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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In Zusammenhang mit dem Bau von Rohrleitungen, besonders in Gebieten des hohen Nordens, entstand das Problem, diese Rohrleitungen gegen langausgedehnte Brüche (Risse) zu schützen. Mit der Gasdruck- und Rohrdurchmesserzunahme steigt der Vorrat an Zustandsenergie in einer Gasleitung beträchtlich an, und die Aufgabe einer Begrenzung von Brüchen wird komplizierter. Untersuchungen ergaben, daß die Eingrenzung von Zähbrüchen mit vorgegebener Wahrscheinlichkeit durch weitere Zähigkeitssteigerung von Stahl bis zu den den heutigen Stand um ein 1,5- bis 2faches überschreitenden Werten gewährleistet werden kann.
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In den letzten Jahren wurde eine Bruchdämpferkonstrukion für Hauptrohrleitungen entwickelt (US-PS 43 83 556), die in Form eines Rohrabschnitts mit einer Mehrschichtwand ausgebildet ist, in deren Innenschichten Schlitze einer bestimmten Form vorgesehen sind. Dabei stimmen die geometrischen Abmessungen des Dämpfers (Durchmesser und Stärke) mit denen der Rohrleitung, in der er angeordnet ist, überein. Durch das Vorhandensein von Spalten an den Stirnseiten eines solchen mehrschichtigen Bruchdämpfers wird jedoch das Rundnahtschweißen bei der Verlegung von Rohrleitungen erschwert. Für den mehrschichtigen Bruchdämpfer ist außerdem eine verminderte Steifigkeit kennzeichnend, wodurch seine Beförderung und Montage erschwert werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des bekannten Bruchdämpfers zu entwickeln, mit dem eine Verbesserung der Fertigungsgerechtheit und der Güte von Schweißverbindungen bei der Anordnung des Dämpfers in einer Rohrleitung sowie eine Erhöhung des Betriebswirkungsgrades des Bruchdämpfers unter Extrembedingungen erreicht werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß das vorgeschlagen, was im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßt ist.
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Dieses Verfahren zur Herstellung des Bruchdämpfers bietet die Möglichkeit, einzelne Schichten miteinander zu verschweißen und die erforderlichen geometrischen Abmessungen des Bruchdämpfers zu erhalten.
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Durch das Verschweißen der Schichten miteinander werden die Fertigungsgerechtheit und die Güte der Schweißverbindungen bei der Anordnung des Bruchdämpfers in der Rohrleitung verbessert. Die Notwendigkeit, Vollwandstutzen an die Stirnseiten anzuschweißen, fällt weg, weil der Bruchdämpfer nach dem Schweißen der Schichten miteinander praktisch genauso wie ein Vollwandrohr in eine Rohrleitung eingeschweißt wird. Zur Erhöhung des Betriebswirkungsgrades des Bruchdämpfers unter Extrembedingungen ist es vorteilhaft, während der Herstellung des Rohlings Überzüge, die ein Verschweißen der Schichten miteinander während des Auswalzens im Bereich des Überzugs verhindern, auf von den Stirnseiten des Rohlings entfernten Abschnitten auf seinen einzelnen Innenschichten aufzubringen.
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Es ist vorteilhaft, die Überzugsabschnitte nur im Bereich eines Kontinuitätsbruchs aufzubringen.
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Durch das Aufbringen der Überzüge im Bereich des Kontinuitätsbruchs wird die Beibehaltung der mehrschichtigen Abschnitte in einem Teil der Schichten nach dem Auswalzen praktisch gesichert, ohne daß die Steifigkeit des Bruchdämpferspannringes vermindert wird.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Durchführungsbeispielen unter Hinweis auf Figuren näher erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 etappenweise die Herstellung eines Bruchdämpfers gemäß der Erfindung,
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Fig. 2 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bruchdämpfer, bei dem die Wandschichten auf der gesamten Länge verschweißt sind,
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Fig. 3 ein Wandfragment im Bereich des Kontinuitätsbruchs der Schichten nach Fig. 2,
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Fig. 4 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bruchdämpfer mit einem auf von den Stirnseiten des Dämpfers im Abstand liegenden Abschnitten aufgebrachten Überzug, der ein Zusammenschweißen der Schichten verhindert,
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Fig. 5 ein Wandfragment im Bereich des Kontinuitätsbruches der Schichten nach Fig. 4,
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Fig. 6 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bruchdämpfer mit einem Überzug, der das Verschweißen der Schichten im Bereich des Kontinuitätsbruches der Schichten verhindert,
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Fig. 7 ein Wandfragment im Bereich des Kontinuitätsbruches der Schichten nach Fig. 6.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Bruchdämpfern besteht darin, daß ein zylindrischer Hohlrohling 1 (Fig. 1) mit einer Mehrschichtwand, die mindestens in einer der Schichten Kontinuitätsbrüche 2, z. B. Schlitze, aufweist, hergestellt wird. Der Rohling 1 wird mit einem geringeren Durchmesser "d" und einer größeren Wandstärke "δ 1" gegenüber den erforderlichen geometrischen Endabmessungen des Bruchdämpfers hergestellt.
