DE19736042A1 - Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Metallrohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Metallrohren mit Hilfe einer Laserschweißeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 44 34 134 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines längsnahtgeschweißten Metallrohres bekannt, bei welchem ein Metallband von einer Vorratsspule abgezogen und durch ein Formwerkzeug zu einem Rohr mit Längsschlitz geformt, und der Längsschlitz durch eine Laserschweißeinrichtung verschweißt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Gefahr besteht, daß von der Rohroberfläche reflektierte Laserstrahlen sich unkontrolliert ausbreiten können und sowohl zu Verletzungen von Menschen als auch zu Beschädigungen von Gegenständen führen können.

Es ist bekannt, daß nur ein geringer Anteil der Laserenergie als Schweißenergie zur Verfügung steht, und ein größerer Teil reflektiert wird. Die Gefahr besteht darin, daß das Laserlicht nicht im sichtbaren Wellenlängenbereich liegt, so daß hinsichtlich des Strahlenschutzes ein höherer Aufwand getrieben werden muß.

Aus der DE 195 01 945 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Metallrohre bekannt, bei dem der Längsschlitz des zu verschweißenden Rohres durch zwei Laserschweißköpfe verschweißt wird, die in Längsrichtung des Rohres geneigt sind. Zwischen den Laserschweißköpfen ist oberhalb der Schweißnaht eine wassergekühlte Schürze vorgesehen, welche die reflektierten Laserstrahlen absorbieren soll und die bei der Absorption aufgenommene Wärme über das Kühlwasser abtransportieren soll. Wegen des geringen Abstandes, der zwischen den Laserschweißköpfen eingehalten werden muß, ist die Funktion dieser Schürze sehr eingeschränkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, daß die von der Rohroberfläche reflektierten Strahlen weitestgehend unschädlich gemacht werden, und damit eine Gefährdung des Bedienungspersonals und anderer anwesender Personen weitestgehend ausgeschlossen ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch die Vielfachablenkung der Laserstrahlen innerhalb der als Gehäuse ausgebildeten Strahlenfalle und die geschwärzte Oberfläche die Energie der Laserstrahlen in Wärmeenergie umgewandelt wird und durch die Kühlung der Wandungen die Wärmeenergie abtransportiert werden kann.

Die Erfindung ist anhand des in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine seitliche Ansicht der Vorrichtung im Bereich der Schweißvorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht in Längsrichtung auf die Vorrichtung im Bereich der Schweißvorrichtung.

Ein Laserschweißkopf 1 ist unter einem Winkel α zur Vertikalen derart angeordnet, daß sein fokussierter Strahl 1a auf die nicht näher bezeichnete Längsnaht eines aus einem Metallband in kontinuierlicher Arbeitsweise geformten Schlitzrohres 2 gerichtet ist.

In Durchlaufrichtung des Rohres gesehen hinter dem Laserschweißkopf 1 ist eine Strahlenfalle 3 angeordnet, die an ihrer dem Laserschweißkopf 1 zugekehrten Seite eine Ausnehmung aufweist, die den Laserschweißkopf 1 zum Teil aufnimmt. Laserschweißkopf 1 und Strahlenfalle 3 sind so zueinander angeordnet, daß die reflektierten Laserstrahlen 1b in das Innere der Strahlenfalle 3 eingeleitet werden. Dort werden sie mehrfach an den Wänden reflektiert, wobei bei jeder Reflexion ein Teil der Laserenergie von der Wandung absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt wird. Durch ein Rohrsystem innerhalb der Wandung der Strahlenfalle 3 wird Kühlwasser geleitet, wodurch die Wärme abgeführt wird.

Die Strahlenfalle 3 ist als im Querschnitt rechteckiges Gehäuse ausgebildet, deren Seitenwände 3a, 3b, 3c und 3d Kupferplatten sind, die zu dem Gehäuse vereinigt vorzugsweise zusammengeschraubt sind. Jede der Kupferplatten 3a, 3b, 3c und 3d weist Längs- und Querbohrungen 3h auf. Eine Strahlenumlenkplatte 3e deckt das Gehäuse nach oben hin ab. Auch die Strahlenumlenkplatte besitzt durchgehende Bohrungen 3i. Die einzelnen Bohrungen 3h bzw. 3i der Platten 3a, 3b, 3c, 3d und 3e sind derart miteinander verbunden, daß sich ein durchgehendes Rohrsystem bildet, welches mit Kühlwasser beaufschlagt werden kann.

Die nach innen weisende Oberfläche der Strahlenumlenkplatte 3e ist in Richtung des Rohres 2 unter einem Winkel zur Horizontalen geneigt, der dem doppelten Wert des Neigungswinkels α des Laserschweißkopfes 1 entspricht. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die reflektierten Strahlen 1b mehrfach von der inneren Oberfläche der Platten 3a, 3b, 3c und 3d umgelenkt werden.

