DE4124689A1

DE4124689A1 - Removing form errors and relieving adverse internal stresses in longitudinal seam welded pipes - by continuous expansion with internal expander plug and plug mandrel

Info

Publication number: DE4124689A1
Application number: DE19914124689
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl Ing Kamps; Franz Dipl Ing Nicolai; Klaus Dipl Ing Keutmann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1993-01-28

Abstract

The pipe is continuously expanded by means of an internal expander plug such that residual peripheral internal stresses are substantially relieved. The equipment in a longitudinal pipe welding plant with outlet side transport rolls comprises an expander plug (6) held behind the transport roll unit (3) in the direction of pipe travel by a plug mandrel (5) which is fixed before the welding unit (2) through the seam gap prior to closing. A lubricant chamber is formed between the plug (6) and a sealing disc on the plug mandrel (5). USE/ADVANTAGE - Used in the mfr. of longitudinal seam welded pipes up to 16 inches in dia. of corrosion-resistant austenitic and ferritic materials to relieve adverse internal stresses and correct roundness and size errors.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Beseitigen von Formfehlern und Abbauen von Eigenspannungen in längsnahtgeschweißten Rohrsträngen mit einem Durchmesser < 16′′ durch Aufweiten des Rohres mittels eines innenliegenden Aufweitedornes.The invention relates to a method and an apparatus for Execution of the process for eliminating shape defects and dismantling of internal stresses in longitudinally welded pipe strings with a Diameter <16 '' by expanding the tube using a internal expanding mandrel.

Bei der zur Zeit üblichen Fertigung von WIG- und/oder Plasma längsnahtgeschweißten austenitischen und ferritischen Wärmetauscher- und Leitungsrohren werden fertigungsbedingt hohe Eigenspannungen in den Rohren erzeugt, die zu einer erhöhten Anfälligkeit gegen Spannungsrißkorrosion sowie zu einer elastischen Deformation, besonderes an den Rohrenden führen. Hohe Anforderungen nach Rohren mit guter Spannungsriß-Korrosionsbeständigkeit und mit engen Durchmesser- und Qualitätstoleranzvorgaben werden insbesondere aus dem Bereich der chemischen Industrie und für Wärmetauscher- und Kondensatorrohre gestellt, die in Abhängigkeit des Kühlwassers und/oder der entsprechenden aggressiven Medien korrosionsgefährdet sind. Die hohen Anforderungen an die Toleranzhaltigkeit sind auch wichtig im Hinblick auf die konstanten Bedingungen zum Einwalzen der Rohre in Lochplatten, z. B. bei Wärmetauschern. Auch für Fittingrohre ist, wegen der Paßgenauigkeit der zusammenzufügenden Bauteile, Toleranzhaltigkeit gefordert. Da ein spannungsrißfreies Rohr die Voraussetzung für die Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion ist und die elastische Deformation im Rohrkörper und insbesondere an den Trennstellen zu minimieren ist, sind besondere Maßnahmen durchzuführen.In the current production of TIG and / or plasma longitudinally welded austenitic and ferritic heat exchanger and Due to the manufacturing process, conduits are subject to high residual stresses in the Pipes are generated, which leads to increased susceptibility to Stress corrosion cracking and elastic deformation, especially lead at the pipe ends. High demands for pipes with good Stress crack corrosion resistance and with narrow diameters and Quality tolerance requirements are particularly from the area of chemical industry and for heat exchanger and condenser tubes, which in Dependency of the cooling water and / or the corresponding aggressive Media are at risk of corrosion. The high demands on the Tolerance is also important in terms of constant Conditions for rolling the pipes into perforated plates, e.g. B. at Heat exchangers. Also for fitting pipes, because of the accuracy of fit components to be joined, tolerance tolerance required. There a stress-free pipe the prerequisite for resistance to Stress corrosion cracking and the elastic deformation in the tube body and in particular to be minimized at the separation points are special To carry out measures.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem von Spannungen und Unrundheiten ist seit langem, insbesondere an geschweißten Rohren mit größerem Durchmesser (< 16′′) erkannt. Derartige Rohre weisen nach dem Verschweißen der Naht Formabweichungen von unzulässiger Größe auf. Außerdem sind Spannungen vorhanden, die von den beim Schweißen auftretenden Temperaturbeanspruchungen herrühren. Die Spannungen lassen sich zwar durch geeignete Glühbehandlungen verringern, jedoch werden dabei die Unrundheiten noch verstärkt. Diese Formfehler beseitigt man bei Großrohren entweder durch intermittierendes mechanisches Aufweiten der Rohre mittels eines Spreizdornes oder mit Hilfe sogenannter Expander auf hydraulischem Wege. Dabei wird der Rohrwerkstoff genügend weit über die Fließgrenze beansprucht, also plastisch verformt (DE-AS 10 86 655). Dadurch werden die Unrundheiten beseitigt und etwa nach dem Glühen noch vorhanden gewesene Eigenspannungsspitzen abgebaut.The underlying problem of voltages and Out of roundness has been around for a long time, especially on welded pipes larger diameter (<16 '') recognized. Such pipes have according to the Welding the seam to form deviations of an impermissible size. There are also voltages that are different from those during welding arising temperature stresses. The tensions can be reduced by suitable annealing treatments, however the out-of-roundness is intensified. Fixed this formal error large pipes either by intermittent mechanical Expand the pipes using an expanding mandrel or with the help so-called hydraulic expander. The Pipe material stressed sufficiently far beyond the yield point, so plastically deformed (DE-AS 10 86 655). This will remove the out of roundness eliminated and those that were still present after the annealing Residual stress peaks reduced.

