INNENBESCHICHTUNG FÜR EINEN SOLCHEN

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Innenbeschichtung für verschweißbare Rohrabschnitte, einen Rohrabschnitt und eine Rohranordnung.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Es gibt eine zunehmende Nachfrage nach korrosionsfesten, medienführenden Leitungsrohren, die beispielsweise als Wasser-, Gas- oder Ölpipelinerohre dienen oder in der Chemieindustrie eingesetzt werden.

Insbesondere wächst in der öl- und gasproduzierenden Industrie die Nachfrage nach korrosionsbeständigen Rohren, da in der Zukunft die zu fördernden Fluide höhere Wasseranteile und höhere Konzentrationen von Wasserstoffsulfid (H ₂ S) und Kohlendioxid (CO ₂ ) aufweisen werden. Solche zunehmend korrosiven Produkte müssen oft auch über große Entfernungen in abgelegenen Gebieten und unter erhöhtem Druck befördert werden.

Geeignete Rohre für solche Medien sind Stahlrohre mit einer Innenbeschichtung, einer Innenauskleidung bzw. einer Innenplattierung, die gegenüber Rohren aus korrosionsbeständigen Stählen Kostenvorteile bieten.

Insbesondere plattierte Stahlrohre, die mit einer Innenplattierung aus einem korrosionsbeständigen Stahl versehen sind, werden erfolgreich zum Transport von feuchten und korrosiven Erdöl- und Erdgasprodukten verwendet. Als Auflagewerkstoff (Plattierung) dienen beispielsweise korrosionsbeständige Stahlqualitäten wie 316L, Alloy 825, Alloy 625 oder auch Duplex-Stahlqualitäten, die hohe Festigkeiten und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

Zur Herstellung innenplattierter Rohre gibt es zwei Grundverfahren:

Zum einen sind sogenannte metallurgisch plattierte Rohre bekannt, die aus einem walz- bzw. sprengplattierten Vormaterial (Platten, Bleche) hergestellt sind, aus dem dann durch Verformung (Walzen, Kanten) und Verschweißen ein Rohr hergestellt wird. Dabei sind der Stahlwerkstoff und der korrosionsbeständige Auflagewerkstoff durch eine Diffusionsbrücke fest metallurgisch miteinander verbunden. Zum anderen gibt es mechanisch plattierte Rohre, bei denen ein korrosionsbeständiges Innenrohr in ein Stahlaußenrohr eingezogen wird und mittels eines Hydroforming- Verfahrens mechanisch eingeformt wird. Dabei werden das Innenrohr und das Außenrohr mittels Wasserdruck gemeinsam aufgedehnt. Beim Abbau des Wasserdrucks wird durch die größere elastische Rückfederungsrate des Außenrohrs das Innenrohr in einen Druckeigenspannungszustand versetzt - das Innenrohr ist in das Außenrohr eingestaucht.

In Weiterführungen dieses klassischen Expansionsverfahrens sind die sogenannten „rolled lined“ Methoden entwickelt worden. Hier wird ausgehend vom ebenen Blech (zwei Bleche) oder vom Rohr (Außenrohr und Innenrohr) eine mechanische Verpressung durch Verschieben der Bleche bei der Umformung oder beim Einrollieren des Innenrohres in das Aussenrohr erzeugt. In allen Fällen entsteht eine feste mechanische Verbindung zwischen Innen- und Außenrohr, es besteht jedoch keine feste metallurgische Verbindung über eine Diffusionsbrücke. Allerdings ist dieses Verfahren erheblich kostengünstiger als die Herstellung metallurgisch plattierter Rohre.

Daneben gibt es auch innenbeschichtete Rohre, die mit organischem Korrosionsschutz versehen sind. Solche Innenbeschichtungen können beispielsweise flüssig aufgetragene Epoxys chichten oder auch mehrschichtige Schmelzbeschichtungen sein, bei denen Epoxyharzmischungen in Pulverform auf die Innenoberfläche des erwärmten Rohrs aufgetragen werden. Solche organischen Beschichtungen sind zwar relativ korrosionsbeständig, ihre Lebensdauer ist jedoch bei abrasiven Medien, die solche Rohre durchströmen, beschränkt.

Daneben sind auch Auftragsschweißverfahren verfügbar, bei denen Beschichtungen mit edleren Metallen durchgeführt werden. Bei diesen Verfahren werden in Schmelz-Schweißprozessen korrosionsbeständige Werkstoffe beispielweise auf die Innenseite von Rohren aufgeschmolzen. Bei diesen Verfahren findet zum einen ein vergleichsweise hoher Wärmeeintrag in das Grundmaterial statt und zum anderen sind die Prozesse relativ langsam, so dass die Beschichtung hohe Fertigungskosten verursacht. Weiter werden hier die Werkstoffe in mehreren nebeneinander liegenden, sogenannten Schweißaupen aufgetragen, was die Oberflächenstruktur des Ausgangsmaterials negativ beeinträchtigt. Nach dem Aufträgen sind die Oberflächen relativ rau und uneben. Sie bieten so höhere Strömungswiderstände als glatte, gewalzte Rohroberflächen. Mechanische, spanabhebende Nachbearbeitungen zum Glätten der Flächen sind extrem aufwändig und teuer.

