WO2017092729A1 - Verfahren zur herstellung von mehrschichtigen verbundrohren aus stahl - Google Patents

Verfahren zur herstellung von mehrschichtigen verbundrohren aus stahl Download PDF

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WO2017092729A1
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Holger Brauer
Björn EHLERS
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Salzgitter Mannesmann Line Pipe Gmbh
Salzgittter Mannesmann Grossrohr Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing composite pipes as a pipe-in-pipe system, consisting of at least one inner tube and an outer tube made of steel, which are materially interconnected.
  • Such composite pipes may for example have an outer diameter of 1 14 mm to 1422 mm, wherein the wall thicknesses of the outer and inner tubes may be 3 mm to 25.4 mm.
  • a composite pipe is in the simplest case a double-walled pipe and is usually characterized by the fact that an external pipe which assumes the static function acts as a support pipe and the inner pipe has special functional properties, such as increased
  • Corrosion or wear resistance can be used, wherein the outer tube may be made of carbon steel or low-alloyed steel, for example, and the inner tube of alloyed or high-alloy steel.
  • a composite pipe can also consist of more than two interconnected pipes.
  • "cladded pipes” and “lined pipes” are known for producing double-walled pipes as a composite pipe.
  • “Cladded pipes” generally consist of a metallurgical bond between a non-alloyed or low-alloyed steel and a layer of alloyed or high-alloy steel, a typical production method being plasma-deposition welding.
  • Composite tube the steel tubes are inserted into each other and then connected via at the inner or outer tube introduced welding openings at least partially cohesively together.
  • the object of the invention is to produce composite pipes as a pipe-in-pipe system from materially connected by welding pipes in a simpler and more cost-effective.
  • this is done by a method for producing composite pipes made of steel, consisting of at least one inner tube and an outer tube, which are at least partially joined materially by welding together, which is characterized in that on the inner tube helically a steel strip is wound into a slit pipe, wherein the opposite band edges of the individual turns of the slot tube are welded together to complete the outer tube and wherein in the course of welding the band edges simultaneously a material connection with the inner tube is generated.
  • the core idea of this idea is that the cohesive connection of inner and outer tube by welding is not carried out by additional manufacturing steps, but the welding of inner and outer tube takes place in the course of the production of the outer tube.
  • the welding process for the production of the tube can be advantageously used to produce a welded joint simultaneously with the inner tube. In this way, multilayer pipes with two, three or more layers can be produced very economically.
  • the inner tube can be made seamless or as a longitudinal or spiral seam welded tube.
  • the inner tube is manufactured and, if present, the weld seam is tested in accordance with specifications by means of non-destructive testing methods, such as, for example, by means of ultrasound, eddy current, leakage flux or X-ray.
  • a steel strip is then wound around this tube in such a way that a slotted tube is produced, with the strip edges of the slotted tube lying opposite one another being subsequently welded.
  • the production of the welded joint and the simultaneous connection with the inner tube can then be carried out according to the invention in two ways.
  • the stapling seam of the outer tube serves not only as a root pass but also as a connecting seam between the outer and inner tube
  • the outer tube should rest as gap-free as possible on the inner tube.
  • Inner diameter of the outer tube for easy insertion. It may then be necessary for a perfect weld of the outer tube with the inner tube, slightly expand the inner tube to it to the outer tube
  • the weld seam in particular the submerged-arc weld seam, is then "welded through to the inner tube.”
  • the subsequent non-destructive testing of the outer spiral seam then takes place, for example, by means of a known X-ray inspection method or other non-destructive testing method.
  • a three-layer pipe can be made from a
  • Carrier tube in the middle which performs static functions and an inner and outer tube, which in terms of increased corrosion and / or
  • the middle tube may consist of unalloyed steel and the outer tubes of low or high alloy steel.
  • FIG. 1 shows the method according to the invention for producing a composite pipe made of steel in a first variant.
  • the outer tube 1 and the inner tube 2 are designated.
  • a steel strip B is wound in a helical manner onto the finished inner tube 2 to form a slot tube, wherein the opposite edges of the steel strip B of the individual turns of the slot tube are welded together, so that an outer tube 1 is formed.
  • the welding is carried out by means of a welding head 5.
  • connection with the inner tube 2 is generated.
  • the stitching seam 3 is designed so that even minor gaps between the inner tube 2 and the wound thereon
  • FIG. 2 A second variant of the method is shown in FIG. 2. Here, for the production of the
  • the already pre-fabricated inner tube 2 is inserted into the stapled outer tube 1.
  • the welding is carried out with such a line energy that the stapling seam 3 is melted again and at the same time a cohesive connection with the inner tube 2 is generated.
