EP2838689A1 - Verfahren und vorrichtung zum längsnahtschweissen von profilrohren auf einer rohrschweissanlage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum längsnahtschweissen von profilrohren auf einer rohrschweissanlage

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EP2838689A1
EP2838689A1 EP13720783.3A EP13720783A EP2838689A1 EP 2838689 A1 EP2838689 A1 EP 2838689A1 EP 13720783 A EP13720783 A EP 13720783A EP 2838689 A1 EP2838689 A1 EP 2838689A1
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EP
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welding
longitudinal seam
pipe
tube
point
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EP13720783.3A
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Rüdiger NEUGEBAUER
Tobias Schmidt
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SMS Meer GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams

Definitions

  • the invention relates to a method and apparatus for longitudinal seam welding of profile tubes on a process control connected to a plant computer pipe welding system, a directly formed in line from a metal strip in a forming mill slit pipe or formed from at least one metal sheet slotted tube for particular RF welding of the longitudinal seam or the longitudinal seams is supplied, wherein the pipe welding machine is equipped with a means for measuring the temperature of the welding point, which takes effect at the narrowest point, take the rollers by means of a gap with a tapered, V-shaped profile pressed sheet edges of the slot pipe ,
  • CONFIRMATION COPY Prospectus describes further applications of pyrometers in the processing or production of hot products, such as in continuous casting, forging, Kokil- lenguss or the like.
  • pyrometers In connection with the transport of molten steel in pans the determination of hot spots on the Pfannent. Container outer wall by means of a thermal imaging camera described.
  • the pyrometers used in the longitudinal seam welding allow the temperature to be detected, and if this changes, for example, in an HF longitudinal seam tube welding machine, the welding power or the position of the inductor can be adjusted to counteract welding defects.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus of the type mentioned, which can optimize the L jossnahtsch spaung of slot tubes.
  • This object is achieved with a method according to the invention in that temperature fluctuations and emigration of the welding point are determined by a directed onto the apex of the converging V-gap with the forming longitudinal seam thermal imaging camera, the continuously measured data processed in the system computer to adjust the welding process be that the welding point with its hottest effectiveness is always in the same position.
  • a direct process observation by means of the specifically positioned, arranged at a distance of about 80 cm to the welding area heat camera is thus made for temperature measurement, the thermal imaging camera and the complete environment, eg. B. in a measuring field of 310 x 230 mm, the welding point can see and thus detects an emigration of the welding point.
  • the stable measuring data of the thermal imager infrared camera
  • Continuous, high-resolution measurement such as 30 frames per minute, simultaneously provides feedback to the operator of the welding machine with on-screen information to the operator.
  • the operator will be able to immediately recognize a "cold" weld or receive and correct an error signal, and the measured data can be stored in the computer and evaluated for quality management for the following welding operations, taking into account the respective production conditions, or for quality control or - documented and documented.
  • An apparatus in particular for carrying out the method, according to the invention provides that in the pipe welding machine for detecting the welding point a directed onto the area between the welding means thermal imaging camera is arranged. This is provided according to an embodiment of the invention advantageously shielded against circumvention influences on the welding roller frame of the pipe welding machine.
  • the thermal imaging camera is positioned and shielded so that it is unaffected by the strong electromagnetic field as well as environmental influences like fog, water or heat.
  • the environmental influences can be rendered harmless by, for example, that the upper rollers are formed with emulsion Abweiseschn and / or means are provided which blow away or sucking water vapor or mist, or the slot tube in the welding machine leading rollers, the cooling emulsion of the product in the direction of travel seen fed backward side,
  • Figure 1 is a taken in the longitudinal seam pipe welding by a thermal imaging camera with detection of the temperature of the welding point, as a detail, the merging V-gap of a slot pipe with there the (hottest) spot welding reproducing image.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a detail of a pipe welding machine a section of the pipe welding machine with a there aligned on the welding point thermal imaging camera, as shown in Fig. 1 in the region of the rear rollers drawn as a large rectangle measuring field.
  • a z. B. HF longitudinal seam tube welding machine (with inductive and conductive RF welding), the rolled in the manufacture of longitudinally welded pipes, such as oil or gas pipes for high grades with a diameter in the range of 10 to 40 mm and wall thicknesses up to 4 mm
  • Metallb usually comprises a strip preparation, a spiral belt storage, a roll forming or a preforming line, a pipe welding machine and a pipe separator, is shown in Fig. 2 as a simplified, schematic section only the end portion of a pipe welding machine 1.
