DE2945085A1

DE2945085A1 - Verfahren und einrichtungen zum einwalzen von innenseitig beschichteten rohren

Info

Publication number: DE2945085A1
Application number: DE19792945085
Authority: DE
Inventors: Theo 5060 Bergisch Gladbach Cyron
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: CYRON, THEO, 5060 BERGISCH GLADBACH, DE
Priority date: 1979-11-08
Filing date: 1979-11-08
Publication date: 1981-05-21
Also published as: EP0028809A1; EP0028809B1; DE3070758D1; ATE13745T1

Description

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INTERATOM 24.486.5

Internationale Atomreaktorbau GmbH D-5060 Bergisch Gladbach 1

Verfahren und Einrichtungen zum Einwalzen von innenseitiq beschichteten Rohren

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf Verfahren zum Einwalzen eines innenseitig mit einer plastischen Schutzschicht beschichteten Rohres in eine diesem Rohr zugeordnete Bohrung, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres. Dabei wird das Rohr mit seinem einzuwalzenden Ende beispielsweise in eine von zahlreichen Bohrungen eines Rohrbodens eingeführt und über einen Teil seines Endes von einem rotierbaren Einwalzwerkzeug mittels über dessen Umfang verteilten Einwalzrollen aufgeweitet und eingewalzt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Einrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.

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Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Maßnahmen arbeiteten die Einwalzrollen bisher unmittelbar gegen die Schutzschicht. Das kann, insbesondere/ wenn mit erheblicher Aufweitung und erheblichen Einwalzkräften gearbeitet wird, zu Beanspruchungen führen, die die Schutzschicht im Einwalzbereich beschädigen oder reißen lassen, was den Anwendungsbereich dieser Maßnahmen bisher erheblich eingeschränkt hat. Die auch von eventuellen kleinen Fehlstellen ausgehende vorzeitige Korrosion führt zu erheblichen Schaden und muß daher unbedingt vermieden werden.

Es wurde bereits versucht, empfindliche Innenoberflächen von Rohren beim Einwalzen in einen Rohrboden mittels in das Rohr eingebrachter Hülsen vor dem unmittelbaren Kontakt mit den rotierenden Einwalzrollen zu schützen. Dies hat aber zur Folge, daß die Hülse entsprechend dem im Rohrboden eingewalzten Rohr aufgrund der Aufweitung sehr fest in dem eingewalzten Rohr haftet, so daß ein Entfernen der Hülse ohne Beschädigung der plastischen Schutzschicht auf wirtschaftlichem Wege nicht möglich war, weil die dünnwandige und an der Schutzschicht eng anliegende Hülse nicht zu fassen war. Aus diesem Grunde war bisher die Anwendung dieser Fertigungsmethode nur in solchen Fällen gegeben, bei denen in Bezug auf Korrosion, QuerschnittsVerengung und Reinigungsmöglichkeit die im Rohr verbleibende Hülse in Kauf genommen werden konnte. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das genannte Verfahren so zu führen, daß keine Hülsen im Rohr verbleiben und die Schutzschicht keinen Schaden nimmt, und zwar auch dann nicht, wenn mit erheblicher Aufweitung und mit erheblichen Einwalzkräften sowie großer Einwalzgeschwindigkeit gearbeitet wird. Es ist außerdem Aufgabe der

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vorliegenden Erfindung, geeignete Hülsen und Einrichtungen zum Entfernen der Hülsen anzugeben.

Das Verfahren nach dem ersten Anspruch geht aus von einer Hülse, die länger ist als die Einwalzrollen und die auch nur auf einem Teil ihrer Länge aufgeweitet wird. Damit verbleibt nach dem Einwalzen und Aufweiten der Hülse ein Teil dieser Hülse mit den ursprünglichen und daher exakt definierten Maßen. In diesen Teil, der also nicht von zufälligen Unterschieden beim Einwalzen verändert wird, läßt sich ein Dorn mit geringen Toleranzen einführen, mit dem die dünnwandige und daher gegen Einbeulen oder Einknicken empfindliche Hülse einwandfrei entfernt werden kann.