Es gibt auch thermische Spritzverfahren wie atmosphärische Plasmasprühverfahren, bei denen zum Verschleiß- und Korrosionsschutz pulverförmiges Ausgangsmaterial in einen Plasmastrahl eingebracht wird, in dem die Pulverpartikel aufgeschmolzen werden und auf eine Werkstoffoberfläche (Rohrinnenflächen) getrieben werden. In anderen Verfahren wird das Beschichtungsmaterial, das ebenfalls pulverförmig zugeführt wird, in eine Sauerstoff-Kerosinflamme eingebracht, die dann das geschmolzene Material auf eine Werkstückoberfläche schleudert. Neben flüssigen Brennstoffen wie Kerosin können auch gasförmige Brennstoffe wie Erdgas verwendet werden.

Ein anderes Verfahren ist das sogenannte Lichtbogen-Drahtsprühverfahren, bei denen zwei Metalldrähte, die normalerweise die gleiche Zusammensetzung haben, als Beschichtungsgrundstoff dienen. Die beiden Drähte werden mit entgegengesetzter Polarität elektrisch geladen und mit angepassten, kontrollierten Geschwindigkeiten in eine Lichtbogenkanone eingespeist. Zwischen den Drähten bildet sich dabei ein Lichtbogen, der die Drähte kontinuierlich abschmilzt, die Schmelze wird dann mit Druckgas zerstäubt und tröpfchenförmig auf eine Werkstoffoberfläche geschleudert. Dieses Verfahren ist besonders für großflächige Rohre verwendbar. Mit solchen Verfahren sind Schichtstärken zwischen 150 und 1.500 um u.U. auch höhere möglich.

Beim Korrosionsschutz von Rohrleitungsanordnungen besteht jedoch das Problem, dass in den Schweißnahtbereichen, in denen solche Rohrstücke miteinander verschweißt werden, die Korrosionsschutzeigenschaften solcher vergleichsweise dünner Sprühbeschichtungen beeinträchtigt werden. Solche Rohrleitungen werden in der Regel nur einseitig von außen verschweißt. Im Nahtbereich wird das Grundmaterial solcher Rohre mit dem Beschichtungswerkstoff vermischt und dort können Bereiche entstehen, in denen die korrosionshemmende Wirkung der Beschichtung erheblich herabgesetzt wird. Entsprechende Nachbeschichtungen von innen und vor Ort, bspw. Offshore beim Verlegen von Pipelineanordnungen sind jedoch aufwändig, und konstruktiv nicht immer zu realisieren.

Manuell durchgeführte Nachbeschichtungen bspw. durch Auftragsschweißungen oder eine manuelle Sprühbeschichtung sind jedoch qualitativ nur schwer kontrollierbar. Bei vergleichsweise geringen Rohrdurchmessem sind Nachbeschichtungen oft weder automatisch noch manuell durchführbar.

Eine zusätzliche Innenbeschichtung mit organischen Werkstoffen kann korrosionstechnisch das gewünschte Ergebnis liefern, erreicht aber bei abrasiven oder heißen Medien, mit denen das beschichtete Rohr durchströmt wird, nicht die erforderlichen Standfestigkeiten.

Es besteht also die Aufgabe, ein Innenbeschichtungsverfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise ausgeräumt werden. Insbesondere kann eine weitere Aufgabe darin gesehen werden, eine entsprechende Beschichtungsanlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu realisieren, sowie Rohrstücke zur Verfügung zu stellen, die mit einer geeigneten Innenbeschichtung versehen sind, so dass auch beim Verschweißen mehrerer Rohrenden miteinander im Schweißnahtbereich ein korrosionsfester Bereich ausbildbar ist, der hinsichtlich seiner Korrosionsfestigkeit im Wesentlichen den Bereichen entspricht, die in einem Sprühbeschichtungsverfahren beschichtet sind.

ZUSAMMENFASSUNG

Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer Innenbeschichtung für verschweißbare Rohrabschnitte zur Verfügung, aufweisend:

Bereitstellen eines Rohrabschnitts

Aufbringen einer ersten Beschichtung aus einem ersten Schweißwerkstoff in einem Endbereich einer Innenfläche des Rohrabschnitts mittels eines ersten Auftragsschweißverfahrens

Aufbringen einer zweiten Beschichtung aus einem zweiten Schweißwerkstoff auf einem Bereich der Innenfläche des Rohres zwischen den Endbereichen mittels eines zweiten Auftragsschweißverfahrens, wobei die zweite Beschichtung die erste Beschichtung abdeckt und/ oder die Schichtdicke der ersten Beschichtung höher ist als die der zweiten Beschichtung.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen verschweißbaren Rohrabschnitt, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist, wobei der Rohrabschnitt als gerader Rohrabschnitt und/ oder als Rohrbogen ausführbar ist.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Rohranordnung mit mehreren erfindungsgemäßen Rohrabschnitten, die miteinander verschweißt sind.

