DE4343971A1 - Laser-Rohrschweißanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Laser-Rohrschweiß­ anlage zur Herstellung eines geschweißten Rundrohres aus einem flachen Vormaterialband.

Rohrschweißanlagen sind bekannt. Sie umfassen üblicher weise eine Formstation und eine Schweißstation. Ein Mate­ rialstrang, der zunächst durch ein flaches Vormaterial­ band gebildet ist, wie es im Schnitt schematisch in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, durchläuft in Transportrichtung die Formstation. In der Formstation befinden sich mehrere aufeinanderfolgende Formgerüste, von denen jedes zwei zusammenwirkende Formrollen auf­ weist. Zwischen den Formgerüsten der Formstation sind sogenannte Seitenschließer angeordnet. Die Seitenschließer und die Formrollen der Formgerüste krümmen das zunächst flache Vormaterialband zunehmend derart, daß es die Gestalt eines Schlitzrohres annimmt. Das Schlitzrohr ist mit einem in seiner Axialrichtung verlaufenden Schlitz 6 versehen, wie dies in Fig. 2 erkennbar ist, die schematisch und ausschnittsweise einen Querschnitt durch das Schlitzrohr zeigt. Die Bandkanten 4 des Vormaterialbandes 2 sind bei diesem Formvorgang zu Flan­ ken 8 des Schlitzes 6 geworden. Wie Fig. 2 erkennen läßt, verjüngt sich der Schlitz 6 radial nach innen. Der Schlitz 6 mit seinen Flanken 8 bildet eine V-förmige Schweißfuge, in die in der nachfolgenden Schweißstation beispielsweise durch Hochfrequenz- oder Schutzgasschwei­ ßen eine V-förmige Schweißnaht gelegt wird.

Bekannt ist auch eine Laser-Rohrschweißanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Diese bekannte Rohrschweißanlage weist in den in Transportrich­ tung letzten Formgerüsten der Formstation jeweils eine als "Messerscheibe" bezeichnete Scheibe auf, die radial in den Schlitz des Schlitzrohres hineinragt und in Be­ rührung mit dessen Flanken steht. Diese Scheiben haben die Aufgabe, das Schlitzrohr in der Formstation zu füh­ ren, insbesondere gegen Verdrehen zu sichern, und für die nachfolgende Schweißstation korrekt auszurichten. Ferner ist bei dieser bekannten Rohrschweißanlage in der Schweißstation eine Laser-Schweißvorrichtung vorgesehen. Eine solche ermöglicht eine höhere Schweißgeschwindigkeit sowie eine bessere Schweißnahtqualität als herkömmliche Schutzgasschweißvorrichtungen, so daß sich das Laser­ strahlschweißen insbesondere zum Schweißen von Edelstahl­ rohren eignet.

Beim Laserstrahlschweißen ist die Schweißnaht wesentlich schmaler als beim Schutzgasschweißen; die Schweißnaht hat beispielsweise lediglich eine Breite von 1 mm. Dies führt zu einer sehr schmalen Wärmeeinflußzone mit entsprechend geringer, kaum wahrnehmbarer Kornvergrößerung und nur geringer Entmischung der Legierungsbestandteile im Naht­ bereich. Notwendig ist beim Laserstrahlschweißen aller­ dings eine entsprechende Vorbereitung der Schweißfuge. Die V-förmige Schweißfuge gemäß Fig. 2 ist für das Laserstrahlschweißen nicht geeignet, weil der Abstand der Flanken 8 zu groß ist und darüberhinaus die Flanken 8 nicht parallel zueinander verlaufen.

Die dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 zugrundeliegende bekannte Rohrschweißanlage ist daher mit einer Bandkan­ tenfräseinrichtung versehen, die vor der Formstation an­ geordnet ist. Mittels der Bandkantenfräseinrichtung wer­ den die Bandkanten 4 des Vormaterialbandes 2 derart ange­ schrägt, wie dies gestrichelt in Fig. 1 angedeutet ist. Diese Anschrägung wird so dimensioniert, daß sich nach dem Formen in der Formstation ein Schlitz mit zueinander parallelen Flanken ergibt.

