EP0876228A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rohren nach dem uoe-verfahren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rohren nach dem uoe-verfahren

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EP0876228A2
EP0876228A2 EP97908120A EP97908120A EP0876228A2 EP 0876228 A2 EP0876228 A2 EP 0876228A2 EP 97908120 A EP97908120 A EP 97908120A EP 97908120 A EP97908120 A EP 97908120A EP 0876228 A2 EP0876228 A2 EP 0876228A2
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pipe
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expander
pipes
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    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/30—Finishing tubes, e.g. sizing, burnishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, rods, wire, tubes, profiles or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0807—Tube treating or manipulating combined with, or specially adapted for use in connection with tube making machines, e.g. drawing-off devices, cutting-off
    • B21C37/0811—Tube treating or manipulating combined with, or specially adapted for use in connection with tube making machines, e.g. drawing-off devices, cutting-off removing or treating the weld bead

Definitions

  • the invention relates to a method for producing tubes, in particular large tubes according to the UOE method according to the preamble of the main claim.
  • UOE The process referred to in the technical field as UOE is the most frequently used process for the production of longitudinally welded large pipes (Stradtmann, Stahlrohr-Handbuch 10th edition, Vulkan-Verlag, Essen 1986, pages 164 to 167).
  • a U-shaped slotted tube is formed from a flat sheet on a bending press (Lj press). This is followed by rounding to a tube on a further press with closing dies (Q press). Since in many cases the pipes do not yet meet the requirements for diameter and roundness after internal and external welding, they are calibrated by cold expansion (expansion).
  • the welded tube is always curved before the expansion so that the center of curvature lies above the tube or expander axis.
  • the tube must have already carried out several expander steps before it can be gripped by the bending device. Accordingly, the straightening process never grips the end portions of the pipes.
  • the object of the invention is to provide a process for the production of pipes, in particular large pipes according to the UOE process, with which even for pipes with a small diameter and thick wall over the entire length, the curvature after the longitudinal seam welding is compensated so far that the oddness within the tolerance specified by the customer.
  • the elastic tension is specified as the default setting, with the amounts gradually decreasing.
  • the degree of pipe curvature which is determined after longitudinal seam welding, is used as the measure for the presetting. In order to simplify this determination, it is assumed that the crookedness within a production lot is approximately the same. This means that at the same
  • Pipe dimensions diameter, wall thickness, the same material and the same welding parameters, the first pipe of the production lot is measured and this curvature is used as a basis for all pipes of the production lot.
  • FIG. 1 to 3 schematically the essential sequences of steps for the inventive method.
  • FIG. 1 shows a tube 1 that has become crooked after longitudinal seam welding, the crookedness being greatly exaggerated for reasons of better visibility. Likewise, the length of the tube 1 is significantly too short in relation to the diameter.
  • a mechanical expander shows the expander head 2, which is attached to an expander rod 3, in a simplified manner on the left edge of the picture.
  • the hatched area 4 of the left tube end is intended to symbolize the length of the expander step.
  • the expander head 2 is shown offset to the left, even though it is in the closed, ie, unspread, state inside the hatched tube region 4, and the clamping device is arranged only a short distance therefrom.
  • the clamping device consists of two rollers 5, 6 arranged opposite one another.
  • the arrows 7, 8 indicate the direction of the clamping force.
  • the pliers carriage (not shown here) is positioned on the right free pipe end 9.
  • FIG. 2 shows the phase of prestressing the pipe 1.
  • the pipe 1 is lowered against the curvature by means of the pliers not shown here, symbolized here by the downward-pointing arrow 12 at the pipe end.
