendet werden.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10
dadurch gekennzeichnet, dass der am Band oder Blech ermittelte charakteristische integrale Kennwert der Werkstoffeigenschaft zur Anpassung der Walzparameter nachfolgend gewalzter Bänder oder Bleche herangezogen wird.
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