Die Anlagen zum Aufweiten von Rohren sind aber umfangreich, aufwendig und entsprechend teuer. Andere bekannte Maßnahmen wie Wärmebehandlung, spannungsarmes Richten, Recken usw. erfüllen nur unbefriedigend die heutigen Spezifikationen, die immer höhere Anforderungen an Maßhaltigkeit und Abbau von Eigenspannung stellen.The systems for expanding pipes are extensive, complex and accordingly expensive. Other known measures such as heat treatment, low-tension straightening, stretching, etc. only fulfill those unsatisfactorily today's specifications, the ever increasing demands Ensure dimensional accuracy and reduction of residual stress.

Ausgehend von den dargestellten Problemen und Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches geeignet ist, die insbesondere bei der Herstellung von schmelzgeschweißten Edelstahlrohren bis zu Durchmessern von 16′′ auftretenden Eigenspannungen abzubauen und ein maßkalibriertes Rohr zu schaffen, welches den derzeitig hohen Anforderungen an Toleranz und Korrosionsbeständigkeit entspricht.Based on the problems and disadvantages presented, the present invention the object of a method and Device for performing the method of the generic type create which is suitable, particularly in the manufacture of melt-welded stainless steel pipes up to diameters of 16 ′ ′ reduce residual stresses and a dimensionally calibrated pipe create, which the currently high demands on tolerance and Corrosion resistance corresponds.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Aufweiten des Rohrstranges kontinuierlich in einem solchen Maß erfolgt, daß in Umfangsrichtung vorhandene Eigenspannungen weitestgehend abgebaut werden.To solve the problem, the invention proposes that the The pipe string is expanded continuously to such an extent that that residual stresses in the circumferential direction are largely reduced will.

