ORTH, Thomas (Luxemburger Allee 85, Mülheim, 45481, DE)
OESTERLEIN, Ludwig (Brüsseler Allee 98, Mülheim, 45481, DE)
BERGMANN, André (Buscher Str. 43, Duisburg, 47269, DE)
ORTH, Thomas (Luxemburger Allee 85, Mülheim, 45481, DE)
OESTERLEIN, Ludwig (Brüsseler Allee 98, Mülheim, 45481, DE)
| Patentansprüche 1 Verfahren zur Überwachung des Fertigungsprozesses bei der Herstellung von Langsnaht-geschweißten Großrohren aus Stahl mittels UOE-Verfahren bei dem in einem ersten Schritt aus einem ebenen Blech auf einer Presse mit einem offenen Gesenk eine U-Form geformt wird und anschließend auf einer zweiten Presse mit sich schließenden Gesenken die Formung zu einem 0-formιgen Schhtzrohr erfolgt und nach dem Innen- und Außenschweißen der Rohre durch eine Kaitaufweitung (Expandieren) eine Kalibrierung der Rohre erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen der drei umformenden Prozessschritte wahrend der Umformung die Temperaturverteilung im Umformbereich des Bleches bzw des zu formenden Rohres thermografisch erfasst und das erfasste Warmebild zu einer Beurteilung des Prozesszustandes verwendet wird 2 Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Warmebild mit einem Referenzbild für diesen Prozessschritt eines bereits gefertigten Rohres gleicher Stahlguteklasse und gleicher Nennabmessung des jeweils gleichen Messortes verglichen wird, wobei eine etwaige an einem bestimmten Messort am Rohr signifikant auftretende Abweichung zum Referenz-Warmebild des gleichen Messortes zur Beurteilung des Prozesszustandes verwendet wird 3 Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmestrahlung beim U- und O-Formen orts- und zeitaufgelost thermografisch erfasst und ausgewertet wird 4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmestrahlung beim Expandieren orts- und zeitaufgelost thermografisch erfasst und ausgewertet wird Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Vielzahl von an Referenz-Warmebildern gleicher Stahlguteklasse und Nennabmessungen ermittelten Temperaturverteilungen und diesen zugeordneten Messwerten für die Ovalitat ein Toleranzbereich für Temperaturabweichungen festgelegt wird, bei dessen Überschreitung ein Signal ausgelost wird Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Zuordnung des Signals zu einem Messort am Rohr der Bezug zu einem die Toleranzgrenze überschreitenden Ereignis im Fertigungsprozess hergestellt wird Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils für das gefertigte Rohr ermittelte Zuordnung von Signal und Ereignis mit in einer Datenbank für jede Stahlguteklasse und Nennabmessung hinterlegten Referenz-Warmebildern verglichen wird und bei Überschreitung der Toleranzgrenzen für die Temperaturabweichung an einem bestimmten Messort das zur Toleranzgrenzenuberschreitung fuhrende Ereignis angezeigt und als Steuergroße für den Fertigungsprozess verwendet wird Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1- 7 dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung und Auswertung der Wärmestrahlung die wahrend der Umformung auf der U-Presse, O-Presse oder dem Expander von der Oberflache des zu einem Rohr (1) zu verformenden Bleches ausgesandt wird, eine auf die Oberflache des Bleches bzw Rohres (1) ortsfest gerichtete Warmebildkamera (4) verbunden mit einer Auswerteeinheit (5) verwendet wird |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Fertigungsprozesses bei der Herstellung von Langsnaht-geschweißten Großrohren aus Stahl mittels UOE-Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 Eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens geht aus Anspruch 8 hervor
Das in der Fachwelt mit UOE bezeichnete Verfahren ist das am häufigsten angewandte Verfahren zur Herstellung Langsnaht-geschweißter Großrohre (Stahlrohr Handbuch, 12 Auflage, Vulkan Verlag Essen, 1995, Seiten 139 - 143) Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt aus einem ebenen Blech auf einer Presse mit einem offenen Gesenk (U-Presse) eine U-Form geformt Anschließend erfolgt auf einer zweiten Presse mit sich schließenden Gesenken (O-Presse) die Rundung zu einem Schlitzrohr Da in vielen Fallen die Rohre nach dem Innen- und Außenschweißen noch nicht die Anforderungen an Durchmesser und Rundheit erfüllen, werden sie durch Kaltaufweiten (Expandieren) kalibriert