Das Verfahren nach dem zweiten Anspruch benutzt einen Dorn, der an seinem von der Rohrmündung entfernteren Ende einen umlaufenden Vorsprung hat. Dieser Dorn wird bereits vor dem Einsetzen der Hülse in das Rohr eingeführt und ruht dort außerhalb des Einwalzbereiches. Dann wird die Hülse eingesetzt und an ihrem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet. Danach wird der Dorn mit einer geeigneten Zugvorrichtung aus dem Rohr herausgezogen und drückt dabei mit dem umlaufenden Vorsprung auf das nicht aufgeweitete Ende der Hülse. Da der Dorn in diesem Teil der Hülse mit geringen Toleranzen anliegt, wird der Druck des Vorsprungs gleichmäßig über den Umfang der dünnwandigen Hülse verteilt, so daß diese nicht einbeulen oder einknicken kann. Mit der im zweiten Anspruch angegebenen Bemessung des Domes wird erreicht, daß der erwähnte Vorsprung nicht das innen beschichtete Rohr berührt und damit die Beschichtung nicht verletzen kann.

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Nach dem im dritten Anspruch vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst die Hülse in das Rohr eingesetzt und an iarem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet. Danach wird die Einwalzvorrichtung entfernt und ein Dorn eingeführt, der an seinem vom Rohrende entfernteren Ende nicht nur einen zylindrischen Teil mit geringen Toleranzen aufweist, sondern auch mehrere in radialer Richtung federnde Vorsprünge, die den nicht aufgeweiteten Rand der Hülse fassen können. Auch hier wird durch die angegebene Bemessung der Vorsprünge sichergestellt, daß diese die innere Beschichtung des Rohres nicht verletzen können.

Nach dem im vierten Anspruch vorgeschlagenen Verfahren wird die Hülse nicht ganz in das Rohr eingeführt und dementsprechend auch nicht an dem herausragende Ende aufgeweitet. Nach dem Einwalzen und nach dem Entfernen der Einwalzvorrichtung wird ein zylindrischer Dorn mit geringen Toleranzen in das herausragende Ende der Hülse eingeführt, die Hülse wird von außen an mehreren über den Umfang verteilten Stellen gleichmäßig gegen den Dorn gepreßt und mit diesem zusammen herausgezogen. Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für sehr dünnwandige Hülsen,ji_e auch mit den bereits oben erwähnten Vorsprüngen nicht mehr einwandfrei zu fassen sind.

Für die bisher beschriebenen Verfahren hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, Hülsen zu verwenden, die etwa 25 bis 30 % länger sLnd als die Einwalzrollen. Der Außendurchmesser dieser Hülsen sollte mindestens 0,5 mm kleiner sein, als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten beschichteten Rohres.

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Die im fünften Anspruch vorgeschlagene Hülse vermeidet beim Einwalzen eine Beschädigung der innenseitigen Beschichtung des Rohres. Wenn der Hülsenwerkstoff eine geringere Festigkeit hätte als das Rohr, würde die Hülse beim Einwalzen auch in Rohrlängsrichtung fließen und durch die dadurch ausgelöste Relativbewegung unter hohem radialen Druck die zwischen Rohr und Hülse liegende Beschichtung zerstören.

Die im sechsten und siebten Anspruch für unterschiedliche Werkstoffe vorgeschlagene Hülse verteilt die von den Einwalzrollen ausgehenden Druckkräfte beim Aufweiten und Einwalzen durch die Zwischenschaltung der metallischen Hülsenwand so vorteilhaft auf die innere Beschichtung des Rohres, daß dieser Beschichtung sowohl im Einwalzbereich, als auch in der Ubergangszone zum unve'rformten Bereich des Rohres keinerlei Schaden entsteht. Dies gilt auch für solche Einwalzgeschwindigkeiten, wie sie bei unbeschichteten Rohren üblich und möglich sind sowie für Haftaufweitungen von mehr als 35 % der Rohrwandstärke. Als Haftaufweitung wird definiert: die durch Einwalzen verursachte Innendurchmesservergrößerung des Rohres, gemessen von der Anlage des Rohres in der Bohrung bis zur endgültigen Aufweitung, als Prozent der Rohrwandstärke. Diese Aufweitung soll zwischen Rohr und Rohrboden einen Spannungsdruck erzeugen, der das Rohr auch bei äußerem Druck, bei Erwärmung oder Ausdehnung in Längsrichtung einwandfrei im Rohrboden abdichtet.

Bei weiterer Verminderung der Hülsenwandstärke erhöht sich innerhalb der plastischen Beschichtung die örtliche Walkarbeit in der Abwälzzone der Walzen so sehr, daß die Bindung zwischen der Beschichtung und dem Rohrwerkstoff zerstört wird. Wenn man dagegen die Wandstärke

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der Hülse vergrößert, so steigen entsprechend die Walzenkräfte und damit gleichzeitig die Haftfestigkeit der Hülse im beschichteten Rohr, so daß die Entfernung der Hülse ohne Beschädigung der Beschichtung auf zunehmende Schwierigkeiten stößt.

Die im achten Anspruch vorgeschlagene Vorrichtung dient zum Entfernen der Hülse nach dem im zweiten Anspruch vorgeschlagenen Verfahren. Der umlaufende Vorsprung dient zusammen mit dem eng an dem nicht aufgeweiteten Teil der Hülse anliegenden Dorn dazu, um die im Verhältnis zur Knickstabilität der dünnwandigen Hülse sehr hohen Kräfte zur Überwindung der Haftfestigkeit achsparallel und zentrisch in die Hülse einzuleiten und damit ein Verkeilen durch Ausknicken oder Beulen der aus dem innen beschichteten Rohr herauszudrückenden Hülse zu verhindern. Hierbei erlaubt der nicht erweiterte und somit stets maßhaltige Innendurchmesser der Hülse eine genaue Führung am Außendurchmesser des Doms, dessen vorgeschlagener umlaufender Vorsprung die erforderlichen Ausdrückkräfte eindeutig zentrisch und gleichmäßig verteilt auf den Umfang der relativ dünnen Hülsenwand aufbringt und kraftflußgünstig über den konischen Teil der Ubergangszone auf den unter hoher Ringdruckspannung stehenden Einwalzbereich der Hülse überträgt, so daß diese ohne Verformung und ohne Beschädigung der Beschichtung aus dem eingewalzten Rohrende entfernt werden kann. Da der umlaufende Vorsprung im Durchmesser kleiner ist, als das nicht augeweitete beschichtete Rohr, wird auch eine Berührung zwischen dem Vorsprung und der Beschichtung vermieden und damit eine Beschädigung der Beschichtung während des AusZiehens verhindert.

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Die im neunten Anspruch vorgeschlagene Vorrichtung dient zur Durchführung des Verfahrens nach dem dritten Anspruch. Auch hier dient der Dorn dazu, das nicht aufgeweitete Ende der Hülse gegen Einbeulen oder Einknicken zu sichern und die in radialer Richtung federnden Vorsprünge gleichmäßig über den Umfang verteilt auf die Hülse einwirken zu lassen.

Die im 10. Anspruch vorgeschlagene Vorrichtung dient zur Durchführung des Verfahrens nach dem 4. Anspruch.

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Im folgenden wirddie Erfindung anhand einiger Ausführung) sbeispiele ausführlich erläutert.

Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Rohrboden mit einer Bohrung und einem eingesetzten, in Längsrichtung geschnittenen, innenbeschichteten Rohr einschließlich Einwalz-Schutzhülse und Walzwerkzeug vor dem Einwalzen,

Fig. 2 die Situation an gleicher Stelle nach dem Einwalzen mit einem Ausdrückdorn nach Anspruch 8,

Fig. 3 die Situation an gleicher Stelle nach dem Einwalzen mit einem anderen Ausdrückdorn nach Anspruch 9,

Fig. 4 die Einwalzstelle nach dem Entfernen der Einwal z-Schutzhül Ie.

Die Figur 1 zeigt eine Bohrung 1 in einem Rohrboden 2 eines Wärmetauschers. Ein innenseitig mit einer duroplastischen Korrosionsschutzschicht 3 beschichtetes Rohr 4 ist stirnbündig mit seinem einzuwalzenden Ende in die Bohrung 1 des Rohrbodens 2 eingeführt. Der vergrößerte Ausschnitt in Fig. 1 macht die Beschichtung deutlich. Die in das innenbeschichtete Rohr 4 ebenfalls stirnbündig einzubringende Hülse 6 wird zur eindeutigen Fixierung und Halterung ihrer Lage in Bezug auf den Einwalzbereich E zunächst auf das Einwalzwerkzeug 8 bis zu einem Anschlag aufgesteckt und durch Spreizen der Druckrollen 7 entsprechend der Rollenanzahl vieleckig gespannt. Hiernach wird sie gemeinsam mit dem Einwalzwerkzeug 8 in das innenbeschichtete Rohrende 5 eingesetzt und gemeinsam mit diesem bis zur Anlage