Entgegen den bisherigen Vorschlägen nach dem Stand der Technik, die ausschließlich ein diskontinuierliches intermitierendes Aufweiten des Rohres oder der Rohrenden vorsah, wird durch die Erfindung vorgeschlagen, das Aufweiten des Rohrstranges kontinuierlich durchzuführen. Eine Umwandlung vorhandener Restspannungen von Zug- und Druckspannungen ist hinsichtlich der Korrosionsgefahr unschädlich. Die Druckspannungen dürfen jedoch nicht ein Maß überschreiten, bei dem die Maßhaltigkeit des Rohres beeinträchtigt wird. Contrary to the previous proposals according to the prior art, the only a discontinuous intermittent expansion of the Pipe or the pipe ends is provided by the invention suggested expanding the tubing continuously perform. A conversion of existing residual stresses from tensile and Compressive stresses are harmless with regard to the risk of corrosion. The However, compressive stresses must not exceed a level at which the Dimensional accuracy of the pipe is impaired.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens an einer Längsnahtrohrschweißanlage mit auslaufseitiger Transporteinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Aufweitedorn in Durchlaufrichtung des geschweißten Rohrstranges hinter der Transporteinrichtung an einer Dornhaltestange gehalten ist, welche vor der Schweißeinrichtung - den Spalt des zusammenzuführenden Rohres durchgreifend - befestigt ist. Bei längsnahtgeschweißten Rohren ist die Befestigung der Dornstange in dem Bereich vor der Schweißeinrichtung leicht möglich, weil der vorhandene Spalt vor dem Zusammenschweißen das Durchgreifen der entsprechend geformten Dornstange erlaubt. Die Dornstange reicht durch den Bereich der Schweißeinrichtung und der Transporteinrichtung hindurch und trägt an ihrem freien Ende den Aufweitedorn.A device for performing the method on a Longitudinal seam tube welding system with transport device on the outlet side characterized in that the expanding mandrel in the direction of the welded pipe string behind the conveyor on one Mandrel holding rod is held, which - in front of the welding device Passing through the gap of the pipe to be brought together - is fixed. At longitudinally welded pipes is the attachment of the mandrel rod in the Area in front of the welding device easily possible because of the existing one Before welding together, grasp the correspondingly shaped mandrel bar allowed. The mandrel bar extends through the area the welding device and the transport device and carries the expanding mandrel at its free end.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der Dornhaltestange ein Dichtring befestigt ist, der, an der Rohrinnenoberfläche gleitend, einen Schmiermittelraum zwischen dem Aufweitedorn und dem Dichtring abschließt. Auf diese Weise läßt sich, z. B. durch die Dornstange hindurch, der Schmiermittelraum mit einem Medium füllen, das sich während des Rohraufweitevorganges zwischen die Rohrinnenoberfläche und den Aufweitedorn drückt und das Aufweiten erleichtert.According to a further feature of the invention it is provided that on the A sealing ring is attached to the mandrel holding rod Sliding tube inner surface, a lubricant space between the Expanding mandrel and sealing ring. In this way, e.g. B. through the mandrel rod, the lubricant chamber with a medium fill, which during the tube expansion process between the Pipe inner surface and expanding mandrel presses and expanding facilitated.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described below. It shows:

Fig. 1 in grob vereinfachter Darstellung das Schweißen und Aufweiten eines längsnahtgeschweißten Rohrstranges und Fig. 1 in a roughly simplified representation of the welding and expansion of a longitudinally welded pipe string and

Fig. 2 den Bereich des Aufweitedornes im vergrößerten Maßstab. Fig. 2 shows the area of the expanding mandrel on an enlarged scale.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Rohrstrang bezeichnet, wobei aus einem bandförmigen Vormaterial in einer WIG-Schweißeinrichtung ein geschlossenes Rohr geformt wird. Durch anschließende Kalibriergerüste 3 wird das während des Schweißvorganges durch Spannungen verformte Rohr im wesentlichen kalibriert, weil ein kreisrunder Querschnitt anzustreben ist.In Fig. 1, 1 denotes a pipe string, a closed pipe being formed from a strip-shaped primary material in a TIG welding device. Subsequent calibration stands 3 essentially calibrate the tube deformed during the welding process because a circular cross-section is desirable.

Da infolge der beim Schweißen entstehenden starken Spannungszustände eine gleichmäßige Querschnittsform des Rohres durch bloßes Kalibrieren nicht zu erreichen ist und starke innere Zugspannungen im Rohr wirksam sind, ist das erfindungsgemäße kontinuierliche Aufweiten des Rohrstranges 1 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist am freien Ende 4 der Dornhaltestange 5 ein Aufweitedorn 6 angeordnet, dessen Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des geschweißten Rohrstranges 1. Die Dornhaltestange ist durch die Kalibriergerüste 3 und durch den Schweißbereich 2 hindurchgeführt und bei 4 außerhalb des Rohrstranges befestigt. Zu diesem Zweck ist ein Halteteil 7 der Dornstange 5 durch den Spalt im Rohrstrang 1 hindurchgeführt, der vor der Schweißeinrichtung noch vorhanden ist.Since a uniform cross-sectional shape of the tube cannot be achieved by mere calibration as a result of the strong stress conditions occurring during welding and strong internal tensile stresses are effective in the tube, the continuous expansion of the tube string 1 is provided. For this purpose, an expanding mandrel 6 is arranged at the free end 4 of the mandrel holding rod 5 , the diameter of which is larger than the inner diameter of the welded pipe string 1 . The mandrel holding rod is passed through the calibration stands 3 and through the welding area 2 and fastened at 4 outside the pipe string. For this purpose, a holding part 7 of the mandrel rod 5 is passed through the gap in the tubing 1 , which is still present in front of the welding device.

In Fig. 2 ist der Aufweitedorn 6 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, ist auf der Dornstange 5 im Abstand von ihrem den Aufweitedorn tragenden freien Ende 4 ein Dichtring 8 angeordnet, der, an der Innenoberfläche 9 des aufzuweitenden Rohrstranges 1 gleitend, einen Raum 10 zwischen dem Aufweitedorn 6 und dem Dichtring 8 abschließt. Dieser Raum 10 ist mit einem Schmiermittel wie Öl oder dergleichen gefüllt, welches während des Aufweitens des Rohrstranges 1 in den Spalt 11 zwischen dem Rohrstrang 1 und dem Aufweitedorn 6 eindringt und dort durch seine Gleitwirkung den Aufweitevorgang erleichtert. In Fig. 2 the Aufweitedorn is shown in an enlarged scale. 6 As can be seen from the drawing, a sealing ring 8 is arranged on the mandrel rod 5 at a distance from its free end 4 carrying the expanding mandrel, which, sliding on the inner surface 9 of the tubular string 1 to be expanded , has a space 10 between the expanding mandrel 6 and the sealing ring 8 completes. This space 10 is filled with a lubricant such as oil or the like which enters during the expansion of the pipe string 1 in the gap 11 between the tubing 1 and the Aufweitedorn 6 and there facilitated by its sliding action of the Aufweitevorgang.

Das nach diesem Verfahren und mit dem Aufweitedorn aufgeweitete Rohr ist derartig plastisch verformt, daß Zugspannungen mit Sicherheit in Umfangsrichtung des Rohres nicht mehr vorhanden sind, sondern allenfalls Druckspannungen auftreten, die jedoch gleichmäßig im Rohr verteilt sind und unschädlich sind. Der Querschnitt des Rohres ist kreisrund kalibriert, Spannungsrisse können nicht mehr entstehen.The pipe widened according to this procedure and with the expanding mandrel is plastically deformed in such a way that tensile stresses in Circumferential direction of the tube are no longer available, but at most Compressive stresses occur, but are evenly distributed in the pipe and are harmless. The cross section of the tube is circular calibrated, stress cracks can no longer occur.

Claims

1. A method for eliminating defects in shape and reducing harmful internal stresses in longitudinally welded pipe strands by expanding the pipe by means of an internal expanding mandrel, characterized in that the expanding of the pipe string takes place continuously to such an extent that existing internal stresses are largely reduced in the circumferential direction.

2. Device for performing the method according to claim 1 on a longitudinal seam pipe welding system with outlet-side transport device, characterized in that the expanding mandrel ( 6 ) in the direction of passage of the welded pipe string ( 1 ) behind the transport device ( 3 ) is held on a mandrel holding rod ( 5 ), which in front of the welding device ( 2 ), passing through the gap of the pipe to be brought together.

3. Apparatus according to claim 2, characterized by a sealing ring ( 8 ) which is fixed on the mandrel holding rod ( 5 ) and on the inner tube surface ( 9 ) slidably closes a lubricant space between the expanding mandrel ( 6 ) and the sealing ring ( 8 ).