  • V-gap 4th run-in slotted tube 5 shows a partial length of one of successive, provided in HV arrangement vertical and horizontal rollers or rollers 2a and 2b successively transformed from a metal strip, in the pipe welding machine 1 in the product running direction according to arrow 3 increasingly tapered V-gap 4th run-in slotted tube 5.
  • V-gap 4 the angle of the tapered V-gap 4 is determined and the course can be entered as measured values in a system computer 7 or the like evaluation.
  • the intersection or vertex of the V-gap 4 is located between the rollers or rollers 8 of the welding stand with the local welding means 9. Behind the rollers 8, the finished, longitudinally welded pipe 10 exits.
  • a thermal imaging camera 12 shielded against environmental influences is arranged in the pipe welding machine 1. This is aligned in the direction of arrow 13 targeted to the apex of the V-gap 4 and can there on the one hand a larger measuring field 14 and in this the hottest area 15 and in particular also the position of the hottest weld spot 1 detect.
  • the continuously measured data are transmitted to the system computer 7 to control the welding process and evaluation of the measured data, which - as also indicated by arrows - with the control panel 16 to display, for example, the closed loop and errors occurring and a database 17 with there for example stored comparison values from the ongoing manufacturing process and / or previous manufacturing processes.
  • Fig. 1 is in clear magnification, the measuring field 14 of the thermal imaging camera 12 again, the cooler area 19 dotted weak, the hotter area 20 spotted a bit more strongly and the hottest area 15 in contrast is marked again thicker dotted.
  • the registered arrows 18 indicate the direction - forward, backward and upwards and downwards - of the hottest welding spot 11 that is unavoidable during the welding process.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Profilrohren auf einer zur Prozessregelung mit einem Anlagenrechner verbundenen Rohrschweißanlage, der ein direkt in Linie aus einem Metallband in einem Formwalzwerk geformtes Schlitzrohr (5) oder ein aus mindestens einer Blechtafel umgeformtes Schlitzrohr zum insbesondere HF-Schweißen der Längsnaht bzw. der Längsnähte zugeführt wird, wobei die Rohrschweißmaschine mit einem Mittel (12) zur Messung der Temperatur des Schweißpunktes ausgerüstet ist, der an der engsten Stelle wirksam wird, den die mittels Rollen (8) zu einem Spalt mit sich verjüngendem, V-förmigen Verlauf aneinandergedrückten Blechkanten des Schlltzrohres einnehmen. Die Längsnahtschweißung lässt sich dadurch optimieren, dass Temperaturschwankungen sowie ein Auswandern des Schweißpunktes von einer auf den Scheitel des zusammenlaufenden V-Spalts mit der sich ausbildenden Längsnaht gerichteten Wärmebildkamera (12) ermittelt werden, wobei die kontinuierlich gemessenen Daten im Anlagenrechner (7) zur Ausregelung des Schweißprozesses derart verarbeitet werden, dass sich der Schweißpunkt (11) mit seiner heißesten Wirksamkeit stets auf dergleichen Position befindet.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Profilrohren auf einer
Rohrschweißanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Profilrohren auf einer zur Prozessregelung mit einem Anlagenrechner verbundenen Rohrschweißanlage, der ein direkt in Linie aus einem Metallband in einem Formwalzwerk geformtes Schlitzrohr oder ein aus mindestens einer Blechtafel umgeformtes Schlitzrohr zum insbesondere HF-Schweißen der Längsnaht bzw. der Längsnähte zugeführt wird, wobei die Rohrschweißmaschine mit einem Mittel zur Messung der Temperatur des Schweißpunktes ausgerüstet ist, der an der engsten Stelle wirksam wird, den die mittels Rollen zu einem Spalt mit sich verjüngendem, V-förmigen Verlauf aneinandergedrückten Blechkanten des Schlitzrohres einnehmen.
Das Herstellen eines Schlitzrohres aus einem Band in mehreren hintereinander vorgesehenen Stufen ist z.B. aus der US 2.110.378 A bekannt. Durch die DE 42 15 807 C2 ist eine in Rahmenbauweise ausgeführte Rohrbiege- bzw. Rohrformpresse bekanntgeworden, mit der sich eine Blechtafel umformen läßt.
