DE102010028745A1

DE102010028745A1 - Verfahren und Vorrichtung zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen an ebenen Blechen oder an Rohren mit einer Blech- bzw. einer Wanddicke von bis zu 12 mm und darüber hinaus unter Verwendung einer Prozesskombination, bestehend aus Laser-MSG-Hybrid- und MSG-Technik

Info

Publication number: DE102010028745A1
Application number: DE102010028745A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Lotz Steffen; Dipl.-Ing. Rude Sebastian; Dipl.-Ing. Neubert Jan; Prof. Keitel Steffen
Original assignee: SCHWEIßTECHNISCHE LEHR- und VERSUCHSANSTALT HALLE GmbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VERSUCHSANSTALT HALLE GmbH
Current assignee: SCHWEIßTECHNISCHE LEHR- und VERSUCHSANSTALT HALLE GmbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VERSUCHSANSTALT HALLE GmbH
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-05-08
Also published as: DE102010028745B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den gattungsbildenden Merkmalen einer Hybridschweißtechnik und einer mit ihr kombinierten MSG-Technik zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen an ebenen Blechen oder an Rohren (1) mit einer Blech- bzw. Wanddicke von bis zu 12 mm und darüber hinaus unter Verwendung einer Prozesskombination, bestehend aus einer Laser-MSGHybrid- und einer MSG-Technik, wobei bei der Orbitalschweißung von Rohren (1) Durchmesserbereiche von 80 bis 800 mm bearbeitet werden können. Die zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung besteht aus zwei MSG-Brennern zwischen denen ein Laserschweißkopf (2) mit Laserstrahloptik entweder fest und mittig zwischen ihnen angeordnet oder der Laserschweißkopf (2) auf einer Führungsbahn (6) zwischen ihnen horizontal verfahrbar ausgebildet ist, sodass ein erster Lichtbogenbrenner (3) und ein zweiter Lichtbogenbrenner (4) jeweils abwechselnd entweder in die hybride Lage zum Laserschweißkopf (2) oder in eine kombinierte Lage als „nachlaufender” Brenner zum Hybridprozess zustellbar sind. Vorteilhafterweise lassen sich dadurch Leerfahrten bei der Rückstellung des Schweißsystems vermeiden und weitere Füll- bzw. Decklagen einer Schweißnaht schweißen, wobei auch Wärmebehandlungen des Schweißgutes parallel erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den gattungsbildenden Merkmalen einer Hybridschweißtechnik und einer mit ihr kombinierten MSG-Technik zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen an ebenen Blechen oder an Rohren mit einer Blech- bzw. einer Wanddicke von bis zu 12 mm und darüber hinaus unter Verwendung einer Prozesskombination, bestehend aus einer Laser-MSG-Hybrid- und einer MSG-Technik, wobei bei der Orbitalschweißung von Rohren Durchmesserbereiche von 80 bis 800 mm bearbeitet werden können.
Hybride Verfahren zum Schweißen sind gekennzeichnet durch die Kopplung zweier oder mehrerer unterschiedlicher Prozesse zur Wirkung in einer Prozesszone und somit zur Erzeugung eines gemeinsamen Schmelzbades. Stand der Technik sind hierbei hybride Verfahren, welche durch die Kopplung zweier oder mehrerer Lichtbögen, eines oder mehrerer Lichtbögen mit einem oder mehreren Laserstrahlen ein gemeinsames Schmelzbad zum Schweißen erzeugen.
Im Gegensatz dazu werden als kombinierte Verfahren zum Schweißen solche bezeichnet, die die Wirkpunkte zweier oder mehrerer Prozesse so anordnen, dass sie durch getrennte Schmelzbäder zur Herstellung einer Verbindungs- oder Auftragschweißung beitragen. Hinsichtlich der Anordnungsvarianten der Prozesse ist der Stand der Technik bei den kombinierten Verfahren vergleichbar zu dem der hybriden Verfahren.
Kennzeichnend sowohl für kombinierte als für auch hybride Schweißverfahren ist, dass die Schweißbewegung ausschließlich mechanisiert ausgeführt wird.