Weitere Aspekte und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. la eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen verschweißbaren Rohrabschnitts;

Fig. 1b eine schematische Darstellung in einer Schnittdarstellung des Details A eines Endbereichs des in Fig. la dargestellten erfindungsgemäßen Rohrabschnitts; Fig. 2a ein erstes Ausführungsbeispiel einer vollständigen Innenbeschichtung eines erfindungsgemäßen Rohrabschnitts gemäß Fig. la;

Fig. 2b ein zweites Ausführungsbeispiel einer vollständigen Innenoberfläche eines erfindungsgemäßen Rohrabschnitts gemäß Fig. la;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung von erfindungsgemäßen Rohrabschnitten vor einem Schweißvorgang;

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung der Rohranordnung aus Fig. 3 nach einem Schweißvorgang;

Fig. 5 eine schematische Querschnittdarstellung eines Rohrabschnitts mit einer darin angeordneten Vorrichtung für eine Sprühbeschichtung des Rohrab Schnitts;

Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 7 eine mehrere Rohrabschnitte aufweisende erfindungsgemäße Rohranordnung in einer Schnittdarstellung, mit einem als Rohrbogen ausgebildeten Rohrabschnitt;

Fig. 8 eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Rohrabschnitts mit einer Teilbeschichtung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung eines Rohrabschnitts; und

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Rohranordnung

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor einer detaillierten Beschreibung der Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 1 folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsformen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Innenbeschichtung für verschweißbare Rohrabschnitte zeichnet sich dadurch aus, dass auf einen bereitgestellten Rohrabschnitt zunächst an den Enden bzw. in den Endbereichen an den Innenflächen des Rohrabschnitts mittels eines Auftragsschweißverfahrens eine erste Beschichtung aus einem ersten Schweißwerkstoff aufgetragen wird.

Bei den Rohrabschnitten für Rohranordnungen, die als Pipeline dienen, handelt es sich in der Regel um dickwandige Stahlrohre aus üblichen Standardstahlqualitäten, die in der Regel nicht korrosionsbeständig sind. Typische Werkstoffe sind z.B: X52 — X80 und höher. Solche Rohrabschnitte haben in der Regel eine Länge L von 4000 mm bis 13200 mm und Innendurchmesser D zwischen ca. 160 mm und 1220 mm. Die üblichen Wandstärken s betragen 10 mm bis 50 mm. Es kann sich bei solchen Rohrabschnitten um geschweißte oder nahtlos hergestellte Rohrabschnitte handeln.

Zunächst wird an einem oder an den Enden der Rohrabschnitte eine erste Beschichtung aus einem ersten Schweißwerkstoff in einem ersten Auftrags schweißverfahren aufgebracht. Dabei kann es sich um ein herkömmliches Auftragsschweißverfahren handeln, bei dem ein Elektrodendraht aus einem ersten Schweißwerkstoff in einem Standardschweißverfahren (MIG/MAG) an den Enden in einem Endbereich der Innenfläche auf die Rohrinnenfläche aufgetragen wird. Dazu können bspw. korrosionsbeständige Stahlqualitäten wie 316L, Aloy 825, Aloy 625 oder auch Duplex-Stahlqualitäten verwendet werden, die hohe Festigkeiten und eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Damit ist es möglich, in den Endbereichen der Innenfläche der jeweiligen Rohrabschnitte hochlegierte Bereiche auszubilden, deren Zusammensetzung auch beim Verschweißen der Rohrenden miteinander so bestehen bleibt, dass im Inneren einer Rohranordnung aus mehreren verschweißten Rohrabschnitten ein korrosionsbeständiger — hochlegierter — Nahtbereich sichergestellt wird. Die Dicke der ersten Beschichtung beträgt zwischen 0,5 und 5 mm.

Mittels eines zweiten Auftragsschweißverfahrens wird eine zweite Beschichtung aus einem zweiten Schweißwerkstoff in dem Bereich der Innenfläche des Rohres aufgebracht, der sich zwischen den Endbereichen erstreckt. Diese zweite Beschichtung kann die erste Beschichtung zusätzlich abdecken und kann in einer niedrigeren Schichtdicke ausgeführt werden als die zweite Beschichtung, da in diesem Bereich der Innenfläche keine Veränderung der Werkstoffmatrix der zweiten Beschichtung durch einen Schweiß vorgang stattfindet. D.h. hier bleibt die Beschichtung auch nach dem Verschweißen mehrerer Rohrabschnitte miteinander unangetastet und kann daher vergleichsweise dünn in einem Schichtdickenbereich von 150 pm bis 1.500 pm und höher ausgeführt werden. In den Endbereichen dagegen beträgt die gesamte Schichtdicke 0,65 pm bis 6.500 pm und setzt sich aus der Schichtdicke der ersten Beschichtung und ggf. der zweiten Beschichtung zusammen.

Die verwendeten ersten und zweiten Schweißwerkstoffe können dabei identisch sein, so dass die Werkstoffeigenschaften der Innenschicht in einer Rohranordnung aus mehreren Rohrabschnitten über den Verlauf der Rohranordnungweitgehend homogen sind. Sie können aber auch voneinander abweichen, so dass sich insbesondere im Schweißnahtbereich eine gewünschte Legierung ausbildet, welche ihrerseits die notwendige Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Gleichzeitig sinkt dabei der notwendige Aufwand für eine langfristig widerstandfähige und korrosionsfeste Beschichtung einer Rohranordnung erheblich. Es ist nämlich keine aufwändige Plattierung des gesamte Rohrbereichs erforderlich und es ist nach dem Verschweißen der einzelnen Rohrabschnitte keine Nachbearbeitung (Nachbeschichtung) im Schweißnahtbereich an der Innenoberfläche erforderlich. Für die verwendeten ersten und zweiten Auftragsschweißverfahren kommen auch die üblichen Spritzschweißverfahren (Spray-Coating) in Frage und so können z. B. zunächst die Enden in einem Spray-Coating- Verfahren mit einer etwas dickeren Schicht versehen werden und dann erneut mit dem Aufbringen der zweiten Beschichtung mit einer weiteren Beschichtung versehen werden, so dass sich hier eine Gesamtschichtdicke ergibt, die auch nach dem Verschweißen der Rohrabschnitte die notwendige Beständigkeit und die gewünschten Legierungseigenschaften aufweist.