Die Kantenvorbereitung mittels der Bandkantenfräsein­ richtung erfolgt im Durchlauf mit relativ hoher Geschwin­ digkeit, weswegen entsprechend große Messerköpfe in der Bandkantenfräseinrichtung eingesetzt werden müssen. Bei der Bandkantenfräseinrichtung handelt es sich daher um eine vergleichsweise aufwendige und teure Konstruktion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungs­ gemäße Rohrschweißanlage dahingehend zu verbessern, daß der konstruktive Aufwand und dadurch der Investi­ tionsaufwand für die Rohrschweißanlage verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Rohr­ schweißanlage gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bei dieser dient zumindest eine der Scheiben in den Formgerüsten der Formstation nicht nur zur Führung des Schlitzrohres, sondern auch als Formwerkzeug, das durch plastisches Verformen der Flanken des Schlitzes diesen die gewünschte Ausrichtung zueinander gibt, insbesondere für parallelen Verlauf der Flanken der Schweißfuge sorgt. Dabei werden - ausgehend von nicht abgeschrägten Bandkanten - die radial weiter innen liegenden Flankenbereiche stärker in Um­ fangsrichtung des Schlitzrohres verdrängt als die radial weiter außen liegenden Flankenbereiche.

Bei der erfindungsgemäßen Rohrschweißanlage erfolgt somit die Fertigformung des Schlitzes und somit der Schweißfuge erst in der Formstation mittels der zumindest einen Scheibe. Eine Bandkantenfräseinrichtung ist somit nicht erforderlich. Der Aufwand für diese kann entfallen.

Obwohl die erfindungsgemäße Rohrschweißanlage vorzugs­ weise keine Bandkantenfräseinrichtung aufweist, ist die Erfindung auch anwendbar bei Rohrschweißanlagen mit einer Bandkantenfräseinrichtung. In diesem Fall würde die Bandkantenfräseinrichtung lediglich eine Grobbearbeitung der Bandkanten ausführen, die nur dementsprechend ge­ ringere Genauigkeitsanforderungen erfüllen müßte.

Die Scheiben in der Formstation würden dann die grob vorgearbeiteten Flanken des Schlitzes fertig bearbeiten. Auch dabei ist noch eine Verringerung des insgesamt er­ forderlichen konstruktiven Aufwandes für die Rohrschweiß­ anlage und demzufolge des Investitionsaufwandes erziel­ bar.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Rohrschweiß­ anlage liegt darin, daß die Fertigbearbeitung der Flanken des Schlitzes erst in der Formstation und nicht bereits vor dem Einlaufen in die Formstation erfolgt. Dadurch ist der Gefahr von Beschädigungen der Flanken in der Form­ station vorgebeugt.

Vorzugsweise erfolgt das plastische Verformen der Flanken des Schlitzes in mehreren Schritten, das heißt mit Hilfe mehrerer Scheiben, die in den letzten drei oder vier Formgerüsten der Formstation angeordnet sind.

Ferner kann in vorteilhafter Ausbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die verformende Scheibe eines Form­ gerüstes fest mit einer der Formrollen desselben ver­ bunden ist, und zwar in deren axialer Mitte sowie koaxial zur Formrolle angeordnet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen.

Fig. 1 schematisch im Querschnitt ein Vormaterialband;

Fig. 2 schematisch und ausschnittsweise im Querschnitt ein Schlitzrohr nach der Formung in einer Formstation, wenn die Bandkanten nicht angeschrägt worden sind;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Rohr­ schweißanlage;

Fig. 4 im vergrößerten Maßstab und ausschnittsweise einen Schnitt durch ein Formgerüst einer Formstation ge­ mäß A-B in Fig. 3;

Fig. 5 einen Schnitt durch ein Schlitzrohr nach der For­ mung in der Formstation gemäß Fig. 3; und

Fig. 6 vergrößert eine Einzelheit X in Fig. 5.

Die in Fig. 3 gezeigte Rohrschweißanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist eine Bandhaspel 10 auf, die als Doppelhaspel ausgebildet ist. Von dieser Bandhaspel 10 wird ein flaches Vormaterialband 2 abge­ zogen, das das Querschnittsprofil gemäß Fig. 1 mit geraden, nicht abgeschrägten Bandkanten 4 hat. Der zu­ nächst durch das Vormaterialband 2 gebildete Material­ strang ist in Fig. 3 lediglich durch eine strichdoppel­ punktierte Linie angedeutet und läuft in die strich­ punktiert in Fig. 3 dargestellte Anlagenachse 12 ein, entlang der der Materialstrang die Rohrschweißanlage in Transportrichtung, das heißt nach rechts in Fig. 3 durchläuft.