Bestimmender Parameter zur Definition des Schweißverfahrens als kombiniertes oder hybrides ist der Abstand der Wirkpunkte der Einzelprozesse zueinander. Dieser Abstand wird in Abhängigkeit von den technologischen Prozesseigenschaften und der zu erfüllenden Schweißaufgabe eingestellt. Nachteilig ist dabei bisher, dass sich auf Grund der speziellen Eigenschaften der einzelnen Prozesse Abhängigkeiten zwischen der Anordnung ihrer Wirkpunkte und der Richtung der Ausführung des kombinierten bzw. des hybriden Verfahrens zum Schweißen ergeben, was dazu führt, dass zeitaufwändige Leerfahrten erforderlich werden oder die kompletten Werkzeugsysteme nach jedem Einzeldurchlauf um 180° gedreht werden müssen.
Beispielhaft für die Abhängigkeit der Bewegungsrichtung von der Anordnung der jeweiligen Prozesswerkzeuge seien jüngste Entwicklungen zum orbitalen Schweißen von Rohrverbindungsnähten durch eine Verfahrensvariante genannt, welche ein hybrides Schweißverfahren, beschrieben durch die Kopplung von Laserstrahl und MSG-Lichtbogen zur Herstellung des Hauptnahtquerschnittes mit einem weiteren MSG-Lichtbogen zur Herstellung der Fülllage kombiniert.
Die Wechselwirkung von Schmelzbad und Schwerkraft des Hybridprozesses für die Schweißung des Hauptnahtquerschnittes führt dazu, dass ausgehend von der 12-Uhr-Position ein Schweißen mit unveränderter Anordnung jeweils nur für 180° des Rohrwinkels in fallender Position möglich ist, das Schweißen der zweiten 180° des Rohrumfangs in ebenfalls fallender Position setzt einen kompletten Umbau der Anordnung in einen mit Blick in die Rohrachse spiegelbildlichen Zustand voraus.
Nachfolgend soll anhand des bekannten Standes der Technik auf einige Lösungen näher eingegangen werden.
So ist nach US 4,507,540 ein Schweißverfahren in hybrider Form mittels eines Laserstrahls und eines MIG-Schweißprozesses bekannt geworden. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es lediglich ohne Parameterwechsel nur in einer Schweißrichtung funktioniert, also richtungsabhängig ist und, dass es keine Möglichkeit einer prozessintegrierten nachträglichen metallurgischen Beeinflussung durch eine mit dem Führungssystem verbundene aber außerhalb der gemeinsamen Wirkzone von Laserstrahl und Lichtbogen wirkende Energiequelle gibt.
Weiterhin wurde in DE 198 49 117 B4 ein Schweißverfahren unter Ausführung eines Laserstrahls zusammen mit zwei MSG-Prozessen und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagen. Das Verfahren kann bei symmetrischer Orientierung der Lichtbögen zum Laserstrahl richtungsunabhängig wirken. Es hat aber den Nachteil, dass es keine Möglichkeit einer prozessintegrierten nachträglichen metallurgischen Beeinflussung durch eine mit dem Führungssystem verbundene aber außerhalb der gemeinsamen Wirkzone von Laserstrahl und der Lichtbögen wirkende Energiequelle gibt und, dass ein großes durch mehrere Lichtbögen und einem Laserstrahl erzeugtes Schmelzbad den Einsatz zum Orbitalschweißen behindert oder erschwert.
Schließlich wird in WO 2005/056230 A1 eine Orbitalschweißvorrichtung für den Rohrleitungsbau vorgestellt. Hier wird gezeigt, die Rohrstöße von landverlegten Pipelines durch Orbitalschweißvorrichtungen auszuführen, die eine hybride Verbindung von Laserstrahl und Lichtbogen ermöglichen. Die vorgeschlagene Kombination von Laserstrahloptik und Lichtbogenbrenner bedingt eine feste Bewegungsrichtung und setzt deshalb das Schweißen eines kompletten Rohrumlaufes und damit sowohl in fallender als auch steigender Position voraus, was aufgrund der Schmelzbadgröße beim Hybridprozess wenig Erfolg versprechend ist.