Unabhängig davon, nach welchem Fertigungsprozess ein Schlitzrohr oder beispielsweise auch ein geschlitztes Profilrohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt erzeugt worden ist, erfordert die Verschweißung eine besondere Sorgfalt und unterliegt der Schweißpunkt, der sich in der Nähe des zusammenfließenden Punktes, dem Scheitel bzw. Schnittpunkt, der sich mit dem V-förmigen Spalt gegenüberliegenden Blechkanten befinden sollte, einer stetigen Beobachtung. Hierzu kommen in der Praxis bei der Rohr-Längsnahtschweißung ausschließlich Pyrometer zum Einsatz (vgl. Firmenprospekt„optris infrared thermometers"). Der
BESTÄTIGUNGSKOPIE Prospekt beschreibt weitere Anwendungen von Pyrometern bei der Bearbeitung bzw. Herstellung von Heißprodukten, wie beim Stranggießen, Schmieden, Kokil- lenguss oder dergleichen. Im Zusammenhang mit dem Transport von Stahlschmelzen in Pfannen wird die Ermittlung von heißesten Stellen an der Pfannenbzw. Behälteraußenwand mittels einer Wärmebildkamera beschrieben.
Die bei der Längsnahtschweißung eingesetzten Pyrometer ermöglichen eine Erfassung der Temperatur, und wenn sich diese ändert, kann in beispielsweise einer HF-Längsnaht-Rohrschweißmaschine die Schweißleistung bzw. -kraft oder die Position des Induktors angepasst werden, um Schweißfehlern entgegen zu wirken.
Wie durch Versuche festgestellt werden konnte, treten beim Längsnahtschweißen allerdings nicht nur Temperaturschwankungen auf, sondern der Schweißpunkt wandert auch in horizontaler und vertikaler Richtung, d.h. nach vorne, hinten bzw. nach oben und unten aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen sich die Längsnahtschweißung von Schlitzrohren optimieren läßt.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Temperaturschwankungen sowie ein Auswandern des Schweißpunktes von einer auf den Scheitel des zusammenlaufenden V-Spalts mit der sich ausbildenden Längsnaht gerichteten Wärmebildkamera ermittelt werden, wobei die kontinuierlich gemessenen Daten im Anlagenrechner zur Ausregelung des Schweißprozesses derart verarbeitet werden, dass sich der Schweißpunkt mit seiner heißesten Wirksamkeit stets auf dergleichen Position befindet. Zur Verbesserung der Schweißnahtqualität und Vermeidung der genannten Nachteile wird somit zur Temperaturmessung eine direkte Prozessbeobachtung mittels der gezielt positionierten, im Abstand von etwa 80 cm zum Schweißbereich angeordneten Wärmekamera vorgenommen, wobei die Wärmebildkamera auch das komplette Umfeld, z. B. in einem Messfeld von 310 x 230 mm, des Schweißpunktes betrachten kann und damit ein Auswandern des Schweißpunktes erkennt. Die stabilen Messdaten der Wärmebildkamera (Infrarotkamera) lassen sich über den Anlagenrechner in eine Regelung einbeziehen, so daß sich durch einen geschlossenen Regelkreis der Schweißprozess mit genau festgelegter Position des heißesten Schweißpunktes ausregeln läßt.
Die kontinuierliche Messung mit einer hohen Auflösung, beispielsweise 30 Bilder pro Minute, ermöglicht gleichzeitig eine Rückkopplung an den Bedienungsstand der Schweißanlage bzw. -maschine mit Bildschirminformationen an den Bediener. Der Bediener wird eine„Kalt"-Schweißung unverzüglich erkennen bzw. ein Fehlersignal erhalten und korrigieren können. Die Messdaten können zudem im Rechner gespeichert und zu einem Qualitätsmanagement für folgende Schweißvorgänge unter Berücksichtigung der jeweiligen Produktionsbedingungen ausgewertet bzw. benutzt oder zur Qualitätskontrolle bzw. zum -nachweis aufgezeichnet und dokumentiert werden.
Eine Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens, sieht erfindungsgemäß vor, dass in der Rohrschweißmaschine zur Erfassung des Schweißpunktes eine auf den Bereich zwischen den Schweißmitteln ausgerichtete Wärmebildkamera angeordnet ist. Diese ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft gegen Umgehungseinflüsse abgeschirmt am Schweißrollengerüst der Rohrschweißmaschine vorgesehen.