Für die Auftrags schweißverfahren an den Enden der Rohre kommen aber auch herkömmliche Auftragsschweißverfahren in Frage, mit denen höhere Schichtdicken erzielbar sind (z.B. klassische Drahtschmelzschweißverfahren) .

Es gibt Ausführungen, bei denen das Verfahren dadurch verbessert wird, dass an einer Innenkante des Endbereiches zunächst eine Fase angearbeitet wird oder in anderer Weise das Ausgangsmaterial des Rohrendes abgetragen wird (Abschleifen, Abdrehen, Abfräsen), so dass dieser Bereich dann anschließend beim Aufbringen der ersten Beschichtung mit dem ersten Schweißwerkstoff aufgefüllt wird, so dass nach dem Aufbringen der ersten Beschichtung die Ausgangswandstärken an den Rohrenden etwa der ursprünglichen Wandstärke des Rohres entsprechen. Damit lassen sich nach dem Verschweißen homogenere Innenoberflächen erreichen (geringere Schweißnahtüberhöhungen).

Es gibt Ausführungen, bei denen beim Aufbringen der zweiten Beschichtung folgende Schritte durchgeführt werden:

Eine zusätzliche Oberflächenbehandlung der Rohrinnenflächen (chemisch und/oder physikalisch) kann die Haftung der zweiten Beschichtung in diesem Bereich deutlich verbessern. Übliche Verfahren für eine solche Oberflächenbehandlung können mechanische Oberflächenbehandlungen wie Strahlen oder chemische Oberflächenbehandlungen wie Beizen sein, die lose An- bzw. Ablagerungen an der Oberfläche vor der Auftragsschweißung entfernen und die Oberflächenqualität verbessern.

Die gleichmäßige Beschichtung oder das Aufträgen der Beschichtung in einer gewünschten Stärke — ggf. auch lokal variabel — kann dadurch gesteuert werden, dass eine Relativbewegung zwischen der Innenfläche und einer Auftragsschweißanordnung ausgeführt wird. Diese Relativbewegung wird mittels einer Steuerungsvorrichtung eingestellt, gesteuert bzw. geregelt. Die Relativbewegung kann dabei in zwei Komponenten zerlegt werden.

— Zum einen in eine Relativbewegung in einer ersten Richtung (in einer Umfangsrichtung des Rohres) mittels einer Rotation der Rohrabschnittes, der dazu bspw. auf steuerbaren Antriebsrollen angeordnet ist. — Die zweite Komponente der Relativbewegung kann in einfacher Weise senkrecht zur ersten Rotationsbewegungskomponente erfolgen, nämlich mittels einer Transversalbewegung der Auftragsdüs e/vorrichtung (z.B ein Sprühkopf) in einer axialen Richtung des Rohres.

Eine Kombination dieser beiden Bewegungskomponenten führt zu einer gleichförmigen (oder auch in der Stärke variablen) Schichtdicke der zweiten Beschichtung. Dabei kann die Auftragsdicke durch die Steuerung von Schweiß- und/ oder Bewegungsparametem eingestellt, gesteuert oder geregelt werden. Typische Steuerung der Schweißparameter sind die Einstellungen von Stromspannung und Stromstärke, die Einstellung der Zufuhrmenge des Schweißwerkstoffs (Drahtdicke, Drahtvorschubgeschwindigkeit bzw. Zufuhr der Pulvermenge) und der Steuerung der Bewegungsparameter (Steuerung der Relativbewegung in unterschiedliche Richtungen).

Eine besonders genaue Steuerung der Auftragsschichtdicke (ggf. auch lokal variabel) kann mit Hilfe einer Schichtdickenmessvorrichtung erfolgen, welche während des Auftragsprozesses die Schichtdicke im Bereich der Auftragsdüse unmittelbar nach dem Aufträgen bestimmt und darüber die erforderlichen Parameter einstellt, steuert oder regelt.

Es gibt dabei Ausführungen, bei denen die Steuervorrichtung so eingerichtet ist, dass die Auftragsschichtdicke so eingestellt werden kann, dass eine wählbare, lokal veränderbare Auftragsschichtdickengeometrie einstellbar ist. Auf diese Weise können bspw. in mechanisch besonders hochbeanspruchten Bereichen (bspw. im Außenkrümmungsbereich von Rohrbögen) erhöhte Schichtdicken realisiert werden, die höheren Verschleißbeanspruchungen (bspw. durch die Strömungswirkung) ausgesetzt sein kann.

