-
Verfahren und Vorrichtung zwm Innenhärten eines doppellagigen
-
Stahlrohrs Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Innenhärten
eines doppellagigen Stahlrohrs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und richtet
sich andererseits auf eine Vorrichtung zum Innenhärten eines doppellagigen Stahlrohrs
gemaß dem Ober begriff des Anspruchs 4.
-
Doppellagige Stahlrohre werden für die hydraulische Förderung von
Feststoffen eingesetzt. Diese Transportart verlangt in Verbindung mit den Einsatzbedingungen
der Stahlrohre sowie den Beanspruchungen, welche die Stahlrohre vom Herstellerwerk
bis zum Verlegeort ausgesetzt sind, spezielle Fertigungsmethoden.
-
Einerseits ist auf der Innenseite ein großer Verschleißwiderstand
erforderlich, während andererseits außenseitig ein elastischer Mantel erwünscht
ist. Dabei kommt dem innenseitigen Verschleißwiderstand eine besondere Bedeutung
zu. Er wird durch Härten erzielt.
-
Zu diesem Zweck wird eine Wärmequelle in Form eines schmalen scheibenartigen
Gasbrenners durch das Stahlrohr geführt, dem in geeignetem Abstand eine Ringbrause
folgt. Die Er-Erwärmung der Innenlage auf eine Temperatur geringfügig über den Austenitisierungspunkt
AC im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm geschieht im wesentlichen - bis auf die rlorwRrmung
durch verbrannte Abgase - nur durch die aus dem Scheibenbrenner mit vergleichsweise
hoher Intensität auf einen kleinen OberflSchenbereich auftreffenden Gasflammen.
Die Kühlung des Stahlrohrs wird
durch die ringförmige Wasserbrause
bewirkt. Deren Strahlen treffen in einem vorbestimmten Abstand hinter der Erwärm-zone
auf die Innenlage. Folglich strahlt das Stahlrohr innerhalb dieses übergangsbereichs
Wärme sowohl nach innen als auch nach außen ab.
-
Aufgrund dessen muß die Ringbrause diese Abstrahlzone so schnell überfahren
und oberhalb der kritischen Abkühlgeschwindigkeit abkühlen, daß die Rohrtemperatur
den AC3-Punkt nicht langsam überschreitet. Mithin muß im schmalen Auftreff-bereich
des Gasbrenners die Erwärmung der Innenlage bei derselben orschubgeschwindigkeit
geschehen.
-
Des weiteren ist nicht zu vermeiden, daß doppellagige Stahlrohre,
insbesondere in den Endabschnitten, jedoch auch im Mittelteil mehr oder weniger
große Luftspalte zwischen den beiden Rohrlagen aufweisen. Die Rohrlagen liegen hier
also nicht satt aneinander. Die Luftspalte bilden mithin eine Trennschicht zwischen
den Lagen und verhindern das ungehinderte Abfließen der in die Innenlage eingebrachten
Warmeenergie in die.Außenlage. So besteht die Möglichkeit, daß im Bereich unterhalb
derartiger Luftspalte die Innenlage merklich über den AC3-Punkt hinaus erwärmt wird,
wohingegen in den Rohrbereichen, wo die Innenlage satt an der Außenlage anliegt,
die Temperatur lediglich in dem gewünschten Umfang den AC3-Punkt geringfügig überschreitet.
Die Folge hiervon sind Risse in der Innenlage des Stahlrohrs, insbesondere am Anfang
und Ende, eine ungleichmäßige Verteilung des Groblorn-Feinkorngefüges verbunden
mit einer unregelmäßigen Härte sowie nicht aneinanderliegende Rohrlagen.
-
Problematisch ist ferner die Erwärmung von doppellagigen Stahlrohren
mit einer dickwandigen Innenlage bei Anwendung des bekannten Scheibenbrenners. Da
die energie nur über einen recht kleinen Oberflachenbereich in die Innenlage eingebracht
wird,
wäre der Zeitbedarf für eine solch gleichmäßige Erwärmung der Innenlage relativ
hoch, daß die Warmeenergie auch noch gleichmäßig in die Außenlage übertreten könnte.