Im Rahmen der Überwachung des Fertigungsprozesses sollen möglichst frühzeitig Aussagen u a über den Prozesszustand bzw die Stabilität der verschiedenen Prozessschritte gewonnen werden, weil die Eigenschaften des Endproduktes, d h des Fertigrohres, maßgeblich hiervon beeinflusst werden
Auf die Qualität des Fertigproduktes hat sowohl der Expansionsprozess, als auch der U- bzw O-Form-Prozess wesentlichen Einfluss Beispielsweise kann beim U-Form-Prozess ein Uberbiegen in der 6-Uhr-Posιtιon als Folge des Abhebens des Bleches vom U-Form- Werkzeug auftreten Diese Uberbiegung ist nicht erwünscht, da sie die Form nach dem O- Formen negativ beeinflusst
Weiterhin kann es beim U-Formen durch asymmetrisches Angreifen des Umformwerkzeuges zu ungleichen Schenkellangen der U-Form kommen, welche beim O-Formen zu einem ungleichmäßigen Einformprozess und zu stärkeren Ovalitaten fuhren Der nachfolgende Expansionsschritt kann diese Einflüsse nicht vollständig kompensieren Erst bei der Endkontrolle der Rohre werden im Regelfall die aus den nicht optimalen Prozessparametern des U- und O-Formens resultierenden Ovalitaten erfasst
Dies ist sehr nachteilig, da wegen des kontinuierlichen Fertigungsprozesses zu diesem Zeitpunkt möglicherweise schon mehrere hundert Rohre mit nicht optimalen Parametern gefertigt wurden, die nun einer zusätzlichen kostenaufwandigen Nacharbeit zugeführt werden müssen
Aber auch der Expansionsschritt selbst hat einen entscheidenden Einfluss auf die Rundheit und Geradheit der Rohre Die optimale Einstellung der Prozessparameter ist sehr komplex Im Sinne eines sicheren Prozesses ist ein für die Expansion optimiertes Ausgangsprodukt anzustreben
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach zu handhabendes und kostengünstiges Verfahren zur Überwachung des Fertigungsprozesses von Langsnaht-geschweißten Großrohren aus Stahl mittels UOE- Verfahren anzugeben, mit dem möglichst zeitnahe Aussagen über den Prozesszustand bzw die Prozessstabiltat des jeweiligen Prozessschrittes getroffen werden können
Eine weitere Aufgabe besteht dann, dieses Verfahren dahingehend zu optimieren, dass etwaige die Prozessstabilitat des Einformprozesses beeinflussende Ereignisse frühzeitig erkannt werden und so gezielt Korrekturen des Prozesses ermöglicht werden
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, dass für mindestens einen der drei umformenden Prozessschritte wahrend der Umformung die Temperaturverteilung im Umformbereich des Bleches bzw des zu formenden Rohres thermografisch erfasst und das erfasste Warmebild zu einer Beurteilung des Prozesszustandes verwendet wird
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das erfasste Warmebild mit einem Referenzbild für diesen Prozessschritt eines bereits gefertigten Rohres gleicher Stahlguteklasse und gleicher Nennabmessung des jeweils gleichen Messortes verglichen, wobei eine etwaige an einem bestimmten Messort am Rohr signifikant auftretende Abweichung zum Referenz-Warmebild des gleichen Messortes zur Beurteilung des Prozesszustandes verwendet wird
Bei Versuchen hat sich gezeigt, dass bei der Herstellung von UOE-gefertigten Rohren der gleichen Stahlguteklasse mit gleichen Nennabmessungen eine direkte Korrelation zwischen dem erfassten Warmebild und dem aktuellen Prozesszustand vorhanden ist Damit lasst sich aus dem aktuellen Warmebild in vorteilhafter Weise quasi in Echtzeit der Umformprozess analysieren und eventuell notwendige Korrekturmaßnahmen können sofort eingeleitet werden Ein nicht optimal eingeformtes Rohr wird direkt erkannt Die Prozessparameter können sofort korrigiert werden
Die Wärmestrahlung wird dabei wahrend der Umformung orts- und zeitaufgelost thermografisch erfasst und ausgewertet Bei Überschreitung eines Toleranzbereiches für Temperaturabweichungen wird ein Signal ausgelost, das vorteilhaft als Steuergroße für den Fertigungsprozess genutzt werden kann