Es ist auch möglich in Rohren, die bspw. nicht in voller Querschnittshöhe durchströmt werden, die Beschichtung nur in kritischen Bereichen aufzubringen. Dies kann bspw. ein medienbenetzter Bereich sein, der nur den (unteren) Umfangsbereich abdeckt (bei einem waagerecht verlaufenden Rohr nur eine bestimmte Höhe), in dem tatsächlich Medium fließt.

Es gibt auch solche Medien, bei denen nur der Bereich korrosionstechnisch kritisch ist, in dem ein Medienspiegel verläuft, so dass dann nur im Bereich des Strömungs- oder Füllspiegels verlaufende relativ schmale Bereiche mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen werden müssen, während die Bereiche, die darüber oder darunter liegen, überhaupt nicht beschichtet werden müssen. Es ist also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, zielgenau und lokal die Schichtdicke und das Aufträgen der Schicht überhaupt zu steuern.

Zur Steuerung gibt es Ausführungen, bei denen diese Auftragsdickengeometrie frei definierbar ist und diese Geometrie bspw. aus einer Geometriedatenbank abrufbar ist und die Realisierung der abgerufenen Schichtdickengeometrie dann über eine entsprechende Steuerung realisiert wird. Es gibt Ausführungen, bei denen das erste Auftragsschweißen ein Laserauftragsschweißverfahren ist, bei dem mit besonders geringer thermischer Belastung vergleichsweise zielgenau und schichtdickengenau die erste Beschichtung in den Endbereichen aufgetragen wird und/ oder das zweite Auftragsschweißverfahren ein sogenanntes Spray-Coating- oder Lichtbogenspritzverfahren ist.

Beim Laserauftragsschweißen folgt ein Oberflächenauftrag des Schweißwerkstoffs durch Aufschmelzen und gleichzeitiges Aufbringen des Schweißzusatzwerkstoffes, der als Pulver oder Draht bzw. Band zugeführt werden kann. Dabei erhitzt der Laser das Werkstück meist defokussiert und schmilzt es lokal auf. Gleichzeitig wird ein inertes Gas in den Bereich des Schmelzbades zugeführt, um dieses von Sauerstoff abzuschirmen. Zusammen mit dem Schmelzgas wird ein Metallpulver zugeführt, welches an der erhitzten Stelle schmilzt und sich mit dem Metall des Werkstücks verbindet. Anstelle eines Pulvers können auch ein Draht bzw. ein Band in das Schmelzbad geführt werden, wo dann der gleiche Prozess stattfindet. Das Verfahren kann automatisiert aber auch manuell ausgeführt werden.

Ein besonders geeignetes Spray-Coating- Verfahren ist das sog. Lichtbogen-Spritzen auch Lichtbogen-Drahtspritzen oder Drahtlichtbogen-Spritzen genannt. Hier wird zwischen zwei drahtförmigen Spritzwerkstoffen gleicher oder unterschiedlicher Art ein Lichtbogen gezündet. Dabei werden die Drahtspitzen abgeschmolzen und die Schmelztröpfchen werden mittels eines Zerstäubergases auf die präparierte Oberfläche (hier die Rohrinnenfläche) geblasen. Durch Verwendung eines Schutzgases wie Stickstoff oder Argon als Zerstäubergas wird eine Oxidation der Werkstoffe reduziert. Das Verfahren kann in Schichtdicken von 0,2 und 20 mm verwendet werden. Prinzipiell sind für das sog. Spray-Coating alle Spritzbeschichtungsverfahren geeignet, bei denen verflüssigte Metallwerkstoffe in hinreichender Dichte mit geringer Porosität, hoher Oberflächenqualität und geringer Rautiefe (Maß für Rauigkeit der Oberfläche) auftragbar sind.

Das angewendete Verfahren wird üblicherweise für Rohrwerkstoffe ausgeführt, bei denen der Rohrwerkstoff ein niedrig legierter Stahl wie X65 oder ähnlich ist. Der erste und/ oder zweite Schweißwerkstoff, die als Beschichtungswerkstoffe dienen, kann aus einer Fülle von Schweißwerkstoffen ausgewählt werden (z.B. Alloy 625). Dabei weisen sowohl der erste als auch der zweite Schweißwerkstoff eine gegenüber dem Rohrwerkstoff erhöhte Korrosionsbeständigkeit oder aber auch eine erhöhte mechanische Festigkeit (erhöhte Zähigkeit, Abrasionsfestigkeit) auf.

Ein Verfahren zur Herstellung einer Rohranordnung aus erfindungsgemäßen Rohrabschnitten umfasst Folgendes:

Das Bereitstellen eines ersten Rohrabschnittes der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist Das Ausführen einer Schweißvorbereitung (einer Schweißnahtvorbereitung) an einem der Endbereiche des Rohrabschnittes. Dabei wird üblicherweise am Endbereich des Rohrabschnitts außen eine Fase oder eine Ausnehmung angearbeitet (insbesondere bei dickwandigen Wandstärken des Rohrabschnitts), so dass das Schweißverfahren anschließend ausschließlich von außen ausgeführt werden kann.

Es wird ein zweiter Rohrabschnitt bereitgestellt, bei dem ebenfalls an einem Ende, das mit dem ersten Rohrabschnitt verbunden werden soll, eine entsprechende Schweißnahtvorbereitungsbearbeitung ausgeführt wurde.