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Der Rohling 1 (Fig. 1) wird auf verschiedene Weise hergestellt. Über die gesamte Länge eines Stahlstreifens wird z. B. mindestens ein Kontinuitätsbruch 2 in einer der Schichten hergestellt. Der Rohling 1 wird mit dem erforderlichen Durchmesser und der notwendigen Wandstärke aus diesem Streifen im rechten Winkel spiralförmig aufgewickelt. Dann werden die Streifenenden an den Körper des Rohlings 1 mit Innen- und Außenüberlappnähten angeschweißt.
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Der Rohling 1 läßt sich auch aus einem mehrschichtigen Blech oder einem Einzelblechpaket mit Kontinuitätsbrüchen 2 in einigen Schichten oder wenigstens in einer von ihnen herstellen. Nach einem beliebigen bekannten Verfahren (Walzen, Pressen im Gesenk) wird der zylindrischen Hohlrohling 1 mit einer oder mehreren Längsschweißnähten erzeugt. Eine weitere Möglichkeit der Herstellung des Rohlings 1 mit den erforderlichen geometrischen Abmessungen und Mehrschichtwand bietet die Zusammensetzung des Rohlings 1 aus einzelnen Spannringen abnehmenden Durchmessers mit Kontinuitätsbrüchen 2 mindestens in einem von ihnen, die entsprechend der Durchmesserabnahme ineinander eingesetzt werden.
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Der nach einer der möglichen Varianten hergestellte Rohling 1 wird in einer Erwärmungsvorrichtung 3 erwärmt und dann auf einer Ringwalzmaschine 4 bis auf die erforderliche geometrischen Endabmessungen (Durchmesser "D" und Wandstärk "w 2") des Bruchdämpfers 5 ausgewalzt.
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Während der Herstellung des Rohlings 1 werden bei Bedarf zwecks Vermeidung des Zusammenschweißens der Schichten beim Auswalzen Überzüge, die dieses Zusammenschweißen verhindern, auf einzelne Abschnitte der Oberfläche einer oder mehrerer Schichten des Rohlings 1 aufgebracht. Dabei liegen die Abschnitte der Überzüge entfernt von den Stirnseiten des Rohlings 1. Es ist in manchen Fällen zweckdienlich, bei einer relativ geringen Wandstärke des Bruchdämpfers, Überzüge nur im Bereich des Kontinuitätsbruches 2 der Schichten aufzubringen.
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Den Kontinuitätsbruch 2 kann ein nach einem beliebigen bekannten Verfahren, z. B. mittels Plasmaschneiden mit Luft, Schleifscheibe, Fräser usw., ausgebildeter Schlitz bilden. Außerdem kann der Kontinuitätsbruch 2 durch Anschneiden, Bohren, Ausschneiden usw. hergestellt werden. Da die Schlitzkanten senkrecht relativ zu der Oberfläche der auszuwalzenden Schichten liegen, bleibt der Kontinuitätsbrüch 2 in diesen Schichten auch nach dem Auswalzen bestehen.