Erfindungsgemaß findet in einem ersten Schritt eine Online-Überwachung des U-Form- Prozesses statt, bei dem ein etwaiges Uberbiegen in der 6-Uhr-Posιtιon als Folge des Abhebens des Bleches vom U-Form-Werkzeug detektiert wird Wie Versuche gezeigt haben, bewirkt eine Uberbiegung einen überhöhten Warmeeintrag im Blech, der sicher online detektiert werden kann
Zur Untersuchung der Gleichmäßigkeit des Einformprozesses an der O-Presse wird dieser ebenfalls mittels thermografischer Messungen online überwacht, um gezielt und frühzeitig Ursachen für Ovalitaten zu detektieren
Dabei macht man sich den Umstand zu Nutze, dass es bei der O-Formung zu einer charakteristischen Warmeverteilung im Schlitzrohr kommt Die entstehende Temperaturverteilung wird mittels einer Infrarotkamera beruhrungslos gemessen und über den Umfang des Rohres wird ein Temperaturprofil erstellt Auch wenn die direkte Beziehung zwischen Temperaturverteilung und Dehnungsverhalten bei der O-Formung unbestimmt ist, erlaubt eine Betrachtung der Links-Rechts-Symmetrie des gemessenen Temperaturprofils dennoch Rückschlüsse auf das Einformverhalten Im Idealfall sollte die Wärmeentwicklung symmetrisch sein Bei Versuchen zeigte sich, dass ein symmetrisches Temperaturprofil mit besseren Ovalitatswerten korreliert Ein unsymmetrischer Warmeeintrag beim O-Formen eines „U's" resultiert beispielsweise aus ungleichen Schenkellangen In solchen FäiTerTkann durch eine Software-gestutzte Auswertung des Temperaturprofiis über den Rohrumfang der U-Prozess gezielt verbessert werden
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Expansionsprozess ebenfalls thermografisch überwacht Die Messergebnisse werden dazu genutzt, die Einstellparameter für eine noch bessere Rundheit/Geradheit zu optimieren
Mittels thermographischer Messungen kann das Dehnungsverhalten beim Expansionsprozess überprüft werden Dazu werden in einem ersten Schritt 3D-Messungen zur beruhrungslosen Dehnungsmessung durchgeführt und diese mit zeitgleich aufgenommenen und mit einer hohen Genauigkeit behafteten thermografischen Messungen korreliert
Dadurch ist es möglich, das Dehnungsverhalten des Rohres allem durch die Messung der Temperaturverteilung zu bestimmen und Aussagen über die Gleichmäßigkeit des Expansionsprozesses zu gewinnen
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung der dargestellten Ausfuhrungsbeispiele
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemaßen Verfahrens mit
Messanordnung beim O-Formen,
Figur 2 Messschrieb einer thermografischen Messung mit einer Warmebildkamera
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemaßen Verfahrens mit Messanordnung beim O-Formen einer zuvor auf der U-Presse vorgeformten U-Form
Das zu einem „U" vorgeformte Rohr 1 wird in einer u a aus einem Untergesenk 2 und Obergesenk 3 bestehenden O-Presse zu einem kreisförmigen Schlitzrohr geformt Hierbei wird das „U-Rohr" so in das Untergesenk 2 eingelegt, dass das Obergesenk 3 die noch geraden Schenkel des „U's" beim Umformvorgang symmetrisch in Pfeilπchtung erfasst und zu einem kreisrunden Querschnitt umformt. Die bei der mechanischen Umformung entstehende Wärmeentwicklung wird erfindungsgemäß mit einer Wärmebildkamera 4 erfasst und in einer Auswerteeinheit 5 ausgewertet. Durch einen Vergleich ' mit Referenzbildern kann nun der Umformprozess sehr exakt überwacht und falls erforderlich korrigiert werden.
In Figur 2 ist ein Messschrieb einer Wärmebildkamera beim Umformen eines U-Rohres auf einer O-Presse dargestellt.
Die linke Bildhälfte zeigt schematisch das in der O-Presse bereits zu einem kreisrunden Schlitzrohr umgeformte U-Rohr. Das U-Rohr wurde ist so positioniert dass der nach dem O-Formen verbliebene Schlitz des Rohres sich in 12 Uhr Position befindet.
Das während der Umformung aufgezeichnete Wärmebild über den Umfang des Rohres ist in der rechten Bildhälfte dargestellt.
Der Temperaturverlauf über dem Rohrumfang ist zu beiden Seiten der 6 Uhr Position sehr symmetrisch, was auf einen gleichmäßigen Umformprozess hindeutet. Eine unsymmetrische Wärmeverteilung ließe beispielsweise auf ungleiche Schenkellängen schließen und es könnten sofort Korrekturmaßnahmen beim U-Formen eingeleitet werden.
Bezugszeichenliste