Auf die Bandhaspel 10 folgt in Transportrichtung eine Bandenbearbeitungsvorrichtung 4, aus der der Material­ strang direkt immer noch in Form des flachen Vormaterial­ bandes 2 in eine Formstation 16 einläuft. In der Form­ station 16 wird das flache Vormaterialband zu einem Schlitzrohr 18 (siehe Fig. 5) geformt, das mit einem in Axialrichtung des Schlitzrohres 18 verlaufenden Schlitz 20 versehen ist, der durch zueinander parallele Flanken 22 begrenzt ist, die einen geringen Abstand voneinander haben (siehe Fig. 6). Bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel der Rohrschweißanlage liegt der Schlitz 20 oben am Schlitzrohr 18, wenn dieses aus der Form­ station 16 austritt.

Aus der Formstation 16 läuft das Schlitzrohr 18 in eine Schweißstation 24, zu der ein Schweißrollenbock 26 gehört, der das Schlitzrohr 18 in der Schweißstation 24 führt und - ohne weitere Kaltreduktion des Schlitzrohres - die Flanken des Schlitzrohres 18 zueinander drückt, so daß der Schlitz 20 hinter dem letzten Formgerüst 32 bis zum Einlaufen unter einen Laser-Schweißstrahl weiter auf das erforderliche Maß verengt wird. Zur Schweißstation 24 gehört ferner eine Laser-Schweißvorrichtung 28, die den Laser-Schweißstrahl erzeugt, der auf den Schlitz 20 des unter ihm durchlaufenden Schlitzrohres 18 gerichtet ist, dessen Flanken 22 aufschmilzt und dadurch die Schweißung ausführt. Der Materialstrang tritt dann als geschweißtes Rundrohr aus der Schweißstation 24 aus und läuft in eine Nahtschleifmaschine 30 ein, in der die Schweißnaht bear­ beitet wird.

Den dargestellten und erläuterten Stationen der Rohr­ schweißanlage können weitere Stationen folgen, die jedoch für die Erläuterung der Erfindung ohne Bedeutung sind und daher hier unbetrachtet bleiben. Die Bandhaspel 10, die Bandenbearbeitungsvorrichtung 14, die Schweißstation 24 und die Nahtschleifmaschine 30 der vorstehend be­ schriebenen Schweißanlage können herkömmlich ausgebildet sein.

In der Formstation 16 folgen mehrere - beim dargestellten Ausführungsbeispiel acht - Formgerüste 32 aufeinander. Zwischen den Formgerüsten 32 ist jeweils ein Seiten­ schließer 34 angeordnet. Jedes Formgerüst 32 weist zwei zusammenwirkende Formrollen auf, von denen lediglich eine obere Formrolle 36 und eine untere Formrolle 38 in Fig. 4 ausschnittsweise dargestellt sind. Auch die Seiten­ schließer 34 weisen jeweils zwei zusammenwirkende Form­ rollen auf, von denen in Fig. 3 jeweils eine Formrolle 40 erkennbar ist. Während die Formrollen 36 und 38 der Formgerüste 32 übereinander mit zueinander parallel und horizontal verlaufenden Achsen angeordnet sind, sind die Formrollen 40 der Seitenschließer 34 nebeneinander mit zueinander parallelen und senkrechten Achsen angeordnet.

Das in die Formstation 16 einlaufende flache Vormaterial­ band 2 läuft in jedem der Formgerüste 32 und Seiten­ schließer 34 durch das jeweilige Formrollenpaar, wobei es von diesen plastisch verformt wird. Dabei wird das Vor­ materialband zunächst in einer zur Transportrichtung senkrechten Ebene gekrümmt und dann zunehmend 6 zum Rohr geformt und geschlossen. Während die Formrollen der Form­ gerüste 12 im wesentlichen die Krümmung bewirken, sorgen die Formrollen der Seitenschließer 34 im wesentlichen für das Schließen des sich ausbildenden Schlitzes. Es ver­ steht sich, daß das Profil der Formrollen der einzelnen Formgerüste 32 und Seitenschließer 34 dem dort jeweils vorhandenen Profil des Materialstranges sowie der ge­ wünschten Formänderung angepaßt ist. Die Formrollen 36 und 38 der in Transportrichtung letzten Formgerüste 32 sind zugleich Kaliberrollen, das heißt von ihnen wird der Rohrumfang auf das Naß des Kalibers unter gleichzeitiger Längung reduziert. Die Formrollen 36 und 38 der Formgerüste 32 sind auf nicht dargestellte Weise ange­ trieben. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird somit der Materialstrang mit Hilfe der Formrollen der Formgerüste 32 transportiert. Dies ist jedoch nicht notwendig; vielmehr kann für den Transport des Material­ stranges auch auf andere Weise gesorgt sein.