  • the welding is carried out by means of a welding head 5 '.
  • the finished composite pipe is shown in section A-A.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren aus Stahl bestehend aus mindestens einem Innenrohr und einem Außenrohr, die zumindest abschnittsweise stoffschlüssig mittels Schweißen miteinander verbunden werden. Dabei wird auf das Innenrohr schraubenlinienförmig ein Stahlband zu einem Schlitzrohr gewickelt, wobei die sich gegenüberliegenden Bandkanten der einzelnen Windungen des Schlitzrohres zur Fertigstellung des Außenrohres miteinander verschweißt werden und wobei im Zuge des Verschweißens der Bandkanten gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr erzeugt wird.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON MEHRSCHICHTIGEN VERBUNDROHREN AUS STAHL
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren als Rohr-in-Rohr- System, bestehend aus mindestens einem Innenrohr und einem Außenrohr aus Stahl, die stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Derartige Verbundrohre können beispielsweise einen Außendurchmesser von 1 14 mm bis 1422 mm aufweisen, wobei die Wanddicken von Außen- und Innenrohr 3 mm bis 25,4 mm betragen können.
Aus solchen Verbundrohren werden medienführende Rohrleitungen hergestellt, bei denen besondere Beanspruchungen seitens des zu transportierenden Mediums vorliegen. Ein Verbundrohr ist im einfachsten Fall ein Doppelwandrohr und zeichnet sich üblicherweise dadurch aus, dass ein die Statik übernehmendes äußeres Rohr als Tragrohr fungiert und das Innenrohr besondere funktionale Eigenschaften aufweist, wie zum Beispiel erhöhte
Korrosions- oder Verschleißbeständigkeit. Dementsprechend können unterschiedliche Werkstoffpaarungen zum Einsatz kommen, wobei das äußere Rohr zum Beispiel aus unlegiertem oder niedriglegiertem Stahl und das Innenrohr aus legiertem oder hochlegiertem Stahl bestehen kann. Ein Verbundrohr kann aber auch aus mehr als zwei miteinander verbundenen Rohren bestehen. Zur Herstellung von Doppelwandrohren als Verbundrohr sind zum Beispiel "Cladded Pipes" und "Lined Pipes" bekannt.
„Cladded Pipes" bestehen im Regelfall aus einem metallurgischen Verbund zwischen einem unlegierten bzw. niedriglegierten Stahl und einer Schicht aus legiertem oder hochlegiertem Stahl. Ein typisches Herstellverfahren ist hier das Plasmaauftragsschweißen.
Beim„Lined Pipe" wird im einfachsten Fall ein dünnwandiges Rohr aus hochlegiertem bzw. legiertem Stahl in das Rohr aus niedrig- oder unlegiertem Stahl eingeschoben. Ein formschlüssiger Verbund entsteht hier durch das gezielte Aufweiten des Innenrohres durch Innendruck. Das Rohr wird dazu an den Enden mit Dichtköpfen verschlossen und mit Wasser gefüllt. Durch Erhöhung des Innendrucks und dem gleichzeitigen Nachführen von Wasser weitet sich das Rohr. Bei diesem Aufweiteprozess hat das Rohr aus legiertem oder hochlegiertem Stahl das Bestreben sich zusammenzuziehen. Das Material für die
Aufweitung stammt zum Teil aus dem Umfang, zum Teil aber auch aus der Rohrlänge.
Derartige Prozesse erfordern daher entweder das Verschweißen der beiden Rohre oder aber das Nachfahren der Dichteinheit, wobei die Rohre in der Herstelllänge auf diesen Prozess abgestimmt werden müssen. Ein Beispiel für ein Herstellungsverfahren, bei dem das Aufweiten und Verbinden durch hydraulischen Innendruck erfolgt, ist aus der DE 10 2010 044 463 A1 bekannt. Wesentlich ist hier, dass der Druck und die Durchmesser der beiden Rohre so aufeinander abgestimmt werden, dass es gleichzeitig sowohl zu einer plastisch aufweitenden Verformung des Innenrohres wie auch zu einer elastisch aufweitenden Verformung des Außenrohres kommt. Durch die elastische Rückfederung des äußeren Rohres entsteht dann eine kraftschlüssige Schrumpfverbindung. Für die Druckeinleitung müssen die Rohrenden dicht verschlossen werden, wobei im Allgemeinen vorher zur Fixierung der ineinander geschobenen Rohre die Enden miteinander verschweißt werden. Eine stoffschlüssige Verbindung der beiden Rohre kann nur durch nachträgliches Verschweißen zum Beispiel an den Stirnseiten der Rohre erfolgen.