  • the pipe end is turned around the transverse axis. The additional force applied and the additional moment act in the area of the clamping and lead to one there
  • Figure 3 shows the phase of expanding (spreading the expander head 2) and simultaneous straightening. It is expected that the rotationally symmetrical distribution of the spreading force (not shown here) will be superimposed by an additional pair of forces, the right force arrow 15 in the shaded area 4 becoming larger than the left force arrow 16. The straightening effect is a barely noticeable kink on the right edge of the hatched area 4 focus.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere Großrohren nach dem UOE-Verfahren, bei dem die Rohre nach dem Innen- und Außennahtschweißen durch Kaltaufweiten (Expandieren) schrittweise bis zur halben Rohrlänge kalibriert werden. Dabei wird das Kaltaufweiten (Expandieren) auch zum Richten genutzt. Dazu wird in einem möglichst geringen Abstand vor dem Expanderkopf (2) das Rohr (1) geklemmt und das freie Rohrende (9) elastisch verspannt und anschließend wird in bekannter Weise das Rohr (1) kalt aufgeweitet, wobei die Vorspannkraft von selbst geringer wird und danach nach Lösen der Klemmung und der verbleibenden Vorspannung ein schrittweises Verschieben des Rohres (1) um den Betrag der Expanderschrittweite bis zur halben Rohrlänge erfolgt und für die zweite Rohrhälfte das Verfahren wiederholt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohren nach dem UOE-Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere Großrohren nach dem UOE-Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.
Das in der Fachwelt mit UOE bezeichnete Verfahren ist das am häufigsten angewandte Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Großrohre (Stradtmann, Stahlrohr-Handbuch 10. Auflage, Vulkan-Verlag, Essen 1986, Seiten 164 bis 167). Bei diesem Verfahren wird nach der Längskantenvorbereitung (Fasen der Schweißnaht, Anbiegen) aus einem ebenen Blech auf einer Biegepresse (Lj-Presse) ein U-förmiges Schlitzrohr geformt. Anschließend erfolgt auf einer weiteren Presse mit sich schließenden Gesenken (Q-Presse) die Rundung zu einem Rohr. Da in vielen Fällen die Rohre nach dem Innen- und Außenschweißen noch nicht die Anforderungen an Durchmesser und Rundheit erfüllen, werden sie durch Kaltaufweiten (Expandieren) kalibriert.
Beim Expandieren von Rohren mit kleinem Durchmesser und dicker Wand tritt das Problem auf, daß die Krummheit nach dem Längsnahtschweißen vom mechanischen Expander nicht mehr so weit ausgeglichen wird, daß die Ungeradheit innerhalb der vom Kunden vorgeschriebenen Toleranz liegt. Zur Lösung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, den Expander mit einer Richtpresse zu kombinieren (Iron and Steel Research Lab. Sumitomo Metal Industrie Ltd. Volume 1 (1988) - Seite 1569). Dabei werden in einigem Abstand (mehrere Rohrdurchmesser) vor und hinter dem Expanderkopf zwei zusätzliche Rahmen angeordnet, in denen einerseits eine Klemmeinrichtung, andererseits ein weggesteuerter Biegeeinsatz eingebaut ist. Wenn die Schweißnaht wie bei den bekannten Expandern oben liegt, wo das oberste Segment des Spreizkopfes eine Längsnut für die Aufnahme der Schweißnaht hat, ist das geschweißte Rohr vor dem Expandieren stets so gekrümmt, daß der Krümmungsmittelpunkt oberhalb der Rohr- bzw. Expanderachse liegt. Mit Hilfe der stets vorhandenen Unterstützungsrolle für den Expanderkopf wird damit eine Drei- Punkt-Biegung realisiert. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß das Rohr bereits mehrere Expanderschritte vollführt haben muß, bis es von der Biegeeinrichtung gefaßt werden kann. Dementsprechend erfaßt der Richtvorgang nie die Endenbereiche der Rohre.