VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON WARMGEFERTIGTEN NAHTLOSEN ROHREN MIT OPTIMIERTEN ERMÜDUNGSEIGENSCHAFTEN IM VERSCHWEISSTEN ZUSTAND

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung warmgefertigter nahtloser Rohre mit optimierten Ermüdungseigenschaften im verschweißten Zustand gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Verschiedene Verfahren zur Herstellung nahtloser Rohre werden beispielsweise im Stahlrohr Handbuch (Vulkan-Verlag, Essen, 12. Auflage 1995, S. 97 - 101) beschrieben.

[0003] Auch aus der gattungsgemäßen DE 10.2004 059 091 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren bekannt, wobei in einem ersten Schritt am Rohrende bei gleichem Außendurchmesser eine größere Wanddicke erzeugt wird, die dann in einem zweiten Schritt mechanisch auf einen nahezu kreisrunden Innenumfang mit definierten Innendurchmesser abgearbeitet wird.

[0004] Nach diesen Verfahren erzeugte Rohre werden beispielsweise in der Öl- oder Gasfördertechnik verwendet, wobei die einzelnen Rohrabschnitte durch eine Verbindungsnaht zu einem Endlosstrang verschweißt werden.

[0005] Bei der Herstellung der Rohrverbindung ist eine exakt zueinander passende Geometrie der zu verschweißenden Rohrenden mit engen Toleranzen eine unbedingte Voraussetzung, um eine hohe Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung im Betriebszustand der Rohrleitung zu erreichen. Zur Vermeidung von geometrischen Kerben ist insbesondere darauf zu achten, dass kein Kantenversatz der zu verschweißenden Rohrenden entsteht.

[0006] Die exakte Geometrie und engen Toleranzen der zu verschweißenden Rohrenden sind nicht nur für die Erfüllung der hohen Anforderungen an die Ermüdungsfestigkeit wichtig sondern auch für die Herstellungskosten der Schweißverbindung.

[0007] Nur wenn eine exakte Fluchtung der zu verschweißenden Rohrenden in engen Toleranzen realisiert wird, kann die Schweißverbindung kostengünstig und effizient, z. B. durch automatisiertes Schweißen, hergestellt und eine hohe Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung sichergestellt werden. Auch ein möglichst störungsfreier Medienfluss durch die Rohrleitung ist ebenfalls nur dann gewährleistet.

[0008] Herstellungsbedingt können die Toleranzen warmgewalzter nahtloser Rohre aber nicht sicher in einem für eine effiziente Herstellung der Verbindungsschweißung erforderlichen engen Rahmen gehalten werden. Hinzu kommt, dass geringfügige Wanddickenschwankungen und Ovalitäten beim Rohrdurchmesser auftreten.

[0009] Dies macht es erforderlich, die zu verschweißenden Enden von Rohren entsprechend ihrer Geometrie auszuwählen und zuzuordnen. Für diese gezielte Zuordnung ist deshalb bislang eine entsprechende Vermessung der Rohrenden unverzichtbar.

[0010] Aus der WO 2005/031249 ist eine Vorrichtung bekannt, die die innere und äußere Geometrie von Rohrenden vermisst und so eine gezielte Auswahl von zueinander exakt passenden Rohrenden ermöglicht.

[0011] Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist, dass eine aufwändige Logistik für Lagerung und Transport der Rohre erforderlich ist, damit für einen möglichst störungsfreien Fertigungsablauf immer die von der Geometrie her zueinander passenden Rohre zur Verfügung stehen. Ein weiterer Nachteil ist die Unflexibilität im Fertigungsablauf bei auftretenden Störungen, z. B. wenn ein an ein Leitungsrohrende anzuschweißendes Rohr nicht mit der passenden Geometrie zur Verfügung steht.

[0012] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Herstellung warmgewalzter nahtloser Rohre anzugeben, mit dem Rohrenden von gleichmäßiger und exakter Geometrie erzeugt werden, die ein effizientes Verschweißen ohne eine vorherige Vermessung und gezielte Zuordnung der Rohrenden ermöglicht und mit dem gleichzeitig eine hohe Ermüdungsfestigkeit der Schweißverbindung erreicht wird.