Des Weiteren ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2013 019 046 A1 ein Verbundrohr, bestehend aus zwei bzw. drei ineinandergeschobenen Rohren bekannt, wobei Innen- und/oder Außenrohr spiralnahtgeschweißte Stahlrohre sind. Zur Herstellung des
Verbundrohres werden die Stahlrohre ineinander gesteckt und anschließend über am Innenoder Außenrohr eingebrachte Schweißöffnungen zumindest abschnittweise stoffschlüssig miteinander verbunden.
Diese Art der Herstellung von mittels Schweißen stoffschlüssig verbundenen Rohren ist sehr zeit- und kostenaufwändig, da eine Vielzahl separater Schweißöffnungen in das Innen- oder Außenrohr eingebracht und eine entsprechende Anzahl an Schweißverbindungen hergestellt werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verbundrohre als Rohr-in-Rohr-System aus mittels Schweißen stoffschlüssig verbundenen Rohren einfacher und kostengünstiger herzustellen.
Erfindungsgemäß geschieht dies durch ein Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren aus Stahl, bestehend aus mindestens einem Innenrohr und einem Außenrohr, die zumindest abschnittweise stoffschlüssig mittels Schweißen miteinander verbunden werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass auf das Innenrohr schraubenlinienförmig ein Stahlband zu einem Schlitzrohr gewickelt wird, wobei die sich gegenüber liegenden Bandkanten der einzelnen Windungen des Schlitzrohres zur Fertigstellung des Außenrohres miteinander verschweißt werden und wobei im Zuge des Verschweißens der Bandkanten gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr erzeugt wird. Kerngedanke dieser Idee ist es, dass die stoffschlüssige Verbindung von Innen- und Außenrohr mittels Verschweißen nicht durch zusätzliche Fertigungsschritte erfolgt, sondern das Verschweißen von Innen- und Außenrohr im Zuge der Herstellung des Außenrohres erfolgt. Da das Außenrohr erfindungsgemäß als ein Schraubennahtrohr, auch Spiralnahtrohr genannt, ausgebildet ist, kann der Schweißprozess zur Herstellung des Rohres vorteilhaft dazu verwendet werden, eine Schweißverbindung gleichzeitig mit dem Innenrohr herzustellen. Auf diese Weise lassen sich sehr wirtschaftlich Mehrlagenrohre mit zwei, drei oder mehr Lagen herstellen.
Bei Herstellung von Schraubennahtrohren ist es bekannt, die Bandkanten des Schlitzrohres zunächst mit einer Heftnaht zum Beispiel mittels Schutzgasschweißen zu verschweißen und anschließend mittels Unterpulverschweißen in einer oder mehreren Lagen fertig zu schweißen. Bekannt ist auch, die Bandkanten des Schlitzrohres ohne vorheriges Heften direkt in einer oder mehreren Schweißlagen miteinander zu verbinden. Alternativ zu den vorgenannten Schweißverfahren zum Verbinden der Bandkanten, kann zum Beispiel auch das Laserstrahlschweißen zur Anwendung kommen.
Die Erfindung macht sich diesen bekannten Herstellprozess zu Nutze, um in einem
Arbeitsgang gleichzeitig mit der Herstellung des Außenrohres eine Schweißverbindung mit dem innenliegenden Rohr zu erzeugen. Gegenüber dem Stand der Technik werden durch diese erfindungsgemäße Herstellungsweise von Verbundrohren Fertigungszeit, zusätzliche Fertigungsschritte zum stoffschlüssigen Verbinden der Rohre und damit Herstellkosten gespart.
Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung eines aus mindestens zwei Rohren bestehenden Verbundrohres durch Verbinden eines Außen- mit einem Innenrohr, wobei zumindest das äußere Rohr durch eine Spiralnahtschweißung hergestellt wird. Das innere Rohr kann nahtlos oder als längs- oder spiralnahtgeschweißtes Rohr ausgeführt sein. Zunächst wird das innere Rohr gefertigt und, so vorhanden, die Schweißnaht spezifikationsgerecht mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren, wie zum Beispiel mittels Ultraschall, Wirbelstrom, Streufluss oder Röntgen, geprüft.
