DE19501945A1 - Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Metallrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Metallrohre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 41 17 263 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Rohre bekannt. Bei dem bekannten Verfahren ging es darum, eine aufwendige Bandentfettung mit umweltbedenklichen chlorierten Kohlenwasserstoffen zu umgehen. Dazu werden die Bandkantenbereiche vor dem Verschweißen auf eine solche Temperatur erhitzt, daß an der Bandoberfläche anhaftendes Fett verdampft. Die Fettschicht entsteht auf der Bandoberfläche beim Walzen des Bleches beim Hersteller und verbleibt auf der Oberfläche, um das Metall vor Korrosion zu schützen. Beim Schweißvorgang ist das Fett oftmals hinderlich.

Nach einer ersten Variante wird das Fett durch einen Laserstrahl verdampft, der auch die Bandkanten verschweißt. Nach einer zweiten Variante wird das Fett durch einen Laserstrahl verdampft, und die Verschweißung durch einen elektrischen Lichtbogen bewirkt. Der Laserstrahl erwärmt die Bandkanten auf ca. 500°C, so daß alles Fett verdampft, und die Bandkanten im Schweißpunkt noch gegenüber der Umgebungstemperatur vorgewärmt sind. Der Abstand zwischen dem Brennfleck des Laserstrahls und dem durch den elektrischen Lichtbogen erzeugten Schweißbad ist aus konstruktiven Gründen recht groß, so daß je nach der Wärmeleitfähigkeit des Metallbandes sowie der Fertigungsgeschwindigkeit die durch den Laserstrahl erzeugte Erwärmung der Bandkanten sich mehr oder weniger schnell verteilt. So sind beispielsweise bei der Verschweißung von Bändern aus Kupfer bzw. Aluminium die Bandkanten im Bereich des Schweißpunktes kaum noch vorgewärmt, bei legierten Stählen z. B. nichtrostendem Stahl wird man wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit noch eine spürbare Erwärmung der Bandkanten feststellen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine nennenswerte Erwärmung der Bandkanten und damit eine Erhöhung der Fertigungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßten Merkmale gelöst.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß jeder Laserstrahl von einer gesonderten Laserquelle ausgesendet wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine seitliche Ansicht einer Vorrichtung, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Von einem Bandablauf 1 wird ein Stahlband 2 abgezogen und einer Besäumungseinrichtung 4 zugeführt, in welcher die Bandkanten beschnitten werden. Das Stahlband 2 gelangt unbehandelt, d. h. versehen mit dem vom Stahlbandhersteller werksseitig aufgebrachten Fettfilm in eine Formeinrichtung 5, in welcher das Stahlband 2 in mehreren Stufen zum Schlitzrohr 6 geformt wird. Die erste Formstufe 7 ist ein Rollenwerkzeug, wogegen die nachfolgenden Formstufen konusartig geformte Rohre und dahinter angeordnete Ringe sind. Vor der ersten Formstufe 7, in welcher in der Regel den Bandkantenbereich die Krümmung des fertigen Rohres eingeformt wird, kann eine Kabelseele 8 z. B. Lichtwellenleiter in das noch offene Schlitzrohr eingelegt werden. Die Position 8 kann jedoch auch ein Metallrohr sein, welches in nicht dargestellter Weise konzentrisch zum Schlitzrohr 6 gelagert ist. Der Ringspalt zwischen dem Metallrohr und dem längsnahtgeschweißten Rohr kann mit einem selbstschäumenden Kunststoff auf der Basis von Polyurethan ausgeschäumt werden. Ein solches Verfahren ist an sich aus der DE-PS 17 79 406 bekannt.

Nach dem Austritt aus der Formeinrichtung 5 wird das Schlitzrohr 6 unter einer Schweißeinrichtung 9 hindurchgeführt. Das geschweißte Rohr 10 kann mittels eines Ziehringes 12 in seinem Durchmesser reduziert werden. Als Abzugseinrichtung dient ein sogenannter Spannzangenabzug 13, der aus einer Vielzahl von das Rohr 10 fassenden und wieder freigebenden Spannzangenpaaren besteht, die an einer endlosen angetriebenen Kette befestigt sind. Das fertige Produkt kann dann auf eine Vorratsspule 14 aufgewickelt werden.

Wenn wärmeisolierte Leitungsrohre gemäß der DE-PS 17 79 406 gefertigt werden sollen, entfällt der Ziehring 12 und hinter dem Spannzangenabzug 13 befindet sich eine nicht dargestellte kontinuierliche Welleinrichtung.