[0013] Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0014] Nach der Lehre der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren verwendet, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem ersten Schritt am betreffenden Rohrende in einem Bereich eine größere Wanddicke erzeugt wird als am übrigen Rohrkörper, wobei die Wandverdickung des betreffenden Rohrendenbereiches durch ein Stauchen des Rohrendes erzeugt wird, wobei die beim Stauchen am Außen- und Innenumfang erzeugten Übergänge zum Rohrkörper bezogen auf die Rohrlängsachse versetzt angeordnet sind und in einem zweiten Schritt in diesem Bereich durch mechanische Bearbeitung der geforderte Rohrquerschnitt hergestellt und der Übergang vom bearbeiteten zum unbearbeiteten Bereich des Rohres absatzfrei, mit einem so großen Radius oder Radiuskombinationen versehen wird, dass sich ein fließender und kerbfreier Übergang ergibt und die Fertigkontur im ursprünglich verdickten Endbereich des Rohres einen Außendurchmesser aufweist, der dem Ursprungsdurchmesser des Rohres entspricht.

[0015] Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Rohrenden jetzt mit einer reproduzierbaren den Kundenanforderungen entsprechenden Geometrie erzeugt werden, die ein Aneinanderschweißen ohne vorherige Vermessung und Zuordnung ermöglicht. Der logistische Aufwand für Lagerung und Transport der Rohre wird minimiert, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt.

[0016] Gleichzeitig werden durch die mechanische Bearbeitung die Toleranzen der Rohrendengeometrie in sehr engen Grenzen gehalten, was zu optimalen Schweißbedingungen führt und eine effiziente Herstellung der Rohrverbindung, z. B. durch automatisierte Schweißverfahren, ermöglicht. Zudem wird eine hohe Ermüdungsfestigkeit der Rohrverbindung aufgrund weitgehender Kerbfreiheit durch geringe Oberflächenrauhigkeit gewährleistet.

[0017] Günstig für einen störungsarmen Medienfluss im späteren Verbindungsbereich des Rohres ist in Rohrlängsrichtung ein absatzfreier Übergang vom verdickten Rohrende zum nicht verdickten Rohrbereich. Erfindungsgemäß wird dazu am Übergang vom bearbeiteten zum nicht bearbeiteten Rohrende ein möglichst großer Radius bzw. Radien vorgesehen.

[0018] Vorteilhaft wird die Wandverdickung so groß gewählt, dass die aufgrund der Rohrtoleranzen vorhandenen Maßabweichungen, insbesondere bezüglich der Rundheit bzw. Ovalität, durch die nachfolgende mechanische Bearbeitung ohne Unterschreitung der Nennwanddicke nahezu vollständig ausgeglichen werden können.

[0019] Zur Sicherstellung eines ausreichenden Bearbeitungsspielraumes hat es sich deshalb als günstig herausgestellt, eine Wandverdickung von mindestens 3 mm zur Rohraußenseite und/oder zur Rohrinnenseite auf einer Länge von mindestens 100 mm, ausgehend von der Stirnseite des Rohres, vorzusehen.

[0020] Bei Bedarf kann die Wandverdickung jedoch auch größer oder kleiner sein und sich über kürzere oder längere Abschnitte erstrecken.

[0021] Andererseits sollte die Wandverdickung und deren Längserstreckung sowohl aus fertigungstechnischen wie auch aus Kostengründen auf ein für die Bearbeitung notwendiges Maß beschränkt werden.

[0022] Die mechanische Bearbeitung der Wandverdickung kann beispielsweise durch Ausdrehen erfolgen, wobei eine sehr geringe Ovalität bei ebenfalls sehr geringen Durchmessertoleranzen und sehr geringer Oberflächenrauhigkeit erreicht werden kann.

[0023] Als vorteilhaft hat sich zur Sicherstellung einer qualitativ einwandfreien Verschweißung der Rohrenden eine Bearbeitungslänge ausgehend von der Stirnseite des Rohres von mindestens 100 mm bewährt.