In den letzten, d. h. rechten drei Formgerüsten 32 der Formstation 16 ist jeweils die obere Formrolle 36 mit einer Scheibe 42 mit Kreisumfang gekoppelt. Die Scheibe 42 ist koaxial zur zugeordneten Formrolle 36 und in deren axialer Mitte angeordnet und fest mit der Formrolle 36 verbunden.

Die Wirkung der Scheibe 42 wird im folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. Vor dem Einlaufen des noch nicht fertig geformten Schlitzrohres 18 zwischen die beiden Formrollen 36 und 38 hat das Schlitzrohr 18 einen größeren Umfang als das durch die beiden Formrollen 36 und 38 definierte Kaliber. Die beiden Formrollen 36 und 38 reduzieren den Rohrumfang auf das Maß des Kali­ bers, was davon begleitet ist, daß die Bandkanten in Umfangsrichtung zueinander gedrückt werden, wie dies durch Pfeile C gezeigt ist. Die Scheibe 42 hat einen Außendurchmesser, der um soviel größer ist als der Durch­ messer der Formrolle 36 in deren axialer Mitte, daß die Scheibe 42 während des Einlaufens des Schlitzrohres 18 zwischen die Formwalzen 36 und 38 in den Schlitz des Schlitzrohres 18 eintritt, so daß sie schließlich in der in Fig. 4 gezeigten Weise in diesen Schlitz hineinragt. Die beiden Stirnseiten 44 der Scheibe 42, durch die die Dicke D der Scheibe 42 zwischen den Flanken 22 bestimmt ist, treten dabei in Berührung mit den Flanken des Schlitzes. Dabei ist die Dicke D der Scheibe 42 zwischen den Flanken 22 auf das Kaliber des betreffenden Form­ gerüstes derart abgestimmt, daß sie größer ist als der Abstand zwischen den Flanken des Schlitzes, die, wäre die Scheibe 24 nicht vorhanden, die gestrichelt in Fig. 4 dargestellte Lage 46 einnehmen würden. Dies hat zur Fol­ ge, daß die Scheibe 42 beim Eintreten in den Schlitz des Schlitzrohres 18 an den Flanken den Band- bzw. Rohr­ werkstoff plastisch verdrängt, so daß die Flanken 22 nach der plastischen Verformung mittels der Scheibe 42 um den Winkel α abgeschrägt sind. Der Winkel α der Abschrägung wird durch die Geometrie der Scheibe 42 derart vorge­ geben, daß sich am fertigen Schlitzrohr 18 die gewünschte Geometrie der Schweißfuge mit zueinander parallelen Flanken 22 in geringem Abstand ergibt (siehe Fig. 6).

Obwohl es möglich ist, mit lediglich einer einzigen Scheibe 42 die Flanken 22 fertigzuformen, erfolgt das Formen der Flanken vorzugsweise in mehreren aufeinander­ folgenden Schritten, d. h. in mehreren aufeinanderfolgen­ den Formgerüsten 32 mit dementsprechend mehreren Scheiben 42. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Rohrschweißanlage weisen die letzten drei Formgerüste 32 plastisch verformenden Scheiben 42 auf. Dabei müssen die verschiedenen Scheiben 42 in ihrer Geometrie jeweils dem Kaliber des betreffenden Formgerüstes angepaßt sein. Die Dicke D der Scheiben 42 zwischen den Flanken 22 nimmt in Transportrichtung fortlaufend ab, da der Schlitz des Schlitzrohres zunehmend enger wird. Auch der von den bei­ den Stirnseiten 44 der Scheibe 42 eingeschlossene Schei­ benwinkel β wird dem jeweiligen Formungsschritt angepaßt. Er nimmt in Transportrichtung gesehen von Scheibe zu Scheibe ab. Ein Scheibenwinkel β von 0°, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, hat sich als günstig für die in Transport­ richtung letzte der verformenden Scheiben 42 erwiesen. Wesentlich ist, daß - bei zunächst nicht abgeschrägten Bandkanten 4 (siehe Fig. 1) - insgesamt von den mehreren Scheiben radial innen an den Flanken mehr Material ver­ drängt wird als radial außen, damit sich am fertigen Schlitzrohr 18 der parallele Verlauf der Flanken 22 er­ gibt.