Bei der Schweißeinrichtung 9 handelt es sich um eine Laser- Schweißeinrichtung.

Die Schweißeinrichtung ist in der Fig. 2 vergrößert dargestellt.

Die Schweißeinrichtung 9 besteht aus zwei in Längsrichtung des Schlitzrohres 6 hintereinander angeordneten Laser- Schweißköpfen 9a und 9b, die jeder über einen Lichtwellenleiter 10a und 10b mit jeweils einer gesonderten nicht dargestellten Laserquelle verbunden sind. Jeder Laserschweißkopf 9a und 9b weist eine Optik 11a und 11b auf, die den Laserstrahl bündelt, so daß der Brennpunkt auf, kurz über oder kurz unter der Schweißnaht befindlich ist.

Bei den in Rede stehenden Rohren handelt es sich um Rohre mit z. B. folgenden Abmessungen
Außendurchmesser 3 mm
Wanddicke 0,2 mm.

Solche Rohre, die aus nichtrostendem Stahl bestehen, werden als Schutzhülle für Lichtwellenleiter verwendet. Werden solche Rohre mit einer herkömmlichen Laserschweißeinrichtung hergestellt, sind Fertigungsgeschwindigkeiten von 6,5 m/min erreichbar. Um die Geschwindigkeit zu erhöhen, muß die Intensität des Laserstrahls erhöht werden. Dies hat zur Folge, daß das Metall verdampft und die reflektierte Energie nur schwer einzudämmen ist.

Hier setzt nun die Erfindung ein. Der Laserschweißkopf 9a erzeugt im Bandkantenbereich des Schlitzrohres 6 aus nichtrostendem Stahl einen Brennfleck, durch welchen die Bandkanten auf eine Temperatur von ca. 600°C erhitzt werden. Der Brennfleck des Laserschweißkopfes 9b bringt das vorgewärmte Material im Schweißnahtbereich zum Schmelzen und erzeugt eine Schweißnaht.

Damit die Brennflecken der Laserschweißköpfe 9a und 9b möglichst nahe beieinanderliegen, sind die Laserschweißköpfe 9a und 9b zur Vertikalen geneigt zueinander angeordnet. Der Neigungswinkel der Laserschweißköpfe 9a und 9b ist kleiner als 20°.

Bei Laserschweißköpfen mit etwa 1,5 kw sollte der Abstand a ca. 2 mm und der Neigungswinkel kleiner als 15° sein. Hierdurch wird verhindert, daß die abgestrahlte Energie des einen Laserschweißkopfes in den anderen Laserschweißkopf hereinstrahlt.

Mittels einer sog. Kühlschürze 12, die zwischen den Laserstrahlen angeordnet ist, kann die von der Oberfläche des Rohres 6 bzw. 10 zurückgestrahlte Energie absorbieren.

In der Fig. 2 ist eine Neigung der Laserschweißköpfe 9a und 9b in Richtung der Schweißnaht dargestellt.

Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar, wenn die Laserschweißköpfe quer zur Schweißnaht geneigt sind.

Auch eine Kombination aus beiden Neigungsrichtungen ist denkbar.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung längsnahtgeschweißter Metallrohre, bei dem ein Metallband von einer Vorratsspule abgezogen und allmählich zu einem Schlitzrohr geformt, und das Schlitzrohr mit einem Laserstrahl verschweißt wird, und bei welchem die Bandkanten vor dem Verschweißen erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen der Bandkanten durch einen weiteren gesonderten Laserstrahl erfolgt, wobei die Laserstrahlen für das Erhitzen und das Schweißen jeweils unter einem Winkel zur Vertikalen kleiner als 15° auf die Längsnaht treffen, der Abstand zwischen den von den Laserstrahlen erzeugten Brennflecken zwischen 1 und 5 mm beträgt, und die von dem ersten Laserstrahl in die Bandkanten eingebrachte Leistung ausreicht, die Temperatur der Bandkanten auf mindestens die Hälfte der Differenz T_S-T_R anzuheben, wobei T_S die Schmelztemperatur des Metalls und T_R die Raumtemperatur ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Bandkanten zurückgestrahlte Energie von gekühlten Schürzen absorbiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Festkörperlaser mit gleicher Leistung in der Größenordnung von 1-3 kw verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Brennflecks des ersten Laserstrahls größer ist als der Durchmesser des Brennflecks des zweiten Laserstrahls.