[0024] Im Bedarfsfall kann vor der Verschweißung der Rohrenden ein in die bearbeiteten Bereiche der beiden Rohrenden hinein ragender Zentrierring eingesetzt werden, um ein optimales Fluchten der Rohrenden für eine automatisierte Schweißung zu gewährleisten.

[0025] Erfindungsgemäß wird die Wandverdickung durch ein Aufstauchen, insbesondere durch Warmstauchen des Rohrendes erzeugt.

[0026] Der Stauchvorgang wird dabei vorteilhaft so ausgeführt, dass die beim Stauchen am Außen-und Innenumfang erzeugten Übergänge zum Rohrkörper bezogen auf die Rohrlängsachse versetzt angeordnet sind. Umfangreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass sich diese versetzte Anordnung der Übergänge in der Rohrlängsachse sowie die Positionierung der Radien in unterschiedlichen Rohrquerschnittsebenen bei der mechanischen Bearbeitung positiv auf die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung im Betriebszustand auswirken. Vorteilhaft werden dazu diese Übergänge bei der mechanischen Bearbeitung der Wandverdickung mit einem möglichst großen Radius oder Radienkombinationen versehen. Diese gewährleisten durch ihre Lage in unterschiedlichen Querschnittsebenen das Einhalten einer vorgegebenen minimalen Wandstärke und führen zu einem möglichst fließenden und kerbfreien Übergang zum nicht verdickten Bereich des Rohres. Hierdurch wird vorteilhaft in der Übergangszone ein niedriger Spannungskonzentrationsfaktor gewährleistet.

[0027] Bei dem vorgenannten Verfahren wird die Erzeugung der Wandverdickung vollständig vom Walzprozess abgekoppelt was den Vorteil hat, dass Rohre, z. B. Lagerrohre, die ursprünglich nicht für den beschriebenen Einsatzzweck vorgesehen waren, nachträglich mit einer Wandverdickung und einer entsprechenden mechanischen Bearbeitung versehen werden können.

[0028] Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele.

[0029] Es zeigen:

Figur 1

eine durch Aufstauchen erzeugte Wandverdickung an einem Rohrende,

Figur 2

eine erfindungsgemäße Rohrendenausbildung im bearbeiteten Zustand.

[0030] In Figur 1 ist ausschnittsweise im Längsschnitt ein erfindungsgemäß erzeugtes Rohr mit einer Wandverdickung zur Rohraußen- und -innenseite am Rohrende nach dem Aufstauchen dargestellt.

[0031] Das Rohr 1 weist im Endbereich eine in einem Warmumformschritt erzeugte Wandverdickung 3 auf, die mit einem Übergangsbereich 4, 4' in den Ausgangsquerschnitt 2 des Rohres 1 übergeht.

[0032] Die Wandverdickung 3 ist in diesem Beispiel so ausgeführt, dass der Außendurchmesser des Rohres 1 vergrößert und der Innendurchmesser verkleinert ist.

[0033] Erfindungsgemäß wird der Stauchvorgang dabei so ausgeführt, dass der beim Stauchen am Außenumfang erzeugte Übergangsbereich 4 und der am Innenumfang erzeugte Übergangsbereich 4' zum Rohrkörper bezogen auf die Rohrlängsachse versetzt angeordnet sind.

[0034] Der durch den Stauchvorgang erzeugte Übergangsbereich 4 weist am Außenumfang des Rohres 1 Absätze 5 und 6 und der Übergangsbereich 4' am Innenumfang Absätze 7 und 8 auf.

[0035] Figur 2 zeigt den durch mechanische Bearbeitung hergestellten Fertigzustand des Endbereiches des Rohres 1.