Zur Verbesserung der Absorption der Laserenergie ist die innere Oberfläche der Platten 3a, 3b, 3c, 3d und 3e schwarz, vorzugsweise schwarz verzinkt. In der Platte 3c ist eine Öffnung 3f vorgesehen, die eine Beobachtung des Schweißpunktes mit einer Videokamera 4 ermöglicht.

Da für den Laserschweißprozeß Schutzgas am Schweißpunkt zugeführt werden muß, und Gase durch Verbrennen von Fettresten und anderen Verunreinigungen auf der Rohroberfläche entstehen, ist eine kontinuierliche Absaugung erforderlich. Hierzu weist die Platte 3d einen Längsschlitz 3g auf, an den ein rechteckförmiges Absaugrohr 5 derart angebracht ist, daß über eine dem Längsschlitz 3g entsprechende Öffnung im Absaugrohr 5 Gasabtransport geschehen kann.

Die Strahlenfalle 3 ist in vertikaler Richtung verschiebbar, d. h. anhebbar und absenkbar angeordnet. Zur Vereinfachung des Anhebens und Absenkens ist ein Seil 6 an der Strahlenumlenkplatte 3e befestigt und über Rollen 7 und 8 geleitet. Am freien Ende des Seiles 6 ist ein Gewicht 9 befestigt, welches geringfügig leichter als das Gesamtgewicht der Strahlenfalle 3 ist. Im abgesenkten Zustand d. h. im Betriebszustand wird ein Sicherungsschalter 10 betätigt, der erst ein Einschalten des Laserschweißkopfes 1 ermöglicht. Als weitere Schutzmaßnahme sind außen an den Platten 3b und 3d Schutzbleche 11 vorgesehen.

Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme ist das Gehäuse 3 von einem weiteren Strahlenschutzgehäuse 12 umgeben, welches aus einem feststehenden Oberteil 12a und einem quer zur Rohrlängsachse verschiebbaren zweigeteilten Unterteil 12b besteht.

Das Strahlenschutzgehäuse 12 besteht aus z. B. Polymethylmethacrylat, welches z. B. unter dem Handelsnamen Plexiglas auf dem Markt erhältlich ist. Dieses Material ist durchsichtig, so daß der Fertigungsprozeß überwacht werden kann. Bei Beaufschlagung mit Laserstrahlung verformt sich dieses Material je nach Intensität der Strahlung zunächst und erst in einer nächsten Stufe entsteht ein Loch in der Wandung.

Das Absaugrohr 5 ist durch eine Öffnung mit Führung 13 durch die Dachwandung des Gehäuseteils 12a gleitend hindurchgeführt.

An dem Strahlenschutzgehäuse 12 ist ebenfalls ein Sicherheitsschalter 14 vorgesehen, der so geschaltet ist, daß die Anlage erst freigegeben wird, wenn das Strahlenschutzgehäuse 12 geschlossen ist.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Metallrohren, bestehend aus einer ein kontinuierlich zugeführtes Metallband zum Schlitzrohr formenden Rohrformvorrichtung sowie einer den Längsschlitz des Rohres verschweißenden Schweißeinrichtung, wobei die Schweißeinrichtung eine Laserschweißeinrichtung mit einem unter einem Winkel zur Vertikalen geneigten Laserschweißkopf ist, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Laserschweißkopf (1) eine Strahlenfalle (3) für reflektierte Laserstrahlen (1b) angeordnet ist, die aus einem metallischen Gehäuse mit einer wassergekühlten Wandung besteht, wobei die innere Oberfläche des Gehäuses geschwärzt ist und daß die Strahlenfalle (3) derart zum Laserschweißkopf (1) angeordnet ist, daß die reflektierten Laserstrahlen (1b) in das Gehäuseinnere eingeleitet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen rechteckigen Querschnitt mit vier Seitenwänden (3a, 3b, 3c, 3d) und einer dem Rohr (2) abgekehrten Dachwand (3e) aufweist und daß in der dem Laserschweißkopf (1) zugekehrten Wand (3a) eine Öffnung vorgesehen ist, innerhalb derer der Laserschweißkopf (1) in dem Gehäuse integriert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Seitenwände (3a, 3b, 3c, 3d) und die Dachwand (3e) ein Kanalsystem aufweisen, daß die Kanalsysteme miteinander verbunden sind und das verbundene Kanalsystem einen Wasserzulauf und einen Wasserablauf aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (3a, 3b, 3c, 3d) und die Dachwand (3e) aus Kupfer bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Oberfläche der Dachwand (3e) unter einem Winkel 2α zur Horizontalen verläuft, wobei α der Neigungswinkel des Laserschweißkopfes (1) zur Vertikalen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einer der Wände (3d) eine Öffnung (3g) vorgesehen ist, die mit einem Absaugrohr (5) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse von einem weiteren Strahlenschutzgehäuse (12) umgeben ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse in Strahlenschutzgehäuse (12) anhebbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse und das Strahlenschutzgehäuse (12) im abgesenkten Zustand je einen Sicherheitsschalter (10, 14) betätigen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Wandung des Strahlenschutzgehäuses (12) eine Öffnung vorgesehen ist, durch welche das Ausgangsrohr (5) hindurchgeleitet ist.