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere Großrohren nach dem UOE-Verfahren anzugeben, mit dem auch für Rohre mit kleinem Durchmesser und dicker Wand über die gesamte Länge die Krummheit nach dem Längsnahtschweißen soweit ausgeglichen wird, daß die Ungeradheit innerhalb der vom Kunden vorgegebenen Toleranz liegt.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Bestandteil von Unteransprüchen. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik wird erfindungsgemäß das Kaltaufweiten (Expandieren) auch zum Richten genutzt. Bei diesem Verfahren wird möglichst nahe vor dem Expanderkopf das zu kalibrierende Rohr geklemmt und das freie Rohrende elastisch verspannt. Anschließend wird das Rohr in bekannter Weise kalt aufgeweitet. Diese Prozedur erfolgt schrittweise im Takt des jeweiligen Expanderschrittes bis zur Hälfte der Rohrlänge. Danach wird das Rohr gedreht und die zweite Rohrlänge in ähnlicher Weise behandelt oder auf einer zweiten Expanderanlage wird mit der zweiten Rohrhälfte spiegelbildlich ähnlich verfahren. Durch das elastische Verspannen in Form eines Absenkens entgegen der Krümmung des Rohres und einer Verdrehung um die Querachse wird im Klemmbereich eine Zusatzkraft und ein Zusatzmoment erzeugt, im Zusammenwirken mit dem Kaltaufweiten mittels des mechanischen Expanders wird durch die Kraftüberlagerung der gewünschte Richteffekt im Bereich zwischen dem Kaltaufweiten und der Klemmung erreicht. Die elastische Verspannung wird als Voreinstellung vorgegeben, wobei die Beträge dafür schrittweise abnehmen. Als Maß für die Voreinstellung wird der Grad der Rohrkrümmung verwendet, der nach dem Längsnahtschweißen ermittelt wird. Um diese Ermittlung zu vereinfachen, wird angenommen, daß die Krummheit innerhalb eines Fertigungsloses in etwa gleich ist. Dies bedeutet, daß bei gleicher
Rohrabmessung (Durchmesser, Wanddicke), gleichem Werkstoff und gleichen Schweißparametern das erste Rohr des Fertigungsloses vermessen wird und diese Krummheit für alle Rohre des Fertigungsloses zugrundegelegt wird.
In der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 bis 3 schematisch die wesentlichen Schrittfolgen für das erfindungsgemäße Verfahren.
In Figur 1 ist ein nach dem Längsnahtschweißen krumm gewordenes Rohr 1 dargestellt, wobei aus Gründen der besseren Erkennbarkeit die Krummheit stark übertrieben ist. Ebenso ist die Länge des Rohres 1 in Relation zum Durchmesser wesentlich zu kurz.
Am linken Bildrand ist in vereinfachter Weise von einem mechanischen Expander der Expanderkopf 2 dargestellt, der an einer Expanderstange 3 befestigt ist. Der schraffiert gezeichnete Bereich 4 des linken Rohrendes soll die Länge des Expanderschrittes symbolisieren. Der Expanderkopf 2 ist nach links versetzt gezeichnet, obwohl er sich im geschlossenen, d. h. ungespreizten Zustand im Innern des schraffierten Rohrbereiches 4 befindet, in einem nur geringen Abstand davon ist die Klemmeinrichtung angeordnet. In dieser Darstellung besteht die Klemmeinrichtung aus zwei einander gegenüberliegend angeordneten Rollen 5,6. Die Pfeile 7,8 geben die Richtung der Klemmkraft an. Am rechten freien Rohrende 9 ist der hier nicht dargestellte Zangenwagen positioniert. Dessen Zangenapparat kann das Rohr 1 heben und senken, hier gekennzeichnet durch den geraden Doppelpfeil 10, sowie um die Querachse drehen, hier gekennzeichnet durch den Doppeldrehpfeil 11. Figur 2 zeigt die Phase des Vorspannens des Rohres 1. Dazu wird mittels des hier nicht dargestellten Zangenapparates das Rohr 1 entgegen der Krümmung abgesenkt, hier symbolisiert durch den abwärts zeigenden Pfeil 12 am Rohrende. Gleichzeitig wird auch das Rohrende um die Querachse verdreht. Die aufgebrachte Zusatzkraft sowie das Zusatzmoment wirken im Bereich der Klemmung und führen dort zu einer
Verschiebung der Angriffsrichtung der Klemmkraft, hier symbolisiert durch die schiefen Pfeile 13,14. Auch zu diesem Zeitpunkt ist der Expanderkopf 2 noch geschlossen.