Um dieses Rohr wird dann ein Stahlband so gewickelt, dass ein Schlitzrohr entsteht, wobei die sich gegenüber liegenden Bandkanten des Schlitzrohres anschließend verschweißt werden. Die Herstellung der Schweißverbindung und die gleichzeitige Verbindung mit dem Innenrohr kann dann erfindungsgemäß auf zwei Arten erfolgen. Zum einen direkt beim„Heften" des Spiralnahtrohres. Die Heftnaht des äußeren Rohres dient dabei nicht nur als Wurzellage sondern auch als Verbindungsnaht zwischen dem äußeren und inneren Rohr. Das innere Rohr kann dabei gleichzeitig als Wurzelbadsicherung dienen. Anschließend erfolgt die Erstellung der Decklagen zum Beispiel mittels Unterpulver-Schweißverfahren. Für ein einwandfreies Verbinden des Außenrohrs mit dem Innenrohr, sollte das Außenrohr möglichst spaltfrei auf dem Innenrohr aufliegen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es auch denkbar, das äußere Spiralnahtrohr erst zu heften, dann das fertige Innenrohr in das Spiralnahtrohr
einzuschieben. Abhängig von der Länge des in das Außenrohr einzuschiebenden
Innenrohres, muss der Außendurchmesser des Innenrohres kleiner sein als der
Innendurchmesser des Außenrohres, um es problemlos einschieben zu können. Eventuell kann es dann für eine einwandfreie Schweißverbindung des Außenrohres mit dem Innenrohr notwendig sein, das Innenrohr leicht aufzuweiten, um es an das äußere Rohr
anzuschmiegen und dann die Verbindungsnaht mit dem Innenrohr beim Fertigschweißen zu erzeugen.
Hierbei wird dann die Schweißnaht, insbesondere Unterpulver-Schweißnaht bis auf das innere Rohr„durchgeschweißt". Die anschließende zerstörungsfreie Prüfung der äußeren Spiralnaht erfolgt dann zum Beispiel mittels bekanntem röntgenografischen Prüfverfahren oder anderen zerstörungsfreien Prüfverfahren.
Als Innenrohr ist auch die Verwendung eines Mehrlagenrohres denkbar, um ein drei- oder mehrlagiges Rohr herzustellen. Ein dreilagiges Rohr kann zum Beispiel aus einem
Trägerrohr in der Mitte bestehen, welches statische Funktionen übernimmt und einem Innen- und Außenrohr, welche im Hinblick auf verstärkte Korrosions- und/oder
Verschleißbeanspruchungen ausgelegt sind. Das mittlere Rohr kann dabei aus unlegiertem Stahl und die außenliegenden Rohre aus niedrig- oder hochlegiertem Stahl bestehen.
Aus der schematischen Darstellung in den Zeichnungen der Figuren 1 und 2 ergibt sich das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise. In Figur 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres aus Stahl in einer ersten Variante dargestellt. Bei dem fertigen Verbundrohr sind das Außenrohr mit 1 und das Innenrohr mit 2 bezeichnet. Bei dieser Verfahrensvariante wird auf das fertige Innenrohr 2 schraubenlinienförmig ein Stahlband B zu einem Schlitzrohr gewickelt, wobei die sich gegenüber liegenden Kanten des Stahlbandes B der einzelnen Windungen des Schlitzrohres miteinander verschweißt werden, so dass ein Außenrohr 1 entsteht. Die Schweißung wird dabei mittels eines Schweißkopfes 5 durchgeführt.
Erfindungsgemäß werden bei dieser Variante zunächst mittels einer Heftnaht 3 die
Bandkanten des auf das Innenrohr 2 gewickelten Stahlbandes B miteinander verbunden, wobei im Zuge des Verschweißens der Bandkanten gleichzeitig eine stoffschlüssige
Verbindung mit dem Innenrohr 2 erzeugt wird. Die Heftnaht 3 wird dabei so ausgeführt, dass auch geringfügige Spalten zwischen Innenrohr 2 und dem darauf aufgewickelten
Stahlband B überbrückt werden und somit über die gesamte Länge der zu verschweißenden Bandkanten ein stoffschlüssiger Verbund mit dem Innenrohr 2 gegeben ist. Nach der Heftnahtschweißung wird dann die Decklage 4 des Außenrohres 1 in einer oder mehreren Schweißlagen fertiggestellt (hier nicht dargestellt). In Figur 1 ist im dargestellten Schnitt A-A das Verbundrohr, hergestellt aus einem Innenrohr 2 und damit mittels einer Heftnaht 3 stoffschlüssig verbundenem Außenrohr 1 , dargestellt.
Eine zweite Verfahrensvariante zeigt Figur 2. Hier werden zur Herstellung des
Außenrohres 1 die Bandkanten des schraubenförmig eingeformten Stahlbandes B zunächst mittels einer Heftnahtschweißung miteinander verbunden (hier nicht dargestellt).