[0036] Die Fertigkontur des mechanisch bearbeiteten Rohres 1 weist im ursprünglich verdickten Endbereich des Rohres 1 einen Außendurchmesser auf, der dem Ursprungsdurchmesser des Rohres 1 entspricht. Der Übergangsbereich 4 ist mit einem großen Radius 9 versehen, der durch einen fließenden, absatzfreien Übergang zusammen mit einer sehr geringen Oberflächenrauhigkeit im bearbeiteten Bereich, eine weitgehende Kerbfreiheit gewährleistet.

[0037] Um die geforderte Mindestwanddicke des Rohres 1 im Bereich des Übergangsbereiches 4 nicht zu unterschreiten, ist der Innenumfang des verdickten Rohrendes nicht bis auf den Ursprungsinnendurchmesser abgearbeitet, sondern es verbleibt eine geringe Wandverdickung 11, von der ausgehend der Übergangsbereich 4' ebenfalls mit einem großen Radius 10 versehen ist, der fließend und absatzfrei in den Ausgangsquerschnitt 2 des Rohres 1 übergeht.

[0038] Erfindungsgemäß sind die Radien 9 und10 in unterschiedlichen Rohrquerschnittsebenen positioniert, was sich positiv auf die Ermüdungsfestigkeit der Verbindung im Betriebszustand auswirkt.

[0039] Durch diese Anordnung ist einerseits gewährleistet, dass die geforderte Mindestwanddicke nicht unterschritten wird, andererseits kann nur auf diese Weise ein möglichst kerbfreier Übergang 4' zum Ausgangsquerschnitt 2 des Rohres 1 realisiert werden.

Bezugszeichenliste

[0040] 

Nr.	Bezeichnung
1	Rohr
2	Ausgangsquerschnitt
3	Wandverdickung
4, 4'	Übergangsbereich
5,6	Absatz Übergangsbereich außen
7, 8	Absatz Übergangsbereich innen
9	Radius Übergangsbereich außen
10	Radius Übergangsbereich innen
11	Wandverdickung Rohrinnenseite

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von warmgefertigten, insbesondere warmgewalzten, nahtlosen Rohren mit optimierten Ermüdungseigenschaften im verschweißten Zustand mit einem Außendurchmesser bis 711 mm und einer Nennwanddicke bis 100 mm aus Metall, insbesondere Stahl, wobei nach dem Warm- oder Fertigwalzen mindestens an einem Rohrende über eine festgelegte Länge ein mit engen Toleranzen für Innen- und Außendurchmesser versehener definierter Rohrquerschnitt erzeugt wird
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem ersten Schritt am betreffenden Rohrende in einem Bereich eine größere Wanddicke erzeugt wird als am übrigen Rohrkörper (1), wobei die Wandverdickung des betreffenden Rohrendenbereiches durch ein Stauchen des Rohrendes erzeugt wird, wobei die beim Stauchen am Außen- und Innenumfang erzeugten Übergänge (4;5,6;7,8) zum Rohrkörper (1) bezogen auf die Rohrlängsachse versetzt angeordnet sind und in einem zweiten Schritt in diesem Bereich durch mechanische Bearbeitung der geforderte Rohrquerschnitt hergestellt und der Übergang (4) vom bearbeiteten zum unbearbeiteten Bereich des Rohres absatzfrei, mit einem so großen Radius (9,10) oder Radiuskombinationen versehen wird, dass sich ein fließender und kerbfreier Übergang ergibt und die Fertigkontur im ursprünglich verdickten Endbereich des Rohres (1) einen Außendurchmesser aufweist, der dem Ursprungsdurchmesser des Rohres entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stauchen ein Warmstauchen ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 2
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandverdickung (3) mindestens 3 mm beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandverdickung (3) ausgehend von der Stirnseite sich in Rohrlängsrichtung auf einer Länge von mindestens 100 mm erstreckt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4
dadurch gekennzeichnet,
dass in Rohrlängsrichtung am Außen- und/oder Innenumfang ein absatzfreier Übergang (4) vom verdickten Rohrende zum nicht verdickten Rohrbereich erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet,
dass der Übergang (4) mit mindestens je einem Radius am Außen- und Innendurchmesser versehen wird, der in unterschiedlichen Querschnittsebenen liegt.