Figur 3 zeigt die Phase des Expandierens (Spreizens des Expanderkopfes 2) und gleichzeitigen Richtens. Dabei wird erwartet, daß die rotationssymmetrische Verteilung der Spreizkraft (hier nicht dargestellt) von einem zusätzlichen Kräftepaar überlagert wird, wobei der rechte Kraftpfeil 15 im schraffierten Bereich 4 größer wird als der linke Kraftpfeil 16. Der Richteffekt wird als kaum merklicher Knick am rechten Rand des schraffierten Bereiches 4 sich konzentrieren.
Danach erfolgt ein Lösen der Klemmeinrichtung 5,6 und der Vorspannung und mittels des nicht dargestellten Zangenapparates wird das Rohr 1 um einen Expanderschritt weiter vorgeschoben. Anschließend wird die zuvor erläuterte Prozedur wiederholt, nur mit dem Unterschied, daß die Absenk- und Verdrehgröße für die Vorspannung mit jedem Schritt geringer werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere Großrohren nach dem UOE-Verfahren, bei dem die Rohre nach dem Innen- und Außennahtschweißen durch Kaltaufweiten (Expandieren) schrittweise bis zur halben Rohrlänge kalibriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltaufweiten (Expandieren) auch zum Richten genutzt wird und dazu in einem möglichst geringen Abstand vor dem Expanderkopf das Rohr geklemmt und das freie Rohrende elastisch verspannt wird und anschließend in bekannter Weise das Rohr kalt aufgeweitet wird, wobei die Vorspannkraft von selbst geringer wird und danach nach Lösen der Klemmung und der verbleibenden Vorspannung ein schrittweises Verschieben des Rohres um den Betrag der Expanderschrittweite bis zur halben Rohrlänge erfolgt und für die zweite Rohrhälfte das Verfahren wiederholt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung des freien Rohrendes als Voreinstellung vorgegeben ist, wobei das Absenken ein Verspannen entgegen der Krümmung bewirkt und die
Beträge für das Verschieben und Verdrehen von Schritt zu Schritt abnehmen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kaltaufweiten (Expandieren) der Grad der Rohrkrümmung als
Stich ausgemessen wird und dieses Maß die Vorgabe für die Voreinstellung der Verspannung des freien Rohrendes ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichen Werten für die Rohrabmessung (Durchmesser, Wanddicke), dem Werkstoff und die Schweißparameter die Vorgabe für die Positionierung des freien Rohrendes von Rohr zu Rohr gleich gewählt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem spreizbaren Expanderkopf, der schrittweise verfahrbar und mit einer Expanderstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Expanderkopfes (2) eine Klemmeinrichtung (5,6) für das zu kalibrierende Rohr (1) angeordnet ist und im Bereich des freien Rohrendes (9) ein verfahrbarer Zangenwagen vorgesehen ist, dessen Zangenapparat heb- und senkbar (10) sowie drehbar (11) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zangenapparat für die Voφositionierung zwei mechanisch verstellbare Spindeln und für die schrittabhängig gesteuerte Absenkung und Verdrehung zusätzlich zwei Kolben-Zylinder-Anordnungen aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordnete Rollen (5,6) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung zwei Unterrollen und eine Oberrolle aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung zusätzlich einen Sattel oder Unterstützungsschale aufweist.
EP97908120A 1996-01-22 1997-01-20 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von rohren nach dem uoe-verfahren Expired - Lifetime EP0876228B1 (de)

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