Die beiden Rohrabschnitte werden mit den schweißnahtvorbereiteten Enden zusammengefügt, so dass die Rohrabschnitte konzentrisch aneinander liegen. Die beiden Rohrabschnitte werden zueinander fixiert und es wird ein Rundschweißverfahren zum Verschweißen der beiden Rohrabschnitte ausgeführt, wobei ein Zusatzwerkstoff zugeführt wird, welcher mit der ersten Beschichtung, der zweiten Beschichtung und dem Rohrwerkstoff verschmilzt. Dabei wird innen eine Nahtwurzel so ausgebildet (an der Innenseite des Rohres), dass diese im Wesentlichen den ersten und/oder zweiten Schweißwerkstoff enthält und den dritten Schweißwerkstoff (den Schweißzusatzwerkstoff), so dass die Nahtwurzel in etwa die gleichen metallurgischen Eigenschaften aufweist (hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit) wie die erste bzw. zweite Beschichtung des Rohres.

Es gibt auch verschweißbare Rohrabschnitte, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, wobei so ein Rohrabschnitt als gerader und/ oder auch als Rohrbogen ausführbar ist. Je nach Ausführung wird das Verfahren vor bzw. nach dem Biegen eines geraden Rohrabschnitts zu einem Rohrbogen ausgeführt.

Eine Rohranordnung mit mehreren Rohrabschnitten, die erfindungsgemäß verschweißt werden, kann Stück für Stück also Rohr an Rohr aufgebaut werden, bspw. beim Verlegen einer Pipeline, ohne dass nachträgliche zusätzliche Bearbeitungen der Innenoberfläche erforderlich sind. Dies ist insbesondere bei einer Offshore-Verlegungwünschenswert und ermöglicht vergleichsweise große Rohrlängen, die damit kostensparend genutzt werden können, um eine Rohranordnung aufzubauen.

Zurückkommend zu Fig. la, veranschaulicht diese einen erfindungsgemäßen Rohrabschnitt 1, der einen Innendurchmesser d aufweist, eine Wandstärke s und eine Länge L. Der Innendurchmesser D beträgt 150 bis 1150 mm, die Wandstärke S 10 bis 50 mm und die Länge L 4000 bis 13200 mm. Solche Rohre werden typischerweise im chemischen Anlagenbau und/ oder zum Transport für Erdgas oder Erdöl verwendet. Der Rohrabschnitt 1 ist mit einer ersten Beschichtung 2 versehen, die jeweils an der Innenseite 3 in den Endbereichen 4 aufgetragen ist. Die gesamte Innenseite 3 ist mit einer zweiten Beschichtung 5 versehen, die zwischen den Endbereichen 4 auf der gesamten Innenseite o- der bereichsweise auf der Innenseite aufgetragen ist. Fig. 1b zeigt das Detail A aus Fig. la, in dem eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Endbereiches 4 dargestellt ist. Fig. 1b zeigt lediglich die erste Beschichtung 2 im Endbereich 4. Im Endbereich 4 ist zusätzlich eine Fase 6 vorgesehen, die mit der ersten Beschichtung 2 aufgefüllt ist und von der Fase 2 ausgehend weiter nach innen entlang der Innenseite 3 in axialer Richtung in den Rohrabschnitt 1 hinein verläuft. Die Schichtdicke der ersten Beschichtung 2 gleicht zum einen die durch die Fase 6 gebildete Ausnehmung aus und beträgt 0,5 bis 5 mm im Bereich der ungestörten Innenseite und erstreckt sich über eine Länge 1 von 15 bis 60 mm in den Rohrabschnitt 1 hinein.

Fig. 2a zeigt das Detail A in einem fortgeschrittenen Fertigungszustand, in dem eine zweite Beschichtung 5 an der Innenseite des Rohrabschnitts 1 aufgetragen ist. Die zweite Beschichtung 5 erstreckt sich über die gesamte Innenseite 3 des Rohres oder in anderen Ausführungsbeispielen (s.u.) in ausgewählten Bereichen der Innenseite 3 der Rohrabschnitts 1. Die Schichtdicke di der ersten Beschichtung 2 in den Endbereichen 4 beträgt 1,5 bis 5 mm und die Schichtdicke dz beträgt 150 bis 1.500mm. Die erste Beschichtung 2 wird üblicherweise in einem Auftragsschweißverfahren aufgetragen und die zweite Beschichtung 5 in einem Spray-Coating- oder Spritzschweißverfahren.

Dabei kann die zweite Beschichtung 5, wie in Fig. 2a gezeigt, die erste Beschichtung 2 überdecken. Es gibt aber auch Ausführungen, bei denen die zweite Beschichtung 5 zwischen den ersten Beschichtungen 2 an den Endbereichen 4 verläuft und an diese lückenlos anstößt bzw. an den inneren Rändern mit der ersten Beschichtung 2 in den Endbereichen 4 verschmolzen ist.