Da jedoch eine Mindestvorschubgeschlzindigkeit des Sch ibenbrenners ni.cht unterschritten
werden kann, ist es in wiesen Fällen erforderlich, die Energiekonzentration an dem
7,U erwärmenden Oberflächenbereich so hoh zu wehren, daß zz r die gesamte Innenlage
über den AC3-Punkt erwärmt wird, (lann aber ein Teil der Oberfläche der Innenlage
verbrennt oder aber man nimmt bewußt in Kauf, daß die Innenlage nicht über ihre
gesamte Dicke über den AC3-Punkt hinaus erwärmt wird.
-
Schließlich besteht im bekannten Fall noch ein Nachteil darin, daß
beim Härten von doppellagigen Stahlrohren mit vorab angeschweißten endseitigen Radialflanschen
im Bereich dieser Radialflansche die Energieableitung von der Innenlage über die
Außenlage und in die Radialflansch ungleichmäßig ist. Da über die Flanschkehlnähte
eine wesentlich bessere Rnergieableitung erfolgt, werden mithin die Bereic der Innenlage
unter den Radialflanschen nur ungenügend durchgewärmt, d.h.
-
der AC3-Punkt wird nicht erreicht. Damit ist nur eine teilweise Härte
vorhanden.
-
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Innenhärten eines doppellagigen Stahlrohrs zu schaffen, welche
eine gleichmäßige Erwärmung der Innenlage über die gesamte Rohrlänge gewähr leisten,
so daß eine einwandfreie Härtung erzielbar und dadurch die Standzeit des Stahlrohrs
wesentlich verlängert wird.
-
Was die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe anlangt,
so besteht diese nach der Erfindung in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1.
-
Danach wird nunmehr jeder Oberflächenbereich der Innenlage genügend
lange, aber mit einer geringeren Intensität dem Einfluß einer Wärmequelle ausgesetzt.
Dies hat ur folge, daß sich die Innenlage aufgrund der Wärmedehnung auch dort satt
an die Außenlage anschmiegt, wo fertigungsbedingte Luftspalte vorhanden sind. Dies
wiederum führt zu einem gleichmäßigeren Energieübertritt von der Innenlage in die
Außenlage, so daß nach dem abschrecken eine gleichmäßige Härte bei Rißfreiheit über
die gesamte Länge des Stahlrohrs vorhanden ist. Dabei kann durch freie Walze des
Zeitraums zwischen dem Beginn und dem Ende der Erwärmung gezielt dafür Sorge getragen
werden, daß auch dickere Innenlagen gleichmaßig durchg-ewärmt Werden, ohne daß die
innere Oberfläche verbrennt.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
kannzeichnet sich dadurch, daß der Zeitraum vom Beginn der Erwärmung eines Oberflächenbereichs
bis zum Ende seiner Erwärmung etwa doppelt so groß wie der zeitliche Abstand zwischen
dem Ende der Erwärmung und dem Beginn der Kühlung bemessen wird. Dieser Verfahrensschritt
dürfte in der überwiegenden ttehrzahl der Anwendungsfälle die gewünschten Ergebnisse
bringen. Dabei läRt es der Grundgedanke der Erfindung jedoch ohne weiteres zu, bei
Bedarf auch eine abweichende Relation zu wählefl, am sich manie jeweiligen Gegebenheiten
in dem erforderlichen Umfang anpassen zu können.
-
Besonders vprteilhaft ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren, daß
die Stahlrohre gehärtet wqrden, bevor endseitig die Radialflansche angesetzt sind.
Hierdurch ist ein Verfahrensschritt möglich, gemäß welchem nach dem Härten der Innenlage
die Endabschnitte des Stahlrohrs unter gleichzeitiger Kühlung
abgetrennt
und anschließend unter Kühlung der Innenlage die Radialflansche angeschweißt werden.
