DE1944587B2

DE1944587B2 - Grossrohr mit schraubengangfoermig gewickelter mehrschich tiger wandlung und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE1944587B2
Application number: DE19691944587
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Born; Kurt-Walter Dipl-Ing Neuhoff; Karl-Friedrich Wesemann
Original assignee: Mannesmannroehren Werke AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1971-02-25
Also published as: GB1263420A; DE1944587A1; US3746050A; FR2060672A5; JPS512070B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Großrohr mit schrauben- Erdgas od. dgl. in Gebieten mit entsprechendem gangförmig gewickelter, mehrschichtiger Wandung Klima, insbesondere in arktischen Gebieten,

über 6 mm aus Stahl, der bei den gegebenen Ab- Erfindungsgemäß sind bei einem Großrohr der

messungen für Wandstärke und Durchmesser unter obigen Art die Schichten der Wandung an ihren über-

dem Einfluß großer Kälte (in Leitungen für Erdgas 5 einanderliegenden Rändern in schmalen Streifen mit-

od. dgl. in arktischen Gebieten) sprödbruchanfällig ist. einander verschweißt, wobei die schraubengang-Unter Großrohr werden dabei Rohre mit einem förmigen Windungen der mehrschichtigen Wandung

Durchmesser von mindestens 1 Meter verstanden, durch eine von der äußeren zur inneren Schicht

während die bevorzugten Durchmesser im Bereich durchgehende gemeinsame Schweißnaht verbunden

von 2 bis 2,5 Meter liegen und die größten zu ver- io sind.

langenden Durchmesser bei etwa 4 Meter liegen Es ist zweckmäßig, die Rohre im unteren Wanddürften. Die geringste Wandstärke dürfte in der Stärkenbereich aus mindestens 3 Lagen und im mitt-Größenordnung von 6 bis 10 mm für die kleinsten leren Bereich aus 4 bis 5 Lagen bestehen zu lassen. Durchmesser und in der Größenordnung von 20 bis Als Werkstoff kommen in erster Linie gut schweiß-25 TTiTTi bei den bevorzugten Durchmessern liegen. 15 bare Stähle in Frage. Es können unlegierte Stähle ver-Die durchschnittliche Wandstärke steigt demnach mit wendet werden; vorzugsweise sollen jedoch niedrigwachsendem Durchmesser, legierte hochfeste Stähle zur Verwendung kommen,

Weiterhin betrifft-die Erfindung ein Verfahren zur die bis zu 2 % Mangan und höchstens jeweils maxi-

Herstellung solcher Rohre. mal 1 % weiterer Legierungselemente enthalten, dar-

Es ist eine bekannte Tatsache, daß Rohrleitungen, 20 unter insbesondere geringe Gehalte an Nitrid- und die sehr tiefen Temperaturen ausgesetzt sind, durch Karbidbildnern, wie Tantal, Niob, Vanadin oder Sprödbrüche besonders gefährdet sind. Bei Rohren Titan, wobei der Gehalt an diesen Elementen im allmit großer Wandstärke, beispielsweise 20 bis 25 mm, gemeinen insgesamt 0,2 % nicht überschreiten soll, muß die Sprödbruchempfindlichkeit besonders stark Beispielsweise ist ein Stahl mit maximal 0,25 % berücksichtigt werden. Der Grund dafür ist darin zu 25 Kohlenstoff, 1,6 % Mangan und insgesamt 0,15 % suchen, daß bei relativ dickwandigen Rohren infolge Vanadin, Titan und Niob für die erfindungsgemäßen des Innendrucks sich in der Rohrwand ein drei- Rohre besonders geeignet. Es ist aus wirtschaftlichen achsiger Spannungszustand ausbildet, der die Ent- und technischen Rücksichten zweckmäßig, alle Lagen stehung von Sprödbrüchen begünstigt. Bei dünn- eines Rohres aus demselben oder gleichartigem Werkwandigen Rohren ist dagegen der Spannungszustand 30 stoff bestehen zu lassen.

im wesentlichen zweiachsig. Die besondere Gefahr Bei den erfindungsgemäßen Rohren ist die Spröd-

bei Sprödbrüchen liegt darin, daß sich ein Riß, der bruchgefahr praktisch auf die Hauptschweißnaht und

an irgendeiner Stell? der Rohrleitung entsteht, mit die schmalen verschweißten Streifen beiderseits der

beträchtlicher Geschwindigkeit über weite Strecken Hauptschweißnaht beschränkt. Diese Streifen machen

auf der Rohrleitung tortpflanzen kann. Es sind Fälle 35 nur einen sehr geringen Teil der Gesamtwand des

bekanntgeworden, bei denen auf diese Weise Leitun- Rohres aus. Es ergibt sich zudem die Möglichkeit,

gen von mehreren Kilometern Länge in wenigen einen in der Schweißzone entstehenden Riß längen-