Claims

1. A method for producing hot-manufactured, in particular hot-rolled, seamless pipes with optimised fatigue properties in the welded state with an external diameter of up to 711 mm and a nominal wall thickness of up to 100 mm from metal, in particular steel, wherein after the hot-rolling or finish-rolling a defined pipe cross-section provided with narrow tolerances for internal and external diameters is produced at least at one pipe end over a fixed length, characterised in that
in a first step, a greater wall thickness is produced on the pipe end in question in one region than on the rest of the pipe body (1), the wall thickening of the pipe end region in question being produced by upsetting the pipe end, the transitions (4; 5, 6; 7, 8) to the pipe body (1) which are produced on the external and internal periphery upon upsetting being arranged offset relative to the longitudinal pipe axis, and in a second step the required pipe cross-section is produced in this region by machining and the transition (4) from the machined to the non-machined region of the pipe is provided step-free, with such a large radius (9, 10) or radius combinations that a flowing, notch-free transition is yielded and the finished contour in the originally thickened end region of the pipe (1) has an external diameter which corresponds to the original diameter of the pipe.

2. A method according to Claim 1, characterised in that the upsetting is hot upsetting.

3. A method according to one of Claims 1 - 2, characterised in that the wall thickening (3) is at least 3 mm.

4. A method according to one of Claims 1 - 3, characterised in that the wall thickening (3) extends in the longitudinal direction of the pipe over a length of at least 100 mm, starting from the end face.

5. A method according to one of Claims 1 - 4, characterised in that a step-free transition (4) from the thickened pipe end to the non-thickened pipe region is produced in the longitudinal direction of the pipe on the external and/or internal periphery.

6. A method according to Claim 5, characterised in that the transition (4) is provided on the external and internal diameter with at least one radius in each case which lies in different cross-sectional planes.

Revendications

1. Procédé de fabrication de tubes sans soudure fabriqués à chaud, en particulier laminés à chaud, avec des propriétés de fatigue optimisées à l'état soudé, avec un diamètre externe jusqu'à 711 mm et une épaisseur de paroi nominale jusqu'à 100 mm, en métal, en particulier en acier, dans lequel, après laminage à chaud ou laminage de finition au moins à une extrémité du tube sur une longueur déterminée, une section transversale définie du tube avec des tolérances étroites pour les diamètres intérieur et extérieur est produite. caractérisé en ce que,
dans une première étape, on produit à l'extrémité concernée du tube, dans une zone, un épaisseur de paroi plus grande que sur le restant du corps de tube (1), dans lequel l'épaississement de paroi de la zone d'extrémité du tube concernée est produit par refoulement de l'extrémité du tube, dans lequel les transitions (4 ; 5, 6 ; 7, 8) avec le corps de tube (1) produites lors du refoulement sur les périphéries externe et interne sont décalées par rapport à l'axe longitudinal du tube et, dans une seconde étape, dans cette zone, sont fabriquées par façonnage mécanique de la section transversale requise du tube et la transition (4) en continu de la zone façonnée à la zone non façonnée du tube est pourvue d'un rayon (9, 10) assez grand ou d'une combinaison de rayons tel(le) que l'on obtienne une transition fluide et sans entailles et que le contour fini présente dans la zone d'extrémité du tube (1) initialement épaissie un diamètre externe qui corresponde au diamètre initial du tube.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refoulement est un refoulement à chaud.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2,
caractérisé en ce que
l'épaississement de paroi (3) atteint au moins 3 mm.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
l'épaississement de paroi (3) partant du côté frontal s'étend dans la direction longitudinale du tube sur une longueur d'au moins 100 mm.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que,
dans la direction longitudinale du tube, sur la périphérie externe et/ou interne, une transition continue (4) est produite de l'extrémité épaissie du tube à la zone du tube non épaissie.

6. Procédé selon la revendication 5,
caractérisé en ce que la transition (4) est pourvue d'au moins respectivement un rayon sur les diamètres externe et interne qui se trouve dans des différents plans de section transversale.

Zeichnung