Gemäß des allgemeinen bekannten und aus der Patentliteratur im Besonderen bekannten Standes der Technik werden die entsprechenden Nachteile desselben offenbart, die insbesondere aus der richtungsabhängigen Bewegung eines Schweißroboters bei Orbitalschweißungen und einem komplizierten Umbau einer hybrid- und kombiniert arbeitenden Schweißvorrichtung resultieren, letzteres z. B. bei der Neuausrichtung der Brenner bei einer zweiten Nahtfolge oder beim Schweißen von z. B. neuen Werkstücken in Wannenlage aus einer aktuell erreichten Lage der MSG-Brenner und einer Laserstrahloptik.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Anordnung der Wirkpunkte von wenigstens zwei Schweißprozessen in einem hybrid und in einem kombiniert erzeugten Schweißbad und die Orientierung ihrer Wirkachsen in Bezug zu wenigstens einem dritten, fest oder verschieblich angeordneten Laserschweißkopfes, unter Verwendung wenigstens einer motorischen Achse so zu verändern, dass das mit hybriden und kombinierten Verfahrensmerkmalen. charakterisierte Schweißverfahren richtungsunabhängig arbeiten kann und keine komplizierten Neueinrichtungen der MSG- und Laserschweißköpfe beim Richtungswechsel ausgeführt werden müssen sowie Wandstärken von Rohren und Blechdicken bei Stumpfstößen von 12 mm und darüber hinaus schweißbar sind, wobei auch das Schweißen von mehreren Fülllagen möglich sein soll.
Die erfinderische Aufgabe wird gemäß der kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 11 gelöst.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung erfolgt gemäß den Patentansprüchen 2 bis 10 sowie 12 und 13.
Zur Darlegung der Erfindung sind weitere Hinweise erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich generell beim Schweißen von Rohrstößen und beim Fügen ebener Werkstücke bis 12 mm Wanddicke bzw. Blechdicke und darüber hinaus, des mechanisierten Schweißens bei gemeinsamem Einsatz eines Laser-MSG-Hybridprozesses mit einem außerhalb des letzteren „nachlaufenden” MSG-Brenners. Insofern erzeugt die mittels eines Orbitalroboters verfahrbare Kombination eines ersten MSG-Brenners mit einem starr mittig positionierten oder beweglich, d. h. seitlich verschiebbaren Laserschweißkopf eine erste Lage an einem Rohrstoß, wobei ein zweiter in der gemeinsamen Vorrichtung mitgeführter MSG-Brenner eine Decklage schweißt. Nachdem ein erster Halbumlauf des Orbitalroboters am zu schweißenden Rohrstoß aus der 12-Uhr-Position vollzogen ist, erfolgt eine Rückstellung des Orbitalroboters aus der erreichten 6-Uhr-Position in die ursprüngliche 12-Uhr-Position, wobei für den nunmehr entgegengesetzt stattfindenden 2. Halbumlauf der erste MSG-Brenner als „nachlaufender” Brenner aus dem Hybridprozess herausgefahren wird und der zweite MSG-Brenner in den Hybridprozess eintritt. Dadurch, nämlich vermittels der abwechselnden MSG-Brennerpositionierung ist es möglich, stets in der Position „fallend” zu schweißen. Bei Wandstärken der zu verschweißenden Rohrstöße über 12 mm, kann die Rückstellung des Orbitalroboters aus der 6-Uhr-Position in die 12-Uhr-Position dazu benutzt werden, eine weitere Fülllage oder die abschließende Decklage mit dem ersten MSG-Brenner zu schweißen.
In analoger Weise werden beim Stumpfstoßschweißen von bevorzugt ebenen Werkstücken Blechdicken bis 12 mm sowie darüber hinaus in der Weise geschweißt, dass vor dem Rücklauf z. B. eines kartesischen Portalroboters der erste MSG-Brenner aus der hybriden Position in eine „nachlaufende” Position verfahren wird und der zweite MSG-Brenner mit dem zentral fixierten oder seitlich verschiebbaren Laserschweißkopf in den hybriden Prozess eintritt. Dadurch wird der Rücklauf des Roboters ebenso dazu genutzt, entweder neu eingelegte (in eine Spannvorrichtung) Werkstücke in der umgekehrten Schweißrichtung zu fügen oder bei Blechdicken > 12 mm eine weitere Fülllage bzw. die abschließende Decklage zu schweißen.