Die Wärmebildkamera ist so positioniert und abgeschirmt, dass sie unbeeinflusst von dem starken elektromagnetischen Feld sowie auch von Umgebungseinflüssen wie Nebel, Wasser oder Hitze bleibt. Die Umgebungseinflüsse lassen sich dadurch unschädlich machen, dass z.B. die oberen Rollen mit Emulsions- Abweisemitteln ausgebildet sind und/oder Mittel vorgesehen werden, die Wasserdampf bzw. Nebel wegblasen oder absaugen, oder den das Schlitzrohr in der Schweißmaschine führenden Rollen die Kühlemulsion von der in Produktlaufrichtung gesehen rückwärtigen Seite her zugeführt wird,
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
Fig. 1 ein bei der Längsnaht-Rohrverschweißung durch eine Wärmebildkamera mit Erfassung der Temperatur des Schweißpunktes aufgenommenes, als Einzelheit den zusammenfließenden V-Spalt eines Schlitzrohres mit dort den (heißesten) Schweißpunkt wiedergebendes Bild; und
Fig. 2 in schematischer Darstellung als Einzelheit einer Rohrschweißanlage einen Ausschnitt der Rohrschweißmaschine mit einer dort ausgerichtet auf den Schweißpunkt angeordneten Wärmebildkamera, etwa das in Fig. 1 im Bereich der hinteren Rollen das als großes Rechteck eingezeichnete Messfeld zeigend.
Von einer z. B. HF-Längsnaht-Rohrschweißanlage (mit induktiver und konduktiver HF-Schweißung), die beim Herstellen von längsnahtgeschweißten Rohren, wie Erdöl- oder Gasrohren für hohe Güten mit einem Durchmesser im Bereich von 10 bis 40 mm sowie Wanddicken bis 4 mm, aus gewalzten Metallbändern üblich eine Bandvorbereitung, einen Spiralbandspeicher, ein Formwalzwerk bzw. eine Vor- formstrecke, eine Rohrschweißmaschine und eine Rohrtrenneinrichtung umfasst, ist in Fig. 2 als vereinfachter, schematischer Ausschnitt lediglich der Endabschnitt einer Rohrschweißmaschine 1 dargestellt.
Die Fig. 2 zeigt eine Teillänge eines von aufeinanderfolgenden, in HV-Anordnung vorgesehenen vertikalen und horizontalen Walzen bzw. Rollen 2a bzw. 2b aus einem Metallband sukzessive umgeformten, in die Rohrschweißmaschine 1 mit sich in Produktlaufrichtung gemäß Pfeil 3 zunehmend verjüngendem V-Spalt 4 eingelaufenen Schlitzrohres 5. An Messpunkten 6a, 6b kann - wie angedeutet - der Winkel des sich verjüngenden V-Spaltes 4 ermittelt und der Verlauf als Messwerte in einen Anlagenrechner 7 oder dergleichen Auswerteeinheit eingegeben werden. Der Schnittpunkt bzw. Scheitel des V-Spaltes 4 befindet sich zwischen den Walzen bzw. Rollen 8 des Schweißgerüstes mit den dortigen Schweißmitteln 9. Hinter den Rollen 8 tritt das fertige, längsnahtgeschweißte Rohr 10 aus.
Zur Überwachung und Optimierung der Längsnahtschweißung, insbesondere der Stelle des heißesten Schweißpunktes 11 (vgl. Fig. 1 ), ist in der Rohrschweißmaschine 1 eine gegen Umwelteinflüsse abgeschirmte Wärmebildkamera 12 angeordnet. Diese ist in Pfeilrichtung 13 gezielt auf den Scheitel des V-Spaltes 4 ausgerichtet und kann dort einerseits ein größeres Messfeld 14 und in diesem andererseits den heißesten Bereich 15 sowie insbesondere auch die Position des heißesten Schweißpunktes 1 erfassen. Die kontinuierlich gemessenen Daten werden zur Ausregelung des Schweißprozesses und Auswertung der Messdaten an den Anlagenrechner 7 übermittelt, der - wie ebenfalls durch Pfeile angedeutet - mit dem Bedienungsstand 16 zur Anzeige beispielsweise des geschlossenen Regelkreises sowie von auftretenden Fehlern und einer Datenbank 17 mit dort beispielsweise gespeicherten Vergleichswerten aus dem laufenden Herstellungspro- zess und / oder vorhergehenden Herstellungsprozessen verbunden ist.