Sekunden zerstört wurden. Man kann zwar versuchen, mäßig zu begrenzen, indem man in an sich bekannter

die Sprödbruchgefahr durch die Wahl sprödbruch- Weise an der Stoßnaht zwischen zwei benachbarten

unempfindlicher Stähle herabzusetzen. Eine völlige 40 Rohren der Leitung die Schraubennähte dieser Rohre

Ausschaltung der Sprödbrüche ist jedoch auf diese zueinander versetzt anordnet, so daß der Riß nur

Weise nicht möglich-, abgesehen davon, daß Stähle bis an diese Randschweißnaht weiterlaufen kann, wo

mit verringerter Sprödbruchneigung einen erhöhten er auf die mehrlagige Wand des Nachbarrohres trifft,

Aufwand, z. B. in legierungstechnischer Hinsicht, er- die er nicht zerstören kann.

fordern, welcher so hoch sein kann, daß die Wirt- 45 Zur Erfindung gehört auch das nachfolgende Ver-

schaftiichkeit nicht oder kaum noch vorhanden ist. fahren zur Herstellung eines Großrohres mit

Zur Herabsetzung der Nachteile großer Wand- Schraubennaht der vorher genannten Art.

stärken bei derartigen Großrohren ist es bereits be- Erfindungsgemäß werden dabei Bänder gleicher

kannt, das Großrohr aus mehreren schraubengang- Breite mit ihren Längskanten bündig aufeinander-

förmig gewickelten' Schichten aufzubauen (USA.- 50 gelegt und im Bereich schmaler Längsrandstreifen

Patentschrift 2 652 943). Bei diesem bekannten aufeinandergeschweißt. Darauf werden diese Kanten

Großrohr sind die schraubengangförmigen Schweiß- für die Schraubennahtschweißung vorbereitet, ins-

nähte der einzelnen Schichten zueinander versetzt. besondere mit Schweißfasen versehen, und schließ-

Die Herstellung eines solchen Großrohres ist ver- lieh das so hergestellte mehrlagige Band in bekannter

hältnismäßig aufwendig. 55 Weise schraubenartig gewickelt und die Kanten

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Großrohr zu nebeneinanderliegender Windungen auf der ganzen finden, bei dem die Sprödbruchgefahr trotz Verwen- Dicke fortlaufend miteinander verschweißt,
dung sprödbruchempfindlicher Stähle weitgehend Bei der Herstellung von viertägigen Schraubenherabgesetzt oder beseitigt ist, welches sich aber nahtrohren kann vorteilhaft so vorgegangen werden, außerdem auf eine dem modernen Standard der Rohr- 60 daß zum Verschweißen der Wandschichten miteinfertigung in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht ander zunächst zwei Ränder mit ihren Längskanten entsprechenden Weise herstellen läßt. Die Lösung bündig aufeinandergelegt und im Bereich schmaler dieser Aufgabe schließt somit auch ein Verfahren zur Längsrandstreifen aufeinandergeschweißt werden, Herstellung der Rohre ein. worauf das so gebildete zweilagige Band mit einem

Da die Sprödbruchempfindlichkeit sich insbeson- 65 ebenso herzustellenden weiteren zweilagigen Band dere unter dem Einfluß großer Kälte schädlich aus- bündig aufeinandergelegt wird und die beiden zweiwirkt, eignen sich Rohre mit verminderter Spröd- lagigen Bänder im Bereich schmaler Längsrandbruchempfindlichkeit insbesondere für Leitungen für streifen aufeinandergeschweißt werden. Dieses Ver-

fahren kann bei der Herstellung von vierlagigen Schraubennahtrohren auch so durchgeführt werden, daß zunächst zwei Bänder mit ihren Längskanten bündig aufeinandergelegt und im Bereich schmaler Längsrandstreifen aufeinandergeschweißt werden und daß auf das so gebildete zweilagige Band auf der einen Seite und auf der anderen Seite je ein weiteres einlagiges Band aufgelegt und im Bereich schmaler Längsrandstreifen aufgeschweißt wird. Sinngemäß werden die Schweißen in den schmalen Längsrandstreifen bei dreilagigen Bändern oder bei Bändern mit mehr als 4 Lagen gelegt. Das gesamte Verfahren von bündigem Aufeinanderlegen der Bänder bis zum Legen der gemeinsamen schraubenförmigen Naht wird zweckmäßig in kontinuierlicher Arbeitsweise durchgeführt.