Daraus ist erkennbar, dass bei Rohrwandstärken und Blechdicken > 12 mm die Stoßlänge mehrmals überfahren wird, dazu auch der Rücklauf – die Rückbewegung – des aktiven Schweißsystems genutzt wird, sodass z. B. bei ebenen Werkstücken und Blechdicken > 12 mm unter Verwendung von zwei MSG-Brennern und einem Laserschweißkopf mit dem ersten MSG-Brenner in hybrider Lage eine gemeinsame Wirkzone gebildet und die erste Lage erzeugt wird, während der zweite Brenner in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die erste Seite der Schweißverbindung fertig stellt, danach eine Neupositionierung der Schweißköpfe erfolgt, indem der erste MSG-Brenner aus der hybriden in die kombinierte Anordnung und der zweite MSG-Brenner aus der kombinierten in die hybride Anordnung wechselt, wobei nach dem Wenden des Bauteils während oder nach der Rückbewegung des Schweißsystems die Gegenseite geschweißt wird, und der Laserschweißkopf mit dem (ehemals) zweiten MSG-Brenner eine gemeinsame Wirkzone bildet sowie die erste Lage erzeugt, während der (ehemals) erste MSG-Brenner in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die Schweißverbindung fertig stellt.
Es ist denkbar, dass die MSG-Technik auch durch Plasma-Technik ersetzt wird oder eine Kombination der beiden unterschiedlichen Lichtbogentechniken verwendet wird.
Verfahrensgemäß sollen die MSG-Techniken mit Draht-, Bandelektroden oder mittels Kombination derselben betrieben werden.
Ferner soll der Abstand des in kombinierter Anordnung nachlaufend schweißenden MSG-Brenners zum vorlaufenden Hybridprozess manuell oder motorisch in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit und der Lichtbogenleistung so eingestellt werden können, dass eine definierte metallurgische Beeinflussung in Form einer Wärmenachbehandlung der vorlaufend hergestellten Hybridlage durch den nachlautenden MSG-Prozess erfolgt.
Das erfindungsgemäße Schweißverfahren wird in orbitaler Schweißposition prinzipiell durch nachfolgende Schritte charakterisiert.
In einem ersten Verfahrensschritt bildet der Laserschweißkopf während des ersten Halbumlaufs mit dem ersten MSG-Brenner in hybrider Anordnung eine gemeinsame Wirkzone und es wird die erste Lage erzeugt, während der zweite MSG-Brenner in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit bei Rohrwanddicken bis 12 mm die Schweißverbindung der ersten Rohrhälfte fertiggestellt wird, danach
in einem zweiten Verfahrensschritt (mit inaktiven Schweißköpfen) die Rückbewegung des Schweißsystems in die 12-Uhr-Position erfolgt und
in einem dritten Verfahrensschritt eine Neupositionierung der Schweißköpfe durchgeführt wird, indem der erste MSG-Brenner aus der hybriden in die kombinierte Anordnung und der zweite MSG-Brenner aus der kombinierten in die hybride Anordnung wechseln wonach
in einem vierten Verfahrensschritt der Laserschweißkopf während des zweiten ebenfalls in 12-Uhr-Position beginnenden Halbumlaufs mit dem zweiten MSG-Brenner eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt, während der erste MSG-Brenner in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die Schweißverbindung der zweiten Rohrhälfte und damit die komplette Rundnaht fertig stellt.
Es kann vorgesehen werden, dass der zweite und der dritte Verfahrensschritt, während der Rückbewegung zeitlich parallel ausgeführt werden und dass der Abstand des in kombinierter Anordnung nachlaufend schweißenden MSG-Brenners zum vorlaufenden Hybridprozess manuell oder motorisch in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit und der Lichtbogenleistung so eingestellt wird, dass eine definierte metallurgische Beeinflussung in Form einer Wärmenachbehandlung der vorlaufend hergestellten Hybridlage durch den nachlaufenden MSG-Prozess erfolgt.
