DE3314264A1 - Verfahren zur herstellung von stahl-verbundrohren - Google Patents

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl-Verbundrohren. Für Ölleitungen und in Betriebsanlagen verlegte Förderrohre oder dgl. sind nicht nur unbedingte Dichtheit gegenüber Drücken und/oder Wärmefestigkeit, sondern auch Korrosionsfestigkeit und Verschleißfestigkeit unerläßlich. Ein korrosionsfestes Duplex-Rohr, welches derartige Eigenschaften aufweist, besteht aus einem Innenrohr aus rostfreiem Stahl und einem Außenrohr aus Kohlenstoffstahl. Grundlegende Forderung für ein derartiges Duplex-Rohr ist jedoch, daß das Innenrohr mit dem Außenrohr unbedingt fest verbunden ist.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung derartiger Duplex-Rohre wird das Außenrohr aus Kohlenstoffstahl mit dem Innenrohr aus rostfreiem Stahl auf geeignete Weise, wie beispielsweise Erweiterung des Innenrohres durch Wasserdruck, verbunden und die Stirnkanten der beiden Rohre werden dann dicht miteinander verschweißt, damit die Rohre sich nicht in axialer Richtung gegeneinander verschieben können.

Dieses doppelwandige Rohr wird dann stark erhitzt und durch Verwendung eines Kaliberdornes und einer ,Metrize gestreckt oder gewalzt und gezogen.

Bei diesem Verfahren muß jedoch das Rohr auf hohe Temperatur während des Walzens erhitzt werden und man benötigt eine hohe Maschinenleistung zum Walzen und Ziehen. Für ein Duplex-Rohr aus Kohlenstoffstahl und rostfreiem Stahl müssen beispielsweise die beiden Einzelrohre lange Zeit hindurch auf einer

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Temperatur von 1200°C gehalten werden, sodaß sich vielfache Nachteile in der Unterhaltung einer Beheizungseinrichtung und der ganzen Maschinenanlage bzw. einer kostenaufwendigen Einrichtung selbst in großem Umfange ergeben. Außerdem ergeben sich bei dem vorbeschriebenen herkömmlichen Verfahren insofern Schwierigkeiten, als durch den Unterschied der Dehnbarkeit oder Verformbarkeit bei hoher Temperatur zwischen unterschiedlichen Grundmetallen, welche miteinander verbunden werden sollen, Risse oder Ausbrüche ergeben. Auch erscheint der Wirkungsgrad der Bindung beider Rohre miteinander und die Leistung der hergestellten Duplex-Rohre durchaus nicht zufriedenstellend.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu verwirklichen, durch welches der Herstellungsprozeß für ein Stahl-Verbundrohr abgekürzt werden kann, durch welches ferner der Energieverbrauch gesenkt werden kann und durch welches die Einzelrohre eines derartigen Verbundrohres allen zu erwartenden Anforderungen entsprechend fest miteinander verbunden werden.

Gekennzeichnet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Stahl-Verbundrohren dadurch, daß die Einzelrohre mit Festsitz ineinandergeschoben und sodann längs der Stirnkanten dicht miteinander verschweißt werden, während die Zwischenräume zwischen den Rohren völlig luftleer gemacht werden, daß anschließend die Einzelrohre durch Diffusionsschweißen metallurgisch miteinander verbunden werden und dieses Verbundrohr abschließend auf die vorgeschriebene Abmessung in axialer Richtung gestreckt wird.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren dargestellten praktischen Beispiels im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig.l das Zusammenschieben der Einzelrohre in perspektivischer Darstellung und im Teilschnittj

Fig.2 einen Axialschnitt durch das auf diese Weise entstandene Triplex-Rohrj

Fig.3 das Rohr der Fig.2 in einer Einrichtung zum Verschweißen der Stirnkanten;

Fig.4 das Rohr in einer Einrichtung zum Diffusionsschweißen;

Fig.5 das Strecken des Rohres aus Fig.4; und Fig.6 und 7 die Verformung eines Duplex-Rohres.

Zur Herstellung eines Triplex-Rohres, bestehend aus einem Mittelröhr 1 aus Kohlenstoffstahl, einem Innenrohr 2 aus rostfreiem Stahl und einem Außenrohr 3 aus Titan werden die drei Rohre ineinandergeschoben, wobei das Mittelrohr Raumtemperatur hat, das Innenrohr kalt und das Außenrohr heißt ist. Durch Angleichung der drei vorgenannten Temperaturen und allmähliche Abkühlung auf Raumtemperatur entsteht ein mechanisch fest verbundenes Trlplex-Rohr A gemäß Fig.2.

Dieses Triplex-Rohr A wird dann in eine allgemein bekannte Elektronenstrahl-Schweißeinrichtung B eingebracht, in dieser

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Einrichtung wird mittels einer Elektronenkanone 4 längs bei- j der Stirnkanten 5 Jeweils eine dichte Schweißnaht β ausgebildet, welche die Stirnkanten der drei Einzelrohre 1, 2 und 3 fest miteinander verbindet. Vor der Ausbildung dieser Schweißnähte werden allerdings die Zwischenräume zwischen den Rohren völlig luftleer gemacht, sodaß nach Ausbildung der Schweißnähte diese Zwischenräume unbedingt luftleer bleiben. Dieses an den Stirnkanten dicht verschweißte Trlplex-Rohr A wird dann in eine allgemein bekannte Diffussions-Schweißeinrichtung wie beispielsweise eine heiße isostatische Druckeinrichtung C gemäß Fig.4 eingebracht. In dieser Einrichtung wird das Rohr in einer Argongasatmosphäre mit einer vorgeschriebenen Temperatur T und einem vorgeschriebenen Druck P beaufschlagt, wodurch eine metallurgische Bindung über die gesamten Grenzflächen zwischen den Einzelrohren 1,2 und 3 hergestellt wird und ein metallurgisch gebundener Triplex-Rohrkörper A¹ entsteht.

Dieser Triplex-Rohrkörper A¹ wird dann unter Verwendung einer Preßform 7 und eines Domes b gemäß Fig. 5 zu einem dünnen und langen Triplex-Verbundrohr A" gestreckt oder gezogen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich keinerlei Falten oder Ausbrüche im Rohr, da seine drei Einzelrohre 1, 2 und 3 metallurgisch bereits fest miteinander in allen Grenzflächen verbunden sind, wenn das Rohr auf das gewünschte Kaliber gezogen wird.

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Während bei der vorstehenden Beschreibung · in der Einrichtung B die beiden Stirnkanten des Rohres A dicitgeschweißt wurden, ist es naturgemäß auch möglich, zunächst außerhalb dieser Einrichtung B das Rohr am einen Ende, d.h., längs einer Stirnkante rundherum dichtzuschweißen, sodaß in der Einrichtung B dann nur noch die andere Stirnkante dichtgeschweißt werden muß, nachdem die Zwischenräume zwischen den Rohren leergepumpt wurden. Das Gleiche gilt auch dann, wenn beispielsweise das Außenrohr 3 am einen Ende einen Boden besetzt, bis zu welchen dann die beiden anderen Rohre 1 und 2 eingeschoben werden. Auch in diesem Fall braucht in der Einrichtung B dann nur noch die freie Stirnkante dichtgeschweißt zu w0rden, nachdem die Zwischenräume zwischen den Rohren luftleer gemacht wurden.

Nach der metallurgischen Bindung in der heißen isostatischen Druckeinrichtung C zieht sich beim Abkühlen der Triplex-Rohrkörper A¹ zusammen. Wenn nun der Wärmeausdehnungs-Koeffizient des Außenrohres J5 kleiner ist als der des Innenrohres, so zieht sich die Innenseite des Rohres beim Abkühlen stärker zusammen und die Bindung zwischen den beiden Grundrohren kann dadurch geschwächt werden. Als Gegenmaßnahme kann in einem derartigen Fall in den Innenraum des Rohres ein Kernmaterial mit einem Wärmeausdehnungs-Koeffizienten eingebracht werden, der gleich oder kleiner ist als der des Außenrohres, sodaß dieses Kernmaterial das Auseinanderreißen der beiden Grundfohre verhindert. Dieses Kernmaterial kann nach endgültiger Abkühlung herausgestoßen oder ausgebohrt werden und anschliessend kann das Rohr dann auf die vorbeschriebene Weise auf das gewünschte Maß gezogen und gestreckt werden.