Die Längsrandstreifen werden mit Vorteil nach dem Verschweißen spannungsfrei geglüht, vorzugsweise induktiv. Es ist weiter zweckmäßig, nach dem Zerteilen des endlos hergestellten Schraubennahtrohres die Lagen der Rohrwand an den Enden mit-■ einander zu verschweißen und mit einer Schweißfase für die Schweißung der Rundnaht auf der Baustelle zu versehen.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 14 der Zeichnung als Beispiel die Herstellung eines vierlagigen Schraubennahtrohres gemäß der Erfindung beschrieben.

In den Figuren sind die Bandlagen mit 1, die durchgehende gemeinsame Schweißnaht mit 2 und die entlang dieser Hauptschweißnaht verlaufenden schmalen Schweißen mit 3 bezeichnet.

Am Anfang einer kontinuierlichen Fertigungsstraße werden gleichzeitig vier Bänder 1 von Wickeln abgezogen. Zur Aufrechterhaltung der kontinuierliehen Arbeitsweise werden weitere Wickel bereitgehalten, so daß jeweils an das Ende eines abgerollten Wickels in bekannter Weise der Anfang des nächsten Wickels angeschweißt werden kann. Entsprechende Einrichtungen zum Bearbeiten und zum Verschweißen der Endkanten sind vorgesehen, ebenso die erforderlichen Speicherzonen in Gestalt von Schlaufen. Die Führungsbahnen für die einzelnen Bänder sind übereinander angeordnet. Jedes Band durchläuft zunächst eine Grobrichtstrecke, eine Längskantenbesäumschere, eine Entzunderungsvorrichtung und eine Feinrichtstrecke. Anschließend werden die Bänder paarweise zusammengeführt, so daß nunmehr je zwei Bänder aufeinanderliegen. Anschließend durchlaufen die beiden doppellagigen Adern je eine Rollennahtschweißmaschine (Fig. 2), in der die aufeinanderliegenden Bänder im Bereich schmaler Längsrandstreifen 3 verschweißt werden. Hinter der Schweißeinrichtung werden zunächst die verschweißten Randstreifen 3 von Zunder befreit, und anschließend werden die beiden Adern zusammengeführt, so daß nunmehr alle vier ursprünglichen Bänder in Gestalt zweier doppellagiger Bänder aufeinanderliegen. Dann schließt sich ein Durchlauf durch eine weitere Schweißmaschine an, in der, wie Fig. 3 veranschaulicht, die beiden doppellagigen Bänder durch Verschweißen der Längsrandstreifen zu einem vierlagigen Band vereinigt werden. Die Führung der vier Bänder bis zu ihrer Vereinigung ist in F i g. 4 schematisch dargestellt.

Es ist auch möglich, abweichend von der bisher beschriebenen Verfahrensweise, ein viertägiges Band in der Weise herzustellen, daß von den vier übereinander zugeführten Einzelbändern 1 zunächst die beiden mittleren Bänder vereinigt und dann anschließend die beiden äußeren Bänder hintereinander mit dem so gebildeten Doppellagenband verschweißt werden. Gemäß F i g. 5 a und 5 b wird beispielsweise auf ein Doppellagenband zuerst von oben (5 a) und dann von unten (5 b) je ein weiteres Einzelband aufgeschweißt. Für diesen Fall ist die Führung der Bänder in F i g. 6 veranschaulicht.

Nach dem Verschweißen der Randstreifen erfolgt nötigenfalls ein induktives Entspannen der Längsrandstreifen, wie F i g. 7 zeigt. Anschließend werden die Längskanten des verschweißten vierlagigen Bandes gemäß Fig. 8 mit Schweißfasen versehen. Danach wird das Band gemäß F i g. 9 in üblicher Weise zum Schraubennahtrohr geformt und innen und außen gleichzeitig verschweißt. Dabei können für die Innen- und Außenschweißung jeweils mehrere Schweißköpfe vorhanden sein, wenn auch in der Zeichnung der Einfachheit halber nur je ein Schweißkopf gezeichnet ist.