Es ist denkbar, dass der Wechsel des ersten MSG-Brenners und des zweiten MSG-Brenners aus jeweils einer hybriden bzw. kombinierten Anordnung zum Laserschweißkopf mit der Laserstrahloptik auch dergestalt erfolgen kann, dass die MSG-Brenner an den Endpunkten einer Traverse schwenkbar fixiert sind, um einen individuell notwendigen Brennerwinkel einstellen zu können, und der zwischen ihnen angeordnete Laserschweißkopf mit der Laserstrahloptik auf einer horizontalen Führungsbahn verfahren werden kann.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann wie folgt beschrieben werden.
Beim Schweißen von Rohrstößen und von Stumpfnähten, letzteres an ebenen Werkstücken, befindet sich entweder bei einem Orbitalroboter oder bei einem kartesischen Roboter direkt an deren Z-Achse der, einem Orientierungswechsel der beiden MSG-Brenner dienende Schwenkantrieb in Form eines Koppelgetriebes. Dieser sorgt über eine Planeten-Schneckengetriebekombination für eine wechselnde Lage des ersten MSG- und des zweiten MSG-Brenners in Bezug zum beispielsweise zentral fixierten Laserschweißkopf, wenn ein erster Halbumlauf absolviert ist und der zweite Halbumlauf nach Rückstellung des Schweißsystems bevorsteht. Analog vollführt der Schwenkantrieb den Orientierungswechsel ebenso in der Anordnung innerhalb eines kartesischen Roboters beim Schweißen ebener Werkstücke.
Die MSG-Brenner sind mittels der Befestigungselemente Verbindungsblech und Einstellwinkel mit dem Schwenkantrieb verbunden. Die Einstellwinkel dienen der Einstellung des Brenners zum Laserstrahl. Das Schwenken ist erforderlich, da die Schweißung in 2 Fallnähten erfolgt, so dass jeder MSG-Brenner einmal zur Laserstrahloptik hin geschwenkt, um dann in Kombination mit dem Laserstrahl den Hybridprozess auszubilden, und einmal von der Laserstrahloptik weggeschwenkt werden muss, um die Decklage zu schweißen. Die Laserstrahloptik kann zentral zwischen den beiden MSG-Brennern angeordnet sein und sie ist separat an der Z-Achse angebracht.
Neben einem MSG-Brenner ist auch ein, der Nahtverfolgung jeweils dienender, taktiler Sensor mit am Verbindungsblech angebracht. Da der Hybridprozess dem Decklagenprozess vorläuft, ist jeweils nur der Sensor im Einsatz, welcher mit am Verbindungsblech des Hybridbrenners angebracht ist.
Die Vorrichtung ist derart ausgelegt, dass die Anordnung der Wirkpunkte und die Orientierung der erläuterten Wirkachsen von wenigstens 2 MSG-Brennern in Bezug zu wenigstens einem z. B. fest angeordneten Laserschweißkopf unter Verwendung wenigstens einer motorischen Achse so veränderbar ist, dass das Schweißverfahren richtungsunabhängig ausführbar ist und, dass die Anordnung des Wirkpunktes des Laserstrahls in Bezug zu wenigstens 2 MSG-Brennern unter Verwendung wenigstens einer motorischen Achse ebenfalls so veränderbar ist, dass ein richtungsunabhängiges Schweißen erfolgen kann.
Wie bereits bei der Erläuterung der Verfahrensdurchführung angedeutet, können die MSG-Brenner an den Endpunkten einer Traverse schwenkbar, zur Einstellung eines gewünschten Brennwinkels, befestigt sein, wobei es sich dann erforderlich macht, dass die Laserstrahloptik nebst Laserschweißkopf mittels einer horizontalen Führung und einem mit ihm verbundenen Antrieb zu den MSG-Brennern hin verfahrbar gestaltet ist.