Obwohl es zweckmäßig ist, die plastische Verformung mit­ tels der Scheiben 42 erst im letzten Formgerüst 32 abzu­ schließen, kann sie auch schon in einem der vorangehenden Formgerüste 32 abgeschlossen werden.

Um das Eindringen der Scheibe 42 in den Schlitz des Schlitzrohres 18 zu erleichtern, ist die Scheibe an ihren äußeren Umfangskanten angefast, wie dies in Fig. 4 ge­ zeigt ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Scheiben 42 die Funktion eines Formwerkzeuges haben und ihre Geometrie auf diese Funktion abgestimmt ist. Zu­ gleich erfüllen die Scheiben 42 eine Führungsfunktion.

Ferner ergibt sich aus der vorstehenden Beschreibung, daß die Flankenbearbeitung mittels der plastisch verformenden Scheiben 42 eine vorbereitenden Bandkantenbearbeitung durch Fräsen überflüssig machen, so daß die Rohrschweiß­ anlage keine Bandkantenfräseinrichtung aufweist. Die plastisch verformenden Scheiben 42 können jedoch auch zugleich mit einer Bandkantenfräseinrichtung eingesetzt werden, wobei dann die plastisch verformenden Scheiben 42 die Fertigbearbeitung der Flanken ausführen und mittels der Bandkantenfräseinrichtung lediglich eine Grobbearbei­ tung erfolgt.

Eine Rohrschweißanlage mit einer Formstation und einer Laser-Schweißvorrichtung weist in ihrer Formstation zu­ mindest ein Formgerüst auf, das mit einer Scheibe ver­ sehen ist, die die Flanken des Schlitzes des durch das Formgerüst laufenden Schlitzrohres plastisch verformt. Durch diese plastische Verformung mittels einer oder mehrerer Scheiben erhält die Schweißfuge das für das Laserstrahlschweißen benötigte Profil. Eine Bandkanten­ fräseinrichtung zur Vorbereitung der Bandkanten im Hin­ blick auf die gewünschte Schweißfugengeometrie erübrigt sich.

Claims (7)

1. Rohrschweißanlage zur Herstellung eines ge­ schweißten Rundrohres aus einem flachen Vormaterialband, mit einer Formstation (16) und einer Schweißstation (24), wobei der Materialstrang in Transportrichtung zunächst die Formstation und anschließend die Schweißstation durchläuft, wobei die Formstation in Transportrichtung aufeinanderfolgende Formgerüste (32) aufweist, die je­ weils mit zwei zusammenwirkenden Formrollen (36, 38) ver­ sehen sind, die den durchlaufenden Materialstrang zuneh­ mend zu einem Schlitzrohr (18) fit einem in Axialrichtung desselben verlaufenden Schlitz (20) formen, wobei zumin­ dest eines der Formgerüste mit einer Scheibe (42) ver­ sehen ist, die bezüglich der Schlitzrohrachse radial in den Schlitz hineinragt und in Berührung mit dessen Flan­ ken (22, 22) steht, und wobei in der Schweißstation in den Schlitz des Schlitzrohres als Schweißfuge durch Laserstrahlschweißen eine Schweißnaht gelegt wird, so daß das geschweißte Rundrohr entsteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine oder mehrere der Scheiben (42) der Formstation (16) das Schlitzrohr (18) im Bereich der Flanken (22, 22) seines Schlitzes (20) plastisch derart verformen, daß die Flanken (22) in der Schweißstation parallel zueinander verlaufen.

2. Rohrschweißanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die eine oder die mehreren der ver­ formenden Scheiben (42) die radial weiter innen liegenden Flankenbereiche stärker in Umfangsrichtung des Schlitz­ rohres (18) verdrängt werden als die radial weiter außen liegenden Flankenbereiche.

3. Rohrschweißanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine oder die mehreren der ver­ formenden Scheiben (42) in den in Transportrichtung letz­ ten Formgerüsten (32) der Formstation (16) angeordnet sind.

4. Rohrschweißanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der verformen­ den Scheiben (42) drei ist.

5. Rohrschweißanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der verformenden Scheiben (42) koaxial zu einer der Formrollen (36) des zugehörigen Formgerüstes (32) in deren axialer Mitte an­ geordnet ist.

6. Rohrschweißanlage nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Scheibe (42) fest mit der Formrolle (36) verbunden ist.

7. Rohrschweißanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der ver­ formenden Scheiben (42) mit zueinander parallelen Stirn­ seiten (44) in Berührung mit den Flanken (22) des Schlitzes (20) steht.