Anschließend wird das bereits vorab gefertigte Innenrohr 2 in das geheftete Außenrohr 1 eingeschoben. Im Zuge der Fertigschweißung des Außenrohres 1 mit einer Decklage 4 wird die Schweißung mit einer solchen Streckenenergie ausgeführt, dass die Heftnaht 3 wieder aufgeschmolzen und gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr 2 erzeugt wird. Die Schweißung wird dabei mittels eines Schweißkopfes 5' durchgeführt. Das fertige Verbundrohr ist im Schnitt A-A dargestellt.
Zur Minimierung von Spalten zwischen dem Außenrohr 1 und dem darin eingeschobenen Innenrohr 2 kann es zum besseren Anschmiegen des Innenrohres 2 an das Außenrohr 1 für die Fertigschweißung notwendig sein, das Innenrohr 2 nach dem Einschieben in das heftnahtgeschweißte Außenrohr 1 geringfügig aufzuweiten. Bezugszeichen
1 Außenrohr
2 Innenrohr
3 Heftnaht
4 Decklage
5,5' Schweiß köpf
B Stahlband

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren aus Stahl, bestehend aus mindestens einem Innenrohr (2) und einem Außenrohr (1), die zumindest abschnittweise
stoffschlüssig mittels Schweißen miteinander verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf das Innenrohr (2) schraubenlinienförmig ein Stahlband (B) zu einem Schlitzrohr gewickelt wird, wobei die sich gegenüberliegenden Bandkanten der einzelnen
Windungen des Schlitzrohres zur Fertigstellung des Außenrohres (1) miteinander verschweißt werden und wobei im Zuge des Verschweißens der Bandkanten gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr (2) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Herstellung des Außenrohres (1) die Bandkanten des Stahlbandes (B) zunächst mittels einer Heftnahtschweißung miteinander verbunden werden und im Zuge der Heftnahtschweißung gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr (2) erzeugt wird und wobei anschließend die Fertigschweißung des Außenrohres (1) erfolgt.
3. Verfahren zur Herstellung von Verbundrohren aus Stahl, bestehend aus mindestens einem Innenrohr (2) und einem Außenrohr (1), die zumindest abschnittweise
stoffschlüssig mittels Schweißen miteinander verbunden werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Herstellung des Außenrohres (1) ein Stahlband (B) schraubenlinienförmig zu einem Schlitzrohr geformt wird, wobei die sich gegenüber liegenden Bandkanten des Stahlbandes (B) zunächst mittels einer Heftnahtschweißung miteinander verbunden werden, anschließend das schon vorab gefertigte Innenrohr (2) in das geheftete
Außenrohr (1) eingeschoben und anschließend im Zuge der Fertigschweißung des Außenrohres (1) die Heftnaht (3) wieder aufgeschmolzen und gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Innenrohr (2) erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Anschmiegen des Innenrohres (2) an das Außenrohr (1) für die
Fertigschweißung das Innenrohr (2) nach dem Einschieben in das heftnahtgeschweißte Außenrohr (1) aufgeweitet und das Außenrohr (1) anschließend fertiggeschweißt und mit dem Innenrohr (2) stoffschlüssig verbunden wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass das Innenrohr (2) ein längsnahtgeschweißtes, schraubenlinienförmig geschweißtes oder nahtloses Rohr und das Außenrohr (1) ein schraubenlinienförmig geschweißtes Rohr ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass Außen- (1) und Innenrohr (2) aus unterschiedlich legierten Werkstoffen bestehen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass aus einem zweilagigen Verbundrohr ein drei- oder mehrlagiges Verbundrohr erzeugt wird, wobei auf das Außenrohr (1) des zweilagigen Verbundrohres mindestens ein weiteres Stahlband (B) schraubenlinienförmig gewickelt wird welches anschließend beim Verschweißen der Bandkanten mit dem jeweils darunter liegenden Rohr stoffschlüssig verbunden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem dreilagigen Verbundrohr das mittlere Rohr aus unlegiertem Stahl und die außenliegenden Rohre aus niedrig- oder hochlegiertem Stahl bestehen.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem geschweißten Innenrohr (2) vor dem schraubenlinienförmigen
Umwickeln mit einem Stahlband (B) die Schweißnaht einer zerstörungsfreien Prüfung unterzogen wird und anschließend die Schweißnaht des fertigen mit dem Innenrohr (2) verschweißten Außenrohres (1) ebenfalls einer zerstörungsfreien Prüfung unterzogen wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass als zerstörungsfreie Prüfverfahren Ultraschall, Wirbelstrom, Streufluss oder Röntgen angewendet werden.
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