Es sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass das Verfahren und eine entsprechend zur Realisierung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung gleichermaßen für das Verbindungs- und das Auftragschweißen einsetzbar sind.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dazu wird auf die 1 und 2 zurückgegriffen. Sie zeigen:
1 Verschwenken eines ersten und eines zweiten MSG-Brenners zu einem mittig und zentral fixierten Laserschweißkopf nebst Laserstrahloptik beim Orbitalschweißen und
2 Festeinstellbare MSG-Brenner an den Endpunkten einer Traverse mit zwischen ihnen verfahrbarem Laserschweißkopf nebst Laserstrahloptik beim Orbitalschweißen.
Bezugszeichenliste

1: Rohr
2: Laserschweißkopf mit Laserstrahloptik
3: erster Lichtbogenbrenner (hybride Anordnung)
4: zweiter Lichtbogenbrenner (kombinierte Anordnung)
5: Koppelgetriebe
6: Führungsbahn
7: Traverse

Nach 1 befindet sich ein Laserschweißkopf mit Laserstrahloptik 2 in mittiger zentraler Lage und dort fixiert zwischen zwei Lichtbogenbrennern (hybride Anordnung) 3 und (kombinierte Anordnung) 4, wobei letztere nach jeweils erfolgten Halbumlauf um den Stoß eines Rohres 1 ihre Position zum Laserschweißkopf 2 zwischen einer hybriden und einer kombinierten Anordnung wechseln können, indem ein Koppelgetriebe 5, als Planeten-Schneckengetriebe ausgebildet, diese in definiertem Radius verschwenkt.
Dadurch gelingt es, in beiden Halbumläufen einer Orbitalschweißung, in der Schweißposition „fallend” zu schweißen. Beim Verschweißen von ebenen Werkstücken mit Blechdicken > 12 mm ist eine derartige Zustellung der ersten und zweiten Lichtbogenbrenner 3, 4 analog denkbar.
Als eine Variante zur 1 stellt sich eine Vorrichtung dar, die gemäß 2 mit einem horizontal auf einer Führungsbahn 6 verfahrbaren Laserschweißkopf mit Laserstrahloptik 2 ausgestattet ist. Die ersten und zweiten Lichtbogenbrenner 3, 4 befinden sich hierbei jeweils an den Endpunkten einer Traverse 7 schwenkbar fixiert, wobei der Laserschweißkopf 2 motorisch zu ihnen verfahrbar ausgebildet ist und damit auch über diesen Weg jeweils abwechselnd zum ersten Lichtbogenbrenner 3 bzw. zum zweiten Lichtbogenbrenner 4 die hybride bzw. kombinierte Position eingenommen werden kann. Auch diese Lösung ist für das Schweißen in Wannenlage einsetzbar.
Die Vorteile der Erfindung können zusammenfassend darin gesehen werden:

– aufwändige Umrüstungen der Brenneranordnungen, insbesondere beim Orbitalschweißen entfallen,
– Leerfahrten, insbesondere beim Orbitalschweißen werden vermieden, da bei der Rückstellung des Schweißsystems aus der 6- in die 12-Uhr-Position weitere Füll- bzw. Decklagen schweißbar sind,
– erhebliche Steigerung der Arbeitsproduktivität beim Füll- und Decklagenschweißen und relativ geringer Konstruktionsaufwand der das Verfahren umsetzenden Vorrichtung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4507540 [0009]
DE 19849117 B4 [0010]
WO 2005/056230 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen an ebenen Blechen oder an Rohren (1) mit Blech- bzw. Wanddicken bis 12 mm unter Verwendung einer Prozesskombination von Laser-MSG-Hybridtechnik und MSG-Technik, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung von zwei Lichtbogenbrennern (3, 4) und einem Laserschweißkopf (2) beim Schweißen der ersten Naht bei geradlinigen Nähten bzw. der ersten Nahthälfte bei in 12-Uhr-Position beginnenden Orbitalnähten der Laserschweißkopf (2) mit einem ersten Lichtbogenbrenner (3) in hybrider Anordnung eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt, während ein zweiter Lichtbogenbrenner (4) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit bei Blech- bzw. Wanddicken bis 12 mm die (erste) Schweißverbindung bzw. die erste Schweißverbindungshälfte fertiggestellt wird, danach eine Neupositionierung der Schweißköpfe dergestalt erfolgt, dass der erste Lichtbogenbrenner (3) aus der hybriden in die kombinierte Anordnung und der zweite Lichtbogenbrenner (4) aus der kombinierten in die hybride Anordnung wechselt, wobei bei geradlinigen Nähten nach Einlegen von neuen Werkstücken in eine Vorrichtung während der Rückbewegung des Schweißsystems die nächste Naht geschweißt wird, und der Laserschweißkopf (2) mit dem (ehemals) zweiten Lichtbogenbrenner (4) eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt während der (ehemals) erste Lichtbogenbrenner (3) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die (zweite) Schweißverbindung fertiggestellt wird bzw. bei Orbitalnähten der Laserschweißkopf (2) während des zweiten ebenfalls in 12-Uhr-Position beginnenden Halbumlaufs mit dem zweiten Lichtbogenbrenner (4) eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt während der erste Lichtbogenbrenner (3) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die Schweißverbindung einer zweiten Rohrhälfte und somit eine komplette Rundnaht fertig stellt.