Die Fig. 1 gibt in deutlicher Vergrößerung das Messfeld 14 der Wärmebildkamera 12 wieder, wobei der kühlere Bereich 19 schwach gepunktet, der heißere Bereich 20 etwas stärker gepunktet und der heißeste Bereich 15 demgegenüber nochmals dicker gepunktet gekennzeichnet ist. Die eingetragenen Pfeile 18 geben die Richtung - nach vorne, hinten sowie oben und unten - des beim Schweißvorgang unvermeidlichen Auswanderns des heißesten Schweißpunktes 11 an. Durch die Überwachung und den Datenaustausch wird die Längsnahtverschweißung im geschlossenen Regelkreis so ausgeregelt, daß sich der heißeste Schweißpunkt 11 stets auf dergleichen, wie in Fig. 1 dargestellt optimalen Position halten läßt.
Bezugszeichenliste
I Rohrschweißmaschine
2a vertikale Rolle / Walze
2b horizontale Rolle / Walze
3 Pfeil Produktlaufrichtung
4 V-Spalt
5 Schlitzrohr
6a Messpunkt Winkelveränderung
6b Messpunkt Winkelveränderung
7 Anlagenrechner
8 Rolle / Walze des Schweißgerüstes
9 Schweißmittel
10 fertiges, längsnahtgeschweißtes Rohr
I I heißester Schweißpunkt
12 Wärmebildkamera
13 Ausrichtungspfeil
14 Messfeld
15 heißester Bereich
16 Bedienungsstand
17 Datenbank
18 Auswanderungspfeil
19 kühlerer Bereich
20 heißerer Bereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Längsnahtschweißen von Profilrohren auf einer zur Prozessregelung mit einem Anlagenrechner verbundenen Rohrschweißanlage, der ein direkt in Linie aus einem Metallband in einem Formwalzwerk geformtes Schlitzrohr oder ein aus mindestens einer Blechtafel umgeformtes Schlitzrohr zum insbesondere HF-Schweißen der Längsnaht bzw. der Längsnähte zugeführt wird, wobei die Rohrschweißmaschine mit einem Mittel zur Messung der Temperatur des Schweißpunktes ausgerüstet ist, der an der engsten Stelle wirksam wird, den die mittels Rollen zu einem Spalt mit sich verjüngendem, V-förmigen Verlauf aneinandergedrückten Blechkanten des Schlitzrohres einnehmen,
dadurch gekennzeichnet,
dass Temperaturschwankungen sowie ein Auswandern des Schweißpunktes (11 ) von einer auf den Scheitel des zusammenlaufenden V-Spalts (4) mit der sich ausbildenden Längsnaht gerichteten Wärmebildkamera (12) ermittelt werden, wobei die kontinuierlich gemessenen Daten im Anlagenrechner (7) zur Ausregelung des Schweißprozesses derart verarbeitet werden, dass sich der Schweißpunkt (11 ) mit seiner heißesten Wirksamkeit stets auf dergleichen Position befindet.
2. Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Profilrohren auf einer zur Prozessregelung mit einem Anlagenrechner verbundenen Rohrschweißanlage, der ein direkt in Linie aus einem Metallband in einem Formwalzwerk geformtes Schlitzrohr oder ein aus mindestens einer Blechtafel umgeformtes Schlitzrohr zum insbesondere HF-Schweißen der Längsnaht bzw. der Längsnähte zugeführt wird, wobei die Rohrschweißmaschine mit einem Mittel zur Messung der Temperatur des Schweißpunktes ausgerüstet ist, der an der engsten Stelle wirksam wird, den die mittels Rollen zu einem Spalt mit sich verjüngendem, V-förmigen Verlauf aneinandergedrückten Blechkanten des Schlitzrohres einnehmen, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruc ,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Rohrschweißmaschine (1 ) zur Erfassung des heißesten Schweißpunktes (11 ) eine auf den Bereich zwischen den Schweißmitteln (9) ausgerichtete Wärmebildkamera (12) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebildkamera (12) gegen Umgebungseinflüsse abgeschirmt eingebaut ist.
EP13720783.3A 2012-04-18 2013-04-17 Verfahren und vorrichtung zum längsnahtschweissen von profilrohren auf einer rohrschweissanlage Withdrawn EP2838689A1 (de)

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