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Abschließend wird das lange Triplex-Rohr dann auf die gewünsch· ten Längen geschnitten und man erhält Triplex-Rohre, bei denen die Grenzflächen zwischen den Grundrohren metallurgisch fest miteinander verbunden sind und bei denen die einzelnen Schichten die für den Jeweiligen Betriebszweck erforderlichen Eigenschaften aufweisen.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren keineswegs auf die vorbeschriebenen praktischen Beispiele beschränkt So lassen sich beispielsweise nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Triplex-Rohre sondern auch Duplex-Rohre herstellen und es gibt verschiedene Verfahren wie beispielsweise das WIG-Schweißen zur Herstellung der Schweißnähte längs der Stirnkanten und auch verschiedene Möglichkeiten, Verbundrohre auf den gewünschten Durchmesser zu verformen.

Im allgemeinen ist es üblich, ein langes Verbundrohr nach der Verformung auf den gewünschten Durchmesser auf die vorgeschriebenen Rohrlängen zu zertrennen, doch kann es auch vorkommen, daß ein langes Verbundrohr so verwendet wird, wie es die Verformungseinrichtung verläßt. In einem derartigen Fall kann beispielsweise ein korrosionsfestes Innenrohr 2 mit einem Außenrohr 3 aus Kohlenstoffstahl gemäß Fig.6 verwendet werden. In diesem Fall ragt das Innenrohr 2 aus korrosionsfestem Stahl beiderseits etwas über das Außenrohr hinaus und wird dann abgekantet oder derart verformt, daß es die Stirnkanten des Außenrohres beiderseits (oder nur am einen Ende) abdeckt. In der Einrichtung C erfolgt dann wiederum die metallurgische Bindung der beiden Rohre 2 und 3* sodaß man nach dem Verformen

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des Rohres auf den gewünschten Durchmesser ein Verbundrohr erhält, welches an beiden Enden eine korrosionsfeste Schicht aufweist, wie dies Fig.7 zeigt.

Wie die vorstehenden Erläuterungen zeigen, macht die Erfindung es möglich, ein Verbundrohr herzustellen, bei welchem eine gleichmäßige metallurgische Verbindung der Grenzflächen der Einzelrohre über die gesamte Länge eines langen und dünnen Rohres erzielt wird, indem man von einem kurzen und dicken, aus mehreren ineinander geschobenen Einzelrohren bestehenden Rohr ausgeht. Unabhängig von der Länge und Dicke dieses kurzen Rohres erreicht man ohne Schwierigkeiten eine Verbindung der Grenzflächen über die gesamte Länge. Das Diffusionsschweißen zur Erzielung dieser innigen Verbindung der Einzelrohre ergibt den Vorteil, daß man im Vergleich zum bisher üblichen Ufe-lzen und Schweißen bei niedriger Temperatur arbeiten kann, was zu einem geringeren Energieverbrauch führt. Man kann auch zur Verformung des dicken Rohres auf den gewünschten Durchmesser eine Zieheinrichtung verwenden, wie sie für normale Kohlenstoff-Stahlrohre gebräuchlich ist, da die Einzelrohre durch vorhergehende Diffussionsschweißung vollständig metallurgisch miteinander verbunden sind. Die bisherigen Schwachstellen der Fertigprodukte wie falten oder Ausreißen entstehen beim Strecken und Verformen nicht, da man bei der Verformung im Unterschied zum bisher üblichen Walzen und Schweißen bei niedriger Temperatur arbeiten kann.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl-Verbundrohren.

   Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Stahl-Verbundrohren, d a d ur 0 : gekennzeichnet, daß die Einzelrohre (2, 1, 3) mi Festsitz ineinandergeschoben und sodann längs der Stirnkanten (5 dicht miteinander verschweißt werden, während die Zwischenräume zwischen den Rohren völlig luftleer gemacht werden, daß anschließend die Einzelrohre durch Diffussionssohweißen metallurgisch miteinander verbunden werden und dieses Verbundrohr (A')
   abschließend auf die vorgeschriebene Abmessung in axialer Richtung gestreckt wird.