Auf diese Weise werden evtl. geringfügige Ovalitäten an den Rohrenden beseitigt.
-
Eine BeeintrEchtigng der Härte der Innenlage ist nicht zu befürchten,
da diese gekühlt wird und die Schweißwrme keine Auswirkungen auf den Härtegrad haben
kann. Zur Trennung wird vorzugsweise ein Plasmabrenner oder ein Laserstrahl verwendet.
-
Bezüglich des sich auf die Vorrichtung beziehenden Teils der Aufgabe
besteht die erfindungsgemaPe Lösung in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
4.
-
Die Innenlage wird also jetzt mit Hilfe langer Brennerleisten erwärmt.
Die aus diesen Brennerleisten austretenden Brennstrahlen haben dbei eine geringere
Intensität im Vergleich zu den bislang verwendeten schmalen Scheibenbrenner und
erlauben dadurch eine langsame sowie gleichmäßige DurchwSrmung der Innenlage. Die
Anzahl der Brennerleisten ist von der Größe des Stahlrohrs abhängig. Es können beispielsweise
vier um jeweils 900 in Umfangsrichtung zueinander versetzte Brennerleisten vorgesehen
sein.
-
Vorteilhaft ist es nach der Erfindung, daß die Brennerleisten frei
vorkragend an einer Fingbrause befestigt sind.
-
Die Ringbrause bildet damit zugleich den Tragkörper für die Brennerleisten.
Zusätzliche Einbauten werden vermieden.
-
Eine weitere Verbesserung kann insbesondere dann gewährleistet werden,
wenn nach der Erfindung die aus den Brennerleisten austretenden Brennstrahlen in
Vorschubrichtung und die aus der Ringbrause austretenden Wasserstrahlen nach
rückwärts
geneigt sind. Dabei ist zweckmäßig der Neigungswinkel der Brennstrahlen gegenüber
der RohrEngsachse größer als der Neigungswinkel der Wasserstrahlen bemessen.
-
Schließlich wird es noch als ein vorteilhaftes Merkmal angesehen,
daß die Brennerleisten radial verstellbar sind.
-
Hierdurch können mit ein und derselben Härtevorrichtung Stahlrohre
verschiedener Durchmesser bearbeitet werden.
-
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein doppellagiges Stahlrohr
im vertikalen Längsschnitt während des Hartevorgangs; Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt
durch das Stahlrohr der Fig. 1 gemäß der Linie II-II und Fig. 3 in vergrößerter
Darstellung den Ausschnitt III der Fig. 1.
-
In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein doppellagiges Stahlrohr bezeihnet,
das als Bestandteil eines Rohrleitungsstrangs der hydraulischen Forderung von Feststoffen
dient.
-
Wie bei gemeinsamer Betrachtung der Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist,
besteht das Stahlrohr 1 aus einer Innenlage 2 und einer im Vergleich dazu dünnwandigeren
Außenlage 3. Endseitig des Stahlrohrs 1 werden (s. Fig. 1) nach dem Härten Radialflansche
4 angeschweiRt, welche der Verbindung von im Rohrleitungsstrang
aufeinanderfolgenden
Stahlrohren 1 dienen.
-
Zur Härtung der Innenlage 2 dienen beim Ausführungsbeispiel vier
lange Brennerleisten 5, die sich in Längsrichtung des Stahlrohrs 1 erstrecken und
um 900 zueinander in Umfangsrichtung versetzt sind. Die Brennerleisten 5 sind an
einer Ringbrause 6 frei vorkragend befestigt. Die Halterung für die Ringbrause 6
und damit auch für die Brennerleisten 5 ist zur Aufrechterhaltung der Zeichnungsübersichtlichkeit
nicht näher dargestellt. Ebenfalls nicht näher dargestellt ist die Vorrichtung,
mit deren Hilfe das Stahlrohr 1 relativ zu den Brennerleisten 5 und zu der Ringbrause
6 gemäß den Pfeilen R in Rotation versetzt wird.
-
Die Zuführungsleitungen für das Gas zu den Brennerleisten 5 und das
Wasser zu der Ringbrause 6 sind mit 7 bezeichnet.
-
Insbesondere die Fig. 3 zeigt mit der notwendigen Deutlichkeit, daß
die aus den Brennerleisten 5 austretenden Brennstrahlen 8 in Vorschubrichtung V
der Härtevorrichtung 9 und die aus der Ringbrause 6 austretenden Wasserstrahlen
10 nach rückwärts geneigt sind. Dabei ist der Neigungswinkel der Brennstrahlen 8
gegenüber der Rohrlängsachse 11 größer als der Neigungswinkel der Wasserstrahlen
10 bemessen.
-
Beim Hindurchfilhren der Härtevorrichtung 9 durch das rotierende
Stahlrohr 1 wird jeder Oberflächenbereich der Innenlage 2 langsam und gleichmäßig
durch die Brennstrahlen 8 auf eine Temperatur geringfügig oberhalb des AC3-Punkts
des Eis-en-Kohlenstoff-Diagramms erwärmt. Dabei ist in der Fig. 3 durch
die
strichpunktierte Linienführung 12 veranschaulicht, wie die Temperaturumwandlung
der Innenlage 2 von einem Bereich 13 unterhalb des AC3-Punkts auf einen Bereich
14 oberhalb des AC3 -Punkts erfolgt. Durch dieses langsame Durchwärmen der Innenlage
2 ist sichergestellt, daß sich die Innenlage 2 überall aufgrund der Wärmedehnung
an die Außenlage 3 anschmiegt und damit eine gleichmäßige lTberführung der Wärmeenergie
auch in die Außenlage 3 sichergestellt ist.
-
Die durch die Länge der Brennerleisten 5 vorgegebene Erärungzone
EZ (s. Fig. 3) ist etwa doppelt so lang wie der Abstand A der Brennstrahlen 8 von
dem Beginn der Kühlung bemessen ist. Durch die strichpunktierte Linienführung 15
ist die Grenze des gehärteten Innenlagenbereichs 16 veranschaulicht.
| Pos. Benennung / Designation Pos. Benennung /Deslgnetion Sonderpositionen
1 Special |
| 1 51 oJ) > ~ 51 R Meeasrecv ç S . |
| 2 r>een/e w . zu 52 w b rscd 'e # |
| 3 84 4jBen/Q 2 e r 1 53 --7 |
| 4 Rot/P/osee 54 |
| 5 t3renner/6J5/9t 55 |
| 6 Rf Æ roe s o 56 |
| 7 tn e t;e;te- u r+tr r7 p 57 |
| 8 ß,eS7fis4«#oeC - 58 |
| - 9: AKeArierorrU ex p 59 |
| 10 >a5sessXrct enz 60 |
| 11 A<uS r/9n 95esef ' qe 61 |
| 12 7~tesq/;nf e - 62 |
| 13 1 #7(ç U4O- C ~ r 63 |
| 14 zuii 4C z 64 |
| 45 6=ev , e 'e 65 |
| 6 geX e - v'ce 66 |
| 67 |
| 18 68 |
| 19 . 69 |
| 20 ~~ 70 |
| 21 I 71 |
| 22 . ~ 72 |
| 23 ~ 73 |
| 74 |
| 2fi 75 |
| 26 . ~~ ~ 76 |
| 27 ~~~~ ~~~ i 77 |
| 28 ~: . . 78 78 |
| 29 1 80 |
| 30 |
| 31 ~ 81 |
| 2 - 82 |
| 3 . ~ . 83 |
| ;s44- . , 84 |
| 35 ~ 85 |
| 36 ~~ 86 |
| 37 |
| 38 88 |
| 39 89 |
| 440 99O |
| 41 91 |
| 42 92 |
| 43 1 93 |
| 44 94 |
| 45 . 95 |
| 46 / 96 |
| 47 97 |
| 48 : 98 |
| 49 99 |
| 50 . 100 |