Die Schweißnaht kann sodann in herkömmlicher Weise geprüft werden, z. B. mit Röntgenbildwandler, Magnetograf oder Ultraschallprüfgerät. In Fig. 10 ist die Ultraschallprüfung schematisch dargestellt. Sie kann im Durchstrahlungsverfahren mit schräg einfallendem, mehrfach reflektiertem Strahl erfolgen. Diese Prüfung wird dadurch ermöglicht, daß die vier Lagen der Rohrwand in dem Streifen zu beiden Seiten der Schweißnaht durch die Schweißung zu einer einzigen homogenen Schicht verschmolzen sind.

Das kontinuierlich hergestellte endlose Rohr wird nun in Einzelrohre endlicher Länge zertrennt. Zur Vorbereitung für das Zusammenschweißen der Einzelrohre auf der Baustelle erhalten diese an den Enden eine zusätzliche Bearbeitung. Dabei können zunächst gemäß Fig. 11 an den Stirnseiten der Einzelrohre die einzelnen Lagen der Rohrwand nach außen hin stufenartig zurückgesetzt werden. Darauf folgt die Verbindung der einzelnen Lagen, beispielsweise durch Füllschweißung, wie in Fig. 12 veranschaulicht, oder durch eine Widerstandsschweißung auf einem schmalen Randstreifen ähnlich wie vorher die Verschweißung der Bandkanten. Darauf kann durch spanabhebende Bearbeitung gemäß Fig. 13 die Schweißfase erzeugt werden, um mehrere solcher Teilrohre durch Rundnaht 4 miteinander verbinden zu können, wie es Fig. 14 zeigt.

Claims

Patentansprüche:

1. Großrohr mit schraubengangförmig gewickelter, mehrschichtiger Wandung über 6 mm aus Stahl, der bei den gegebenen Abmessungen für Wandstärke und Durchmesser unter dem Einfluß großer Kälte (in Leitungen für Erdgas od. dgl. in arktischen Gebieten) sprödbruchanfällig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten der Wandung an ihren übereinanderliegenden Rändern in schmalen Streifen miteinander verschweißt sind und die schraubengangförmigen Windungen der mehrschichtigen Wandung durch eine von der äußeren zur inneren Schicht durchgehende gemeinsame Schweißnaht verbunden sind.

2. Großrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwand aus mindestens drei, vorzugsweise aus vier Lagen besteht.

3. Großrohr nach einem der Ansprüche 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß es aus schweißbaren unlegierten, beruhigten Stählen oder niedriglegierten, hochfesten Stählen mit bis zu 2°/o Mangan und bis zu je 1% weiterer, in solchen Stählen üblicher Legierungsmetalle, besteht, die gegebenenfalls geringe Gehalte an Karbidbildnern, wie Tantal, Niob, Vanadin, Titan, aufweisen.

4. Großrohr nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lagen der Rohrwand aus gleichartigem Material bestehen.

5. Verfahren zur Herstellung von Großrohren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß m kontinuierlicher Arbeitsweise zunächst mehrere Bänder mit ihren Längskanten bündig aufeinandergelegt und im Bereich schmaler Längsrandstreifen aufeinandergeschweißt werden, daß darauf die verschweißten Kanten für die Schraubennahtschweißung vorbereitet, insbesondere mit Schweißfasen versehen werden und daß schließlich das so gebildete mehrlagige Band in bekannter Weise schraubenartig gewickelt wird, wobei die Kanten nebeneinanderliegender Windungen auf der ganzen Dicke fortlaufend miteinander verschweißt werden.

6» Verfahren nach Anspruch 5 zur Herstellung von viertägigen Großrohren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschweißen der Wandungsschichten miteinander zunächst zwei Bänder mit ihren Längskanten bündig aufeinandergelegt und im Bereich schmaler Längsrandstreifen aufeinandergeschweißt werden und daß anschließend das so gebildete zweilagige Band mit einem ebensolchen Band bündig aufeinandergelegt und im. Bereich schmaler Längsrandstreifen aufeinandergeschweißt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 zur Herstellung von viertägigen Großrohren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschweißen der Wandungsschichten miteinander zunächst zwei Bänder mit ihren Längskanten bündig aufeinandergelegt und im Bereich schmaler Längsrandstreifen aufeinandergeschweißt werden und daß auf das so gebildete zweilagige Band zuerst auf der einen und dann auf der anderen Seite je ein weiteres einfaches Band aufgelegt und im Bereich schmaler Längsrandstreifen aufgeschweißt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrandstreifen anschließend an das Verschweißen induktiv spannungsfrei geglüht werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zerteilen des endlos hergestellten Rohres an den Enden der Einzelrohre die verschiedenen Lagen der Rohrwand miteinander verschweißt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen