KNOOP, Franz Martin (Weidenstraße 5a, Vienenburg, 38690, DE)
HOLTE, Carsten (Lorenz-Biggen-Weg 17, Goslar, 38642, DE)
KNOOP, Franz Martin (Weidenstraße 5a, Vienenburg, 38690, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung geschweißter Schraubennahtrohre mit optimierter Rohrgeometrie, wobei ein Metallband mittels einer Verformungseinheit schraubenlinienförmig zu einem Schlitzrohr eingeformt wird und die zusammenlaufenden Bandkanten zusammengeschweißt werden und wobei ein am geschweißten Rohr ermittelter Ist-Durchmesser mit einem vorgegebenen Soll- Durchmesser verglichen und eine etwaige außerhalb einer Toleranzschwelle liegende Abweichung zu einer Korrektur des Ist-Rohrdurchmessers verwendet wird, wobei die vollständige Verschweißung der Bandkanten in einem zweistufigen Schritt erfolgt mit einer Heftnahtschweißung als erstem Schritt unmittelbar nach der Einformung als Schlitzrohr und einer sich daran anschließenden Fertigschweißung als zweitem Schritt, wobei die Messung des Rohrdurchmessers nach der vollständigen Einformung zu einem Schlitzrohr und vor der Fertigschweißung erfolgt. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser-Messung vor, im Bereich oder in Fertigungsrichtung gesehen hinter der Stelle der Heftnahtschweißung erfolgt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung berührungslos erfolgt. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung kontinuierlich erfolgt. 5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mittels des Laser-Triangulationsverfahrens erfolgt. 6. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mittels Ultraschall erfolgt. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Messwert als Stellgröße für eine Steuerung oder Regelung des Rohrdurchmessers verwendet wird. 8. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrdurchmesser durch Veränderung des Einlaufwinkels des Bandes und/oder des Auslaufwinkels des heftnahtgeschweißten Rohres und/oder der Höheneinstellung der Versatzrolle gesteuert oder geregelt wird. 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 8 mit einer Verformungseinheit (4) in der ein Metallband (1) zu einem Schlitzrohr eingeformt wird und einer Schweißeinheit (7) zum Heften des Rohres (10), einer Fertigschweißstation (11, 11', 11") zum Fertigschweißen des Rohres ( 0) sowie einer Einrichtung (8) zur Messung des Durchmessers D des Rohres (10), wobei die Durchmesser-Messeinrichtung (8) so angeordnet ist, dass entweder das vollständig eingeformte Schlitzrohr oder das nur heftnahtgeschweißte Rohr (10) vermessen wird. 10. Einrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser-Messeinrichtung (8) ein Laser ist. 11. Einrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser-Messeinrichtung (8) ein Ultraschallgerät ist. 12. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 -11 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser-Messeinrichtung (8) mit einer Steuerungs- oder Regeleinheit zur Nachjustierung des Durchmessers D des Rohres (10) verbunden ist. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geschweißter Schraubennahtrohre mit optimierter Rohrgeometrie, gemäß Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9.
Für den Transport von Wasser, Öl und Gas werden im Regelfall unterpulvergeschweißte Schraubennahtrohre, auch Spiralrohre genannt, eingesetzt, welche vorzugsweise aus Warmbreitband (Coils) oder aus Stahlblech hergestellt werden.
Aus der Broschüre„Spiralgeschweißte Großrohre - Produktinformationen - " (Saizgitter Mannesmann Großrohr 3/08) ist es bekannt, das Warmband in einer Einformeinrichtung schraubenlinienförmig zu einem Schlitzrohr zu formen und in einem zweistufigen Verfahren zu einem Rohr zu verschweißen.
Hierzu wird das Warmband in einer Verformungseinheit einer Rohrformmaschine zu einem Rohr geformt. Die Verformungseinheit besteht aus einem 3-Rollenbalken-Biegesystem mit einem äußeren Rollenstützkäfig und einer sogenannten Versatzrolle. Mit der
höheneinstellbaren Versatzrolle kann ein etwaiger Bandkantenversatz des Schlitzrohres ausgeglichen werden.
Der Rohrdurchmesser wird beeinflusst vom Einlaufwinkel des Bandes in die
Verformungseinheit und von der Bandbreite des eingesetzten Vormaterials. Mittels der höheneinstellbaren Versatzrolle kann ebenfalls auf den Durchmesser des Rohres Einfluss genommen werden.
In diesem als„HTS-Verfahren" bekannten Fertigungsprozess werden in einem ersten Verfahrensschritt die Bandkanten des Schlitzrohrs mittels einer Schutzgas-Heftschweißung bei hoher Schweißgeschwindigkeit von bis zu 15m/min verschweißt, wobei die Bandkanten dabei nur zum Teil miteinander verbunden werden.
Das Fertigschweißen mit einer vollständigen Verschweißung der Bandkanten mit einer Innen- und Außennaht erfolgt anschließend in einem zweiten Schritt auf separaten
Schweißständen mittels Unterpulverschweißen.
Der Vorteil gegenüber dem konventionellen einstufigen Verfahren, bei dem direkt in der Rohrformmaschine auch die Unterpulverschweißnähte ausgeführt werden und das Rohr somit in einem Schritt fertig geschweißt wird, besteht darin, dass durch die hohe
Geschwindigkeit bei der Heftnahtschweißung eine höhere Leistung der
Rohreinformmaschine erreicht wird.
Des Weiteren wird die erzeugte Rohrgeometrie in der Rohrformmaschine nicht negativ durch den UP-(Unterpulver)-Schweißprozess beeinflusst, und damit die Einhaltung vorgegebener Toleranzwerte verbessert.
Ständig steigende Anforderungen an einzuhaltende Durchmesser-Toleranzen verursachen einen hohen Aufwand, um den Rohrdurchmesser exakt zu ermitteln und gegebenenfalls notwendige Korrekturen der beeinflussenden Parameter vorzunehmen.
Abweichungen des Rohrdurchmessers von den vorgegebenen Toleranzen können z. B. durch Abweichungen der Bandbreite und/oder der Festigkeit und Dehnung des eingesetzten Werkstoffes hervorgerufen werden. Diese Veränderungen wirken sich auf den
Einformvorgang und damit auf die Geometrie des Rohres aus.
Um auf den Durchmesser des geschweißten Rohres Einfluss nehmen zu können ist es z. B. aus der JP 56105816 A und der JP 61 80613 A bekannt, den Durchmesser am fertig geschweißten Rohr zu vermessen und die Messwerte für die Korrektur des
Rohrdurchmessers zu verwenden. Bei den bekannten Verfahren wird das Rohr konventionell in einem einstufigen Prozessschritt verschweißt, d. h. es wird nach der Einformung des Bandes zu einem Schlitzrohr direkt fertig geschweißt.
Für die Ermittlung des Durchmessers des fertig geschweißten Rohres ist es bekannt, z. B. die Laser-Triangulation oder Ultraschall einzusetzen. Häufig wird aber auch noch mit einem Bandmaß der Umfang des Rohres gemessen und daraus der Durchmesser ermittelt. Die ermittelten Messwerte dienen anschließend dazu Änderungen des Einformwinkels des Bandes oder des Auslaufwinkels des geschweißten Rohres (JP 61180613) vorzunehmen oder durch Verstellung der Versatzrolle (JP 56105816 A) den Durchmesser des
geschweißten Rohres zu beeinflussen.
Nachteil aller bekannten Verfahren ist, dass der Durchmesser erst nach der
Fertigschweißung des Rohres gemessen wird und erst dann die vorgenannten Korrekturen möglich sind. Das bis zur Korrektur des Durchmessers gefertigte möglicherweise sehr lange Rohr muss anschließend entweder sehr aufwändig nachgearbeitet oder gar verschrottet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zur Herstellung geschweißter
Schraubennahtrohre aus Stahl dahingehend zu verbessern, dass Abweichungen vom geforderten Rohrdurchmesser möglichst früh erkannt werden und bedarfsweise früh korrigierend eingegriffen werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung geschweißter
Schraubennahtrohre mit optimierter Rohrgeometrie angewendet, wobei ein Metallband mittels einer Verformungseinheit schraubenlinienförmig zu einem Schlitzrohr eingeformt wird und die zusammenlaufenden Bandkanten zusammengeschweißt werden. Hierbei wird ein am geschweißten Rohr ermittelter Ist-Durchmesser mit einem vorgegebenen Soll- Durchmesser verglichen und eine etwaige außerhalb einer Toleranzschwelle liegende Abweichung zu einer Korrektur des Ist-Durchmessers verwendet. Dabei erfolgt die vollständige Verschweißung der Bandkanten in einem zweistufigen Schritt mit einer Heftnahtschweißung als erstem Schritt unmittelbar nach der Einformung als Schlitzrohr und einer sich daran anschließenden Fertigschweißung als zweitem Schritt, wobei die Messung des Rohrdurchmessers nach der vollständigen Einformung zu einem Schlitzrohr und vor der Fertigschweißung durchgeführt wird.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Vorgehensweise liegt darin, dass gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen erst das fertig geschweißte Rohr vermessen wird, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren schon in einem sehr frühen Fertigungsstadium korrigierend in den Fertig ungsprozess des Rohres eingegriffen und so etwaiger Ausschuss auf ein Minimum reduziert werden kann.
Die Messung des Rohr-Durchmessers erfolgt vorteilhaft direkt nach der Einformung zu einem Schlitzrohr in einem begrenzten Bereich um die Heftnahtschweißung, so dass etwaig notwendige Veränderungen im Rohrdurchmesser unmittelbar nach der Einformung erkannt und Korrekturen vorgenommen werden können.
Vorteilhaft erfolgt die Ermittlung des Rohr-Durchmessers in einem kontinuierlichen Vorgang während der Fertigung, so dass kontinuierlich nachgesteuert bzw. nachgeregelt werden kann. Der Durchmesser kann vorteilhaft berührungslos z. B. mitteis Laser-Triangulation oder Ultraschall gemessen werden, es sind jedoch auch andere Messverfahren denkbar. Bei Abweichungen von den Toleranzvorgaben, kann durch Veränderungen des Einlaufwinkels des Bandes, der Höheneinstellung der Versatzrolle oder des Auslaufwinkels des
geschweißten Rohres dessen Durchmesser beeinflusst bzw. korrigiert werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung.
Es zeigen:
Figur 1 schematische Darstellung des zweistufigen Herstellungsverfahrens
geschweißter Schraubennahtrohre,
Figur 2a wie Figur 1 , jedoch als Detaildarstellung mit der erfindungsgemäfien
Einrichtung zur Durchmesser-Messung,
Figur 2b Detail aus Figur 2a mit einer schematische Darstellung der Rohreinformung im
Querschnitt
Figur 3 schematische Darstellung der geometrischen Abhängigkeit des
Rohrdurchmessers vom Einlaufwinkel und der Breite des Bandes
Figur 4 schematische Darstellung eines Querschnitts einer Heftnahtschweißung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des zweistufigen Herstellungsverfahrens geschweißter Schraubennahtrohre. Dargestellt ist ein von einem Coil abgewickeltes Metallband 1 , welches über Antriebs- und Richtwalzen 2 bzw. 3 zur Verformungseinheit 4 gelangt. Nach der Einformung zu einem Schlitzrohr und anschließendem Heften in einer Schweißeinheit 7 (siehe Figur 2b) wird das so hergestellte Rohr 10 anschließend auf die geforderte Kundenlänge mittels einer
Trennvorrichtung 13 abgelängt und gelangt danach zu separaten Schweißstationen 11, 11', 1", in denen die Rohre 10 fertig geschweißt werden.
Figur 2a zeigt in einer Detaildarstellung von Figur 1 die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchmesser-Messung, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Das Metailband 1 läuft unter einem Winkel α in die Verformungseihheit 4 ein und wird dort zu einem Rohr 10 mit einem Durchmesser D geformt. Unmittelbar nach der Einformung des Metallbandes 1 zu einem Schlitzrohr ist eine Durchmesser-Messeinrichtung (8) angeordnet, die entweder das Schlitzrohr oder das Rohr 10 direkt hinter der Heftstelle vermisst.
In Figur 2b ist in einer schematischen Darstellung die Verformungseinheit 4 aus Figur 2a mit der Durchmesser-Messeinrichtung 8 näher dargestellt. Die Verformungseinheit 4 besteht aus einem 3-Rollenbalken-Biegesystem 5 mit äußerem Stützroilenkäfig 6, der
Schweißeinheit 7 für die Heftnahtschweißung und der Durchmesser-Messeinrichtung 8. Eine schematische Darstellung einer Heftnahtschweißung 2 am Rohr 10 ist in Figur 4
dargestellt.
Die Durchmesser-Messeinrichtung 8 ist erfindungsgemäß im Bereich des vollständig zu einem Schlitzrohr eingeformten Rohres 10 angeordnet. Mit einer im Bereich des
3-Rollenbalken-Biegesystems 5 angeordneten höhenverstellbaren Versatzrolle 9 kann ein Versatz der Bandkanten des Schlitzrohres unmittelbar vor dem Heften ausgeglichen werden. Auch kann mit Hilfe der Versatzrolle 9 der Rohrdurchmesser in gewissen Grenzen verändert werden.
Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die geometrische Abhängigkeit des Rohrdurchmessers D von dem Einlaufwinkel α und der Breite des einlaufenden
Metallbandes 1.
Hierbei bestimmt der Winkel α zwischen einlaufendem Metallband 1 und eingeformtem Rohr 10 bei gleicher Bandbreite direkt den Durchmesser D des Rohres 10. Durch Veränderung des Winkels α kann bei Abweichungen vom Soll-Durchmesser während der Fertigung eine Korrektur vorgenommen werden. Diese kann durch Verstellung des Bandeinlaufwinkels oder durch eine Veränderung des Auslaufwinkels des geschweißten Rohres erfolgen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Durchmesser-Messeinrichtung 8 im Bereich der Heftschweißung der Verformungseinheit 4 wird der Durchmesser des Rohres 10 zu einem frühestmöglichen Zeitpunkt ermittelt, wobei bei Abweichungen vom Sollwert der
Durchmesser D des Rohres 10 über eine hier nicht dargestellte Steuer- bzw. Regeleinheit direkt nachjustiert werden kann.
Bezugszeichenliste
Nr. Bezeichnung
1 Metallband
2, 3 Antriebs- bzw. Richtwalzen
4 Verformungseinheit
5 3-Rollenbalken-Biegesystem
6 Stützrollenkäfig
7 Schweißeinheit zum Heftnahtschweißen
8 Durchmesser-Messeinrichtung
9 Versatzrolle
10 heftnahtgeschweißtes Rohr
11 , 11', 11" Fertigschweißstationen
12 Heftnahtschweißung
13 Trennvorrichtung
D Rohrdurchmesser
α Einlaufwinkel
B Breite des Metallbandes
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