Fig. 2b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die erste Beschichtung 2 im Endbereich 4 aufgetragen ist und in diesem Bereich keine Fase 6 ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt Rohrabschnitte 1, die mit ihren Endbereichen 4 zusammengefügt sind und konzentrisch ausgerichtet sind, um sie miteinander zu verschweißen. Dazu ist an der Außenseite in den Endbereichen 4 der Rohrabschnitte 1 eine Schweißnahtvorbereitung 6a ausgeführt, bei der ein Teil des Materials der Rohrabschnitte 1 abgetragen ist. So eine Schweißnahtvorbereitung kann thermisch durch Ausfugen oder mechanisch durch Anarbeiten erfolgen (Anschleifen, Anfräsen, Andrehen). Auf diese Weise können die Rohrabschnitte 1 ausschließlich von außen verschweißt werden. Dabei wird in der Regel ein Elektroschweißverfahren verwendet, bei dem ein Schweißzusatzwerkstoff zugeführt wird, welcher die Schweißnaht komplett ausbildet und die Fuge vollständig ausfüllt. Dabei verschmilzt der Schweißzusatzwerkstoff mit der ersten Beschichtung 2 und ggf. mit der zweiten Beschichtung 5 sowie mit dem Rohrwerkstoff 7. Der verwendete Schweißzusatzwerkstoff kann auf den oder die Schweißwerkstoffe der ersten und zweiten Beschichtung abgestimmt sein, so dass an der Innenseite eine Schweißnaht ausgebildet wird, die hinsichtlich ihrer metallurgischen Qualität der ersten Beschichtung 2 bzw. der zweiten Beschichtung 5 entspricht. Fig. 4 zeigt die Rohrabschnitte 1 im verschweißten Zustand. Dabei ist an der Innenseite eine Nahtwurzel 8 ausgebildet, die hinsichtlich ihrer Qualität der zweiten Beschichtung 5 bzw. der ersten Beschichtung 2 entspricht. Die Kombination einer vergleichsweise dickeren ersten Beschichtung 2 in den Endbereichen 4 mit einer vergleichsweise dünneren zweiten Beschichtung 5 im gesamten Innenbereich — also auf den Innenseiten 3 der Rohrabschnitte 1 — ermöglicht es, die Schweißnaht 9 vollständig von der Außenseite auszufuhren, da beim Aufschmelzen kein Rohrwerkstoff 7 in den Nahtbereich bzw. in die Nahtwurzel 8 gelangen kann, die ausschließlich aus dem Werkstoff der ersten Beschichtung 2, ggf. aus dem der zweiten Beschichtung 5 und aus dem Schweißzusatzwerkstoff gebildet wird, der beim Schweißen verwendet wird.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Vorrichtung zum Aufträgen der zweiten Beschichtung 5. Dabei ist in Fig. 5 ein Rohrabschnitt 1 abgebildet, der auf Antriebsrollen 9 drehbar angeordnet ist, die den Rohrabschnitt 1 in eine Drehung in Pfeilrichtung 10 versetzen können. Im Inneren ist ein Sprühkopf 11 vorgesehen, der ggf. beweglich an einem Ausleger 12 angeordnet ist, wobei der Sprühkopf 11 zusätzlich in die Pfeilrichtung 13 (verdrehbar) und 14 (auf die Rohrwand zu oder von der Rohrwand weg) beweglich ist.

Fig. 6 zeigt die Anordnung des Auslegers 12 an einem Träger 15, der mit einem Antrieb versehen ist, welcher den Träger in Pfeilrichtung 16 verfahren kann. Der Ausleger 12 bzw. der Träger 15 ist mit Steuervorrichtungen versehen, welche über Zuleitungen den Sprühkopf 11 versorgen. Dabei werden ggf. Schweißdrähte, Schutzgase und elektrische Energie über geeignete Leitungs- und Kabelpakete zugeführt.

Beim Aufträgen der zweiten Beschichtung 5 wird nun zum einen der Rohrabschnitt 1 auf den Antriebsrollen 10 in Drehung versetzt und gleichzeitig bewegt sich der Sprühkopf 11 in Pfeilrichtung 16 von einem Endbereich 4 zum anderen Endbereich 4 durch den gesamten Rohrabschnitt. Dabei wird im Normalfall die zweite Beschichtung 5 spiralförmig auf der Innenseite 3 des Rohrabschnitts aufgetragen. Durch Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeiten (Drehung des Rohrabschnitts und Verfahrgeschwindigkeit des Auslegers 12) sowie durch Steuerung der Schweißparameter (Stromspannung, Stromstärke, Drahtvorschub, Drahtdicke) kann die Auftragsgeschwindigkeit und die Auftragsstärke nicht nur global, sondern auch lokal gesteuert und geregelt werden.

Dazu kann zusätzlich entweder am Sprühkopf 11 selber oder im Bereich, in dem die zweite Beschichtung 5 aufgetragen wird, eine Schichtstärkenmessvorrichtung angeordnet sein, welche die Auftragsdicke der zweiten Beschichtung 5 überwacht und ein entsprechendes Signal an eine Steuerung übermittelt, welche den Schweißvorgang vollständig steuert und/ oder regelt. Auf diese Weise ist es möglich, eine sehr gleichförmige zweite Beschichtung 5 aufzutragen. Es ist aber auch möglich, lokal die Dicke der zweiten Beschichtung 5 zu variieren. Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Rohranordnung 100, bei der einer der Rohrabschnite 1 als Rohrbogen 17 ausgebildet ist, bei dem die Schichtdicke der zweiten Beschichtung 5 in einem Bereich 50 an der Außenseite des Rohrbogens 17 höher ist als an der Innenseite. Damit kann sichergestellt werden, dass bei einer abrasiven Belastung durch das durchströmende Medium 18 (durch Pfeile angedeutet) eine Verschleißzugabe an der Außenseite des Rohrbogens 17 berücksichtigt werden kann.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der ein Rohrabschnits 1 bzw. einer Rohranordnung 100, bei dem/ der ein nur ein Bereich 5a mit der zweiten Beschichtung 5 versehen ist, der von einem Flüssigkeitsspiegel ausgefüllt ist. Dabei kann der obere Bereich, der von einer bspw. aggressiven Flüssigkeit gar nicht benetzt wird, unbeschichtet bleiben und das relativ teure Beschichtungsmaterial gespart werden. So eine Ausführung bietet sich bspw. für Förderrohre aggressiver Medien 18 an, bei denen die Rohranordnung nie vollständig gefüllt ist, sondern nur bis zu einem bestimmten Spiegel 19.