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und Haftung des Rohres 4 in der Bohrung 1 des Rohrbodens 2 durch die bekannte Funktionsweise des Einwalzwerkzeuges 8 auf einem Teil ihrer Länge aufgeweitet. Durch die Vieleckspannung wird die Hülse 6 im Funktionsablauf am Verdrehen gehindert und somit eine Schädigung der Innenbeschichtung 3 des Rohres vermieden, da sich die Druckrollen 7 des Einwalzwerkzeuges 8 ausschließlich auf der Innenfläche der Hülse 6 abwälzen. Das um seine Achse 9 rotierende Einwalzwerkzeug 8 drückt im Einwalzbereich E mit Hilfe einer Längsbewegung des Kegels IO die Druckrollen 7 während der Rotation unter Verformung der Schutzhülse 6 und des Rohres 4 einschließlich Schutzschicht 3 solange radial auseinander, bis der Spalt 11 zwischen Schutzhülse 6 und Innenbeschichtung 3 sowie der Spalt 12 zwischen Rohr 4 und der Bohrung 1 aufgehoben sind und das Rohr 4 mit dem gewünschten Preßsitz in der Bohrung Ί des Rohrbodens 2 haftet. Der Einwalzbereich E kann auch die gesamte Dicke des Rohrboden 2 überdecken. Durch eine Bewegung des Kegels 10 in entgegengesetzter Längsrichtung werden die Druckrollen 7 entspannt und das Einwalzwerkzeug 8 kann aus dem Einwalzbereich entfernt werden.

Die Figur 2 stellt die Situation nach dem Einwalzen und vor dem Herausziehen der Hülse 6 dar. Der Dorn 14 des Ausziehwerkzeuges 15 wird mit einer Zugstange 16 von der öffnung des eingewalzten Rohres aus rückwärtig in den nicht aufgeweiteten Teil 17 der Hülse 6 bis zum Kragen 18 eingeführt, wobei die Paßflächen 19 die zentrische Führung des Domes 14 Übernehmen. Als erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfordert die Hülse 6 lediglich eine normale,

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sorgfältige Glättung der Außenoberfläche, wie sie mit den üblichen Fertigungstechniken der Feinbearbeitung erreichbar ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sehr hohe Oberflächengüten, wie sie z. B. durch elektrochemisches Polieren erreicht werden, verfahrensmäßig von Vorteil sind. Die Aufbringung eines Hochdruckschmierfilmes auf die Außenoberfläche der Hülse 6 kann darüberhinaus den Verfahrensablauf zur Entfernung der Schutzhülse durch eine Herabsetzung der Haft-Gleitkräfte wesentlich begünstigen.

Die Figur 3 entspricht der Figur 2 mit dem Unterschied, daß bei diesem Beispiel der Dorn 20 von der Öffnung des Rohrendes aus in den nicht aufgeweiteten Teil 17 der Hülse 6 über die Paßflächen 19 eingeführt wird und am Ende der Einführwegstrecke federnde Nocken 21 hinter dem Kragen 18 der Hülse 6 fassen, die die axiale Ausziehkraft eindeutig zentrisch und gleichmäßig verteilt auf den Teil 17 der Schutzhülse 6 übertragen.

Die Figur 4 zeigt den Fertigzustand des eingewalzten innenbeschichteten Rohres. Der dort angedeutete Spalt 2 kann durch entsprechende Bemessung des Einwalzbereiches E vermieden werden.

Das Einwalzen von Rohren in Rohrböden ist beschrieben in den VGB-Richtlinien für Herstellung und Bauüberwachung von Hochleistungsdampfkesseln, im Abschnitt 24.1, Ausgabe 1968.