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Bekanntlich ist die Möglichkeit, einen Bruch in einer Rohrleitung durch Richtungsänderung der Rißausbreitung zu stoppen, von dem Geschwindigkeitsverhältnis von Längsbewegung des Risses zu Radialverschiebung seiner Ränder unmittelbar nach dem Scheitelpunkt abhängig. Dieses Verhältnis läßt sich mit Hilfe von im Wege der Rißausbreitung errichteten Schranken ändern. Diese Schranken müssen die Längsgeschwindigkeit des Risses rapid herabsetzen, wodurch Bedingungen für ein intensives Auseinandergehen seiner Ränder und eine Änderung der Bewegungsbahn des Risses in eine helikoidale geschaffen werden. Der Kontinuitätsbruch 2 stellt z. B. eine solche Schranke dar. Sollte der Riß in den Kontinuitätsbruch 2 eintreten, verschwindet der seinem Scheitelpunkt eigene verformte Spannungszustand sprungartig, und da an der entgegengesetzten Grenze dieser Schranken keine Bedingungen für die Entstehung eines neuen Risses vorliegen, kommt der Bruch zum Stehen.
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Ein Schlitz stellt die einfachste konstruktive Lösung der Schaffung des Kontinuitätsbruchs 2 in einer Wand dar. Bei einer Reihe von Konstruktionen (z. B. Gasleitungen) ist jedoch laut Betriebsvorschriften ein durch die gesamte Wandstärke eingearbeiteter Schlitz unzulässig.
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Die Entwicklung von mehrschichtigen Rohren für Ferngasleitungen hat die Abkehr von der altherkömmlichen Vorstellung von der Rohrwand als einer monolithischen Konstruktion erbracht und es ermöglicht, einen neuartigen Schrankentyp in Form eines mehrschichtigen Pakets anzubieten, bei dem ein Teil der Schichten in einem Winkel zum wahrscheinlichen Weg der Rißausbreitung angeordnete durchgehende Schlitze aufweist.
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Die theoretische Analyse einer solchen Konstruktion zeigt, daß durch den selbst in einem Teil der Wandschichten vorhandenen Kontinuitätsbruch 2 die notwendigen Bedingungen für das Stoppen des Risses in allen Wandschichten gewährleistet werden können. In diesem Fall spielt der Kontinuitätsbruch 2 (Schlitz) eine doppelte Rolle: Er bringt den Riß in jener Schicht, in der dieser ausgeführt ist, zum Stillstand und sichert die Bildung einer "Bandage" in Form eines unzerstörten Wandabschnitts hinter dem Schlitz für höher- und tieferliegende Schichten, die keine Schlitze aufweisen.
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Die Anordnung der Schlitze und die Anzahl der Kontinuitätsbrüche in den Schichten werden ausgehend von den Bedingungen der Gewährleistung einer statischen Gleichfestigkeit des Bruchdämpfers und der verwendeten Rohre bei deren Innendruckbeanspruchung sowie der Schaffung zusätzlicher konstruktiver Faktoren gewählt, die dazu beitragen, daß die longitudinale Richtung der Ausbreitung des beweglichen Risses in eine helikoidale geändert wird. Mit dem Eintritt des Risses in die Schranke in Form von Schlitzen (Kontinuitätsbruch 2) nimmt die Längsgeschwindigkeit seiner Fortbewegung rapid ab, wodurch seine Ränder intensiv auseinandergehen und die longitudinale Richtung der Ausbreitung des Risses sich in eine helikoidale ändert. Beim Auseinandergehen der Ränder werden die ganzen Wandschichten längs der Kanten der Bandage, die aus den unzerstörten Schichten (hinter dem Schlitz) besteht, zerstört.
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Nachstehend werden einzelne Beispiele angeführt, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Bruchdämpfers 5 veranschaulichen.
Beispiel 1
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Zur Herstellung des zum Einsatz in einer Ferngasleitung mit Durchmesser "D" von 1420 mm, Stärke "δ" der Wand 7 von 16,5 mm, Betriebsdruck von 7,35 MPa bestimmten Bruchdämpfers 6 (Fig. 2) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zylindrische Hohlrohling 1 (Fig. 1) mit Mehrschichtwand z. B. aus einem gerollten niedriglegierten warmgewalzten Stahl mit einer Stärke von 7 mm und einer Länge "L" von 750 mm nach den obenbeschriebenen Verfahren hergestellt, der zylindrische Rohling 1 mit Innendurchmesser "d" von 630 mm (Fig. 1) und Gesamtstärke "δ 1" von 28 mm (4mal 7 mm) wird im rechten Winkel aufgewickelt. Vor dem Aufwickeln des Rohlings 1 wird ein Schlitz 8 (Fig. 2, 3) auf dem Streifen über die ganze Länge, die dem Umfang der zweiten Schicht, gezählt von der Außenschicht, entspricht, nach einem beliebigen bekannten Verfahren z. B. mittels Plasmastrahlschneiden hergestellt.