Es gibt auch Medien, bei denen die korrosive Aktivität nur im Bereich des Flüssigkeitsspiegels 19 vorhanden ist. Für so ein Medium genügt es bspw. nur einen B es chichtungs streifen 5b der zweiten Beschichtung 5 im Bereich des Spiegels 19‘ vorzusehen (s. rechte Seite der Fig. 9).

Fig. 9 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung der oben beschriebenen Rohrabschnite bzw. zur Vorbereitung einer aus solchen Rohrabschniten 1 gebildeten Rohranordnung. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

5101 Bereitstellen eines Rohrabschnitts

5102 Aufbringen einer ersten Beschichtung aus einem ersten Schweißwerkstoff in einem Endbereich einer Innenfläche des Rohrabschnitts mittels eines ersten Auftragsschweißverfahrens

S 103 Aufbringen einer zweiten Beschichtung aus einem zweiten Schweißwerkstoff auf einem Bereich der Innenfläche des Rohres zwischen den Endbereichen mitels eines zweiten Auftragsschweißverfahrens, wobei die zweite Beschichtung die erste Beschichtung abdeckt und/oder die Schichtdicke der ersten Beschichtung höher ist als die der zweiten Beschichtung.

Der Schrit S102 kann optional die Schrite umfassen:

S 104 Anarbeiten einer Fase an einer Innenkante des Endbereichs und

S 105 Auffüllen der Fase mit dem ersten Schweißwerkstoff.

Der Schrit S103 kann optional die Schrite umfassen:

S 106 Oberflächenbehandlung der Rohrinnenfläche S 107 Ausführen einer Relativbewegung zwischen der Innenfläche und einer Auftragsdüse einer Auftragsschweißanordnung zur Durchführung des zweiten Auftragsschweißverfahrens,

S 108 Steuern der Relativbewegung mittels einer Steuerungsvorrichtung,

S 108a Ausführen der Relativbewegung in einer ersten Richtung mittels einer Rotation des Rohrabschnitts,

S 108b Ausführen der Relativbewegung in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung mittels einer Transversalbewegung der Auftragsdüse,

S 109 Steuern einer Auftragsdicke durch Steuerung von Schweiß- und/ oder Bewegungsparametern,

S 109a Kontrollieren der Auftragsschichtdicke mittels einer Schichtdicken-Messvorrichtung.

Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rohranordnung umfasst die Schritte:

S 201 Bereitstellen eines ersten erfindungsgemäßen Rohrabschnitts,

5202 Ausführen einer Schweißvorbereitungsbearbeitung an einem der Endbereiche des ersten Rohrabschnitts

5203 Bereitstellen eines zweiten erfindungsgemäßen Rohrabschnitts und Ausführen einer Schweißnahtvorbereitungsbearbeitung an einem Endbereich des zweiten Rohrabschnitts

S 204 Zusammenfügen der beiden Rohrabschnitte, wobei die schweißnahtvorbereiteten Enden des Rohr ab Schnitts konzentrisch aneinander liegen

S 205 Fixieren der beiden Rohrabschnitte zueinander

S 206 Ausführen eines Rundschweißverfahrens zum Verschweißen der beiden Rohrabschnitte miteinander, wobei ein Zusatzwerkstoff zugeführt wird, welcher mit der ersten Beschichtung, der zweiten Beschichtung und dem Rohwerkstoff verschmilzt, wobei eine Nahtwurzel derart ausgebildet ist, dass sie den ersten und zweiten Schweißwerkstoff enthält und gegebenenfalls den dritten Schweißzusatzwerkstoff. Bezugszeichenliste

1 Rohrabschnitt la Rohrbogen

2 erste Beschichtung

3 Innenseite, Innenflächen

4 Endbereich

5 zweite Beschichtung

5a Bereich

5b Streifen

6 Fase

6a Schweißnahtvorbereitung

7 Rohrwerkstoff

8 Nahtwurzel

9 Antriebsrollen

10 Pfeilrichtung (Rotation)

11 Sprühkopf, Auftragsdüse

12 Ausleger

13 Pfeilrichtung

14 Pfeilrichtung

15 Träger

16 Pfeilrichtung

17 Rohrbogen

18 Medium

19 Spiegel

100 Auftragsschweißanordnung

110 Schichtdickenmessvorrichtung

120 Rohranordnung di Schichtdicke, erste Beschichtung dz Schichtdicke, zweite Beschichtung