Verfahren zum mechanisierten Schweißen von Rohren nach Anspruch 1 vorzugsweise mit Rohrwanddicken bis 12 mm unter Verwendung der Prozesskombination von Laser-MSG-Hybridtechnik und MSG-Technik und einer Ausführung der Naht in zwei Halbumläufen als Fallnahtschweißung in 12-Uhr-Position beginnend, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung von zwei Lichtbogenbrennern (3, 4) und einem Laserschweißkopf (2) • in einem ersten Verfahrensschritt der Laserschweißkopf (2) während des ersten Halbumlaufs mit dem ersten Lichtbogenbrenner (3) in hybrider Anordnung eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt, während der zweite Lichtbogenbrenner (4) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit bei Rohrwanddicken bis 12 mm die Schweißverbindung der ersten Rohrhälfte fertig stellt, danach • in einem zweiten Verfahrensschritt (mit inaktiven Schweißköpfen) eine Rückbewegung des Schweißsystems in die 12-Uhr-Position erfolgt und • in einem dritten Verfahrensschritt eine Neupositionierung der Schweißköpfe erfolgt, indem der erste Lichtbogenbrenner (3) aus der hybriden in die kombinierte Anordnung und der zweite Lichtbogenbrenner (4) aus der kombinierten in die hybride Anordnung wechseln, wonach • in einem vierten Verfahrensschritt der Laserschweißkopf (2) während des zweiten ebenfalls in 12-Uhr-Position beginnenden Halbumlaufs mit dem zweiten Lichtbogenbrenner (4) eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt, während der erste Lichtbogenbrenner (3) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die Schweißverbindung der zweiten Rohrhälfte und damit die komplette Rundnaht fertig stellt.
Verfahren zum mechanisierten Schweißen von Rohren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und dritte Verfahrensschritt während der Rückbewegung zeitlich parallel ausgeführt werden und, dass der Abstand des in kombinierter Anordnung nachlaufend schweißenden Lichtbogenbrenners (3 oder 4) zum vorlaufenden Hybridprozess manuell oder motorisch in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit und der Lichtbogenleistung so eingestellt wird, dass eine definierte metallurgische Beeinflussung in Form einer Wärmenachbehandlung der vorlaufend hergestellten Hybridlage durch den nachlaufenden MSG-Prozess erfolgt.
Verfahren zum mechanisierten Schweißen von Rohren mit Rohrwanddicken über 12 mm beim Orbitalschweißen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückbewegung des Schweißsystems in die 12-Uhr-Position zum Schweißen weiterer Füll- bzw. Decklagen genutzt wird.