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Claims

INTERATOM 24.486.5 Internationale Atomreaktorbau GmbH D-5O6O Bergisch Gladbach 1 Verfahren und Einrichtungen zum Einwalzen von innenseitig beschichteten Rohren Ansprüche

1.) Verfahren zum Einwalzen eines innenseitig mit einer plastischen Schutzschicht beschichteten Rohres in eine diesem Rohr zugeordnete Bohrung; der Durchmesser der Bohrung ist größer als der Außendurchmesser des Rohres; das Rohr wird mit seinem einzuwalzenden Ende in die Bohrung eingeführt und über einen Teil seines Endes von einem rotierbaren Einwalzwerkzeug mittels über dessen Umfang verteilten Einwalzrollen aufgeweitet und eingewalzt; das Verfahren hat folgende Merkmale :

a) In das einzuwalzende Rohrende wird eine metallische, zylindrische Hülse eingesetzt, die länger ist als die Einwalzroi Jen,

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b) d^e Hülse wird nur auf einem Teil ihrer Länge aufgeweitet,

c) in das nicht aufgeweitete Ende der Hülse wird ein Dorn mit geringen Toleranzen eingeführt,

d) die Hülse wird mit dem Dorn zusammen entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen :

a) Der Dorn wird bereits vor dem Einsetzen der Hülse in das Rohr eingeführt,

b) der Dorn ruht während des Einwalzens im Rohr außerhalb des Einwaizbereiches,

c) der Dorn hat an seinem von der Rohrmündung entfernteren Ende einen umlaufenden Vorsprung, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten beschichteten Rohres aber größer als der Innendurchmesser der nicht aufgeweiteten Hülse,

d) die Hülse wird an ihrem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen :

a) Die Hülse wird an ihrem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet. Der Dorn wird nach dem Einwalzen und nach dem Entfernen der Einwalzvorrichtung eingeführt,

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D) der Dorn hat an seinem vom Rohrende entfernteren Ende mehrere in radialer Richtung federnde Vorsprünge, deren größter Außendruchmesser kleiner ist, als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten, beschichteten Rohres aber größer als der Innendurchmesser der nicht aufgeweiteten Hülse.

4. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen :

a) Die Hülse ragt beim Einwalzen aus dem Rohr heraus,

b) der Dorn wird nach dem Entfernen der Einwalzvorrichtung eingeführt,

c) die Hülse wird mit dem Dorn zusammen von außen eingespannt und entfernt.

5. Hülse nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen :

a) Die Festigkeit der Hülse ist größer oder gleich der Festigkeit des nicht aufgeweiteten Rohres.

6. Hülse nach Anspruch 1 bei hochfesten Werkstoffen von Rohr und Hülse mit folgenden Merkmalen :

a) Die Wandstärke dieser Hülse ist geringer als die metallische Wandstärke des einzuwalzenden Rohres,

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b) Die Wandstärke der Hülse: beträgt mindestens die dreifache Stärke der plastischen Schutzschicht.

7. Hülse nach Anspruch 1 bei weichen Werkstoffen

vor. Rohr und Hülse mit folgenden Merkmalen :

b) die Wandstärke der Hülse beträgt maximal 95 % der Wandstärke des metallischen Rohres.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit folgenden Merkmalen :

a) Der Dorn hat einen zylindrischen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der nicht aufgeweiteten Hülse,

b) der Dorn hat an seinem von der Rohrmündung entfernteren Ende einen umlaufenden Vorsprung, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten, beschichteten Rohres aber größer ist, als der Innendurchmesser der nicht aufgeweiteten Hülse.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit folgenden Merkmalen :

a) Der Dorn hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist,als der Innendurchmesser der nicht aufgeweiteten Hülse, der Dorn hat an seinem vom Rohrende

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entfernteren Ende mehrere in radialer Richtunc federnde Vorsprünge, deren größter Außendurchmesser kleiner ist, als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten, beschichteten Pohres aber größer als der Innendurchmesser der nicht aufgeweiteten Hülse.

10. Vorrichtung zur DurchJEührung des Verfahrens nach Anspruch 4 mit folgenden Merkmalen :

a) Der Dorn besteht aus einem zylindrischen Teil, dessen Außendurchmesser kleiner ist, als der Innendurchmesser der nicht aufgeweiteten Hülse,

b) die Vorrichtung enthält mehrere Segmente, die nach Art eines Bohrfutters radial auf die Hülse preßbar sind.

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