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Die Überlappungsnähte werden durch vollautomatisches UP-Schweißen geschweißt. Der auf diese Weise vorbereitete Rohling 1 (Fig. 1) wird in einem Ofen z. B. Gasflammofen auf eine Temperatur von 1100 bis 1250°C erwärmt und bis zur Herstellung des Bruchdämpfers 6 mit Außendurchmesser "D" von 1420 mm (Fig. 2) auf der Ringwalzmaschine 4 ausgewalzt.
Beispiel 2
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Zur Herstellung des Bruchdämpfers 9 wird der Rohling (Fig. 4) mit denselben geometrischen Abmessungen wie im Beispiel 1 aus vier Spannringen mit 630, 644, 658 und 672 mm Durchmesser, 750 mm Länge zusammengesetzt. Der Spannring mit 630 mm Durchmesser ist dabei aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellt, die übrigen Spannringe hingegen bestehen aus einem niedriglegierten Stahl. Der Spannring mit 658 mm Durchmesser weist einen Schlitz 10 auf (Fig. 4, 5), die Spannringe mit 658 und 644 mm Durchmesser sind auf der Länge L - (l 1 + l 2) mit einem Überzug (Chromoxid) beschichtet (Fig. 4). Die Spannringe werden mit Schiebesitz zum Rohling zusammengesetzt. Danach wird dieser Rohling erwärmt und genauso wie im Beispiel 1 ausgewalzt. In der Wand 11 (Fig. 4) des Bruchdämpfers 9 sind die Schichten mit ihren Innenflächen auf der Länge L - (l 1 + l 2) nicht miteinander verschweißt. An den Enden des Bruchdämpfers 9 sind hingegen alle Schichten auf der Länge l 1 und l 2 miteinander verschweißt.
Beispiel 3
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Zur Herstellung des Bruchdämpfers 12 (Fig. 6) aus einem 24 mm starken, 600 mm breiten und 3140 mm langen mehrschichtigen niedriglegierten Stahlblech wird ein Spannring mit 600 mm Länge und 1000 mm Durchmesser gewalzt. In der zweiten Schicht 13 (Fig. 7) mit einem Schlitz 14 ist bei dem mehrschichtigen Blech im Bereich des Schlitzes 14 ein Wasserglasmagnesitüberzug (l 1 breit) aufgebracht.
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Nach dem Walzen werden die Stoßkanten des Blechs durch vollautomatisches Schutzgasschweißen zusammengeschweißt. Der Rohling wird auf eine Temperatur von 1100 bis 1250°C erwärmt und auf den Außendurchmesser "D" (Fig. 6) gleich 1420 mm und die entsprechende Wandstärke "δ 1" gleich 16,5 mm auf einer Ringwalzmaschine ausgewalzt. In der Wand 15 (Fig. 6) des Bruchdämpfers 12 sind die Schichten 13 (Fig. 7) auf der Oberfläche 16 im Bereich des Schlitzes 14 auf der Länge l 1 miteinander nicht verschweißt. An den Stirnseiten des Dämpfers 12 sind die Schichten zusammengeschweißt.
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Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bruchdämpfer haben also eine Mehrschichtwand mit Kontinuitätsbrüchen in einem Teil der Schichten, was es ihnen gestattet, einen sich an der Rohrwand bewegenden Riß innerhalb der Dämpferlänge zu stoppen, während die auf den an die Stirnflächen angrenzenden Abschnitten miteinander verschweißten Wandschichten die Möglichkeit bieten, die Fertigungsgerechtheit und die Güte der Schweißverbindungen bei der Anordnung des Bruchdämpfers in Rohrleitungen zu verbessern. Die Notwendigkeit, Vollwandstutzen an die Stirnseiten anzuschweißen, fällt weg, weil der Bruchdämpfer nach dem Zusammenschweißen der Schichten praktisch genauso wie ein Vollwandrohr in eine Rohrleitung eingeschweißt wird.
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Die Erfindung kann beim Ferngasleitungsbau zur Eingrenzung von langausgedehnten Brüchen und zum Bruchschutz von Leitungsarmaturen, Fluß-, Straßenüberführungen und Verdichteranlagen weitgehend verwendet werden.