Verfahren zum mechanisierten Schweißen von Rohren mit Rohrwanddicken über 12 mm beim Orbitalschweißen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßlänge mehr als ein Mal von einem aktiven Schweißsystem überfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1 zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen an vorzugsweise ebenen Blechen mit Blechdicken bis 12 mm in Wannenlage unter Verwendung der Prozesskombination von Laser-MSG-Hybridtechnik und MSG-Technik, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtbogenbrenner (3, 4) und ein Laserschweißkopf (2) beim Schweißen der ersten Naht der Laserschweißkopf (2) mit dem ersten Lichtbogenbrenner (3) in hybrider Anordnung eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt, während der zweite Lichtbogenbrenner (4) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit bei Blechdicken bis 12 mm die (erste) Schweißverbindung fertig stellt, danach eine Neupositionierung der Schweißköpfe erfolgt, indem der erste Lichtbogenbrenner (3) aus der hybriden in die kombinierte Anordnung und der zweite Lichtbogenbrenner (4) aus der kombinierten in die hybride Anordnung wechselt, wonach nach Einlegen von neuen Werkstücken in die Vorrichtung während der Rückbewegung des Schweißsystems die nächste Naht geschweißt wird, wobei der Laserschweißkopf (2) mit dem (ehemals) zweiten Lichtbogenbrenner (4) eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt, während der (ehemals) erste Lichtbogenbrenner (3) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit eine Schweißverbindung fertig stellt.
Verfahren zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen an vorzugsweise ebenen Blechen mit Blechdicken über 12 mm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßlänge mehr als ein Mal von einem aktiven Schweißsystem überfahren wird.
Verfahren zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen in Lage-/Gegenlagetechnik an vorzugsweise ebenen Blechen mit Blechdicken über 12 mm in Wannenlage unter Verwendung der Prozesskombination von Laser-MSG Hybridtechnik und MSG-Technik nach den Ansprüchen 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung von zwei Lichtbogenbrennern (3, 4) und einem Laserschweißkopf (2) im ersten Durchlauf der Laserschweißkopf (2) mit dem ersten Lichtbogenbrenner (3) in hybrider Anordnung eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt während der zweite Lichtbogenbrenner (4) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die erste Seite der Schweißverbindung fertig stellt, danach eine Neupositionierung der Schweißköpfe erfolgt, indem der erste Lichtbogenbrenner (3) aus der hybriden in die kombinierte Anordnung und der zweite Lichtbogenbrenner (4) aus der kombinierten in die hybride Anordnung wechselt, wobei nach dem Wenden eines Bauteils während oder nach der Rückbewegung des Schweißsystems die Gegenseite geschweißt wird, wobei der Laserschweißkopf (2) mit dem (ehemals) zweiten Lichtbogenbrenner (4) eine gemeinsame Wirkzone bildet und die erste Lage erzeugt während der (ehemals) erste Lichtbogenbrenner (3) in kombinierter Anordnung die zweite Lage schweißt und damit die Schweißverbindung fertig stellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MSG-Technik auch durch Plasma-Technik ersetzt wird oder eine Kombination der beiden Lichtbogentechniken verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MSG-Techniken mit Drahtelektrode, mit Bandelektroden oder Kombinationen davon betrieben werden.
Vorrichtung zum mechanisierten Schweißen von Stumpfstößen an ebenen Blechen oder an Rohren mit Blech- bzw. Wanddicken bis 12 mm und darüber hinaus unter Verwendung einer Prozesskombination von Laser-MSG-Hybridtechnik und MSG-Technik, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Wirkpunkte und die Orientierung der Wirkachsen von wenigstens zwei Lichtbogenbrennern (3, 4) in Bezug zu wenigstens einem fest oder horizontal verschieblich angeordneten Laserschweißkopf (2) unter Verwendung wenigstens einer motorischen Achse so veränderbar ist, dass das Schweißverfahren richtungsunabhängig ausführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Wirkpunktes des Laserschweißkopfes (2) in Bezug zu wenigstens zwei Lichtbogenbrennern (3, 4) unter Verwendung wenigstens einer motorischen Achse so veränderbar ist, dass ein Schweißen richtungsunabhängig ausführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschweißkopf (2) nebst Laserstrahloptik auf einer Führungsbahn (6) horizontal verfahrbar ausgebildet und jeweils dem ersten oder dem zweiten Lichtbogenbrenner (3, 4) abwechselnd zur Ausbildung eines hybriden Schweißbades zustellbar ist.