CN1013742B - 制造小直径厚壁管的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一种由金属带生产具有厚壁和小直径管子的方法中，通过金属带连续的成型制成为管子，并且将其纵向边缘进行焊接，由一种具有15和80毫米之间的宽度、厚度为0.2至0.5毫米之间的金属带开始加工，同时，其宽度与厚度的比值适合于15和50之间。该金属带在焊接位置之前的驱动是可调的，并且焊好的管子在焊接区域中被强烈地冷却。

Description

本发明涉及一种制造纵向接缝焊接管的方法，其中，一个金属带连续地从一个贮存卷轴抽出，然后在其纵向边缘进行整修并逐渐制成带缝管，同时，在由成形滚筒构成的第一级成形段中，首先仅仅对金属带的边缘区施以生产管子的弯曲作用，然后，对该带缝管作纵向接缝焊接，并且该焊接管用一个在焊接位置后面的、夹持着的输出装置运送使之通过完工设备。

就借助光波导体作信息传递而言，一种光波导体电缆已是公知的，该电缆由一个纵向接缝焊接的，并卷曲的金属管组成，在其中设置有光波导体。这种电缆几乎可以制造成任意长度。在DE-OS    2743260中的这种电缆用于水下敷设是不适宜的，因为该卷曲外壳在原则上是不能承受大于100巴的压力的。

为了借助光波导体进行跨海洋的信息传递，一种新的电缆型式是必要的，在这种情况下，一方面将这种敏感的光波导体保护起来以防止压力和振荡，并且在具有很大的距离的情况下进行跨接，由于这种在光脉冲中所转换成的信息因阻尼而衰减，就有必要在一定的距离上设置放大器，以更新光脉冲。这种放大器必须供给电流。为了胜任这一任务，提供了一种由导体性能好的金属如铜或铝构成的厚壁管。这种厚壁管一方面保护光波导体使之免受外部的、在大海深处可能达到1000巴（bar）的压力，另一方面通过大的横截面积和用电驱动放大器的可能性，而不会发生该管横截面以不允许的方式发热，并由此使光波导体受损害。

为了能抵御高的压力，围绕光波导体的管子必须具有一个确定的 直径与壁厚比。这种管子只能用一种焊接方法来制造，其中，该光波导体在焊接前直接置入管子。由于特别高的压力载荷，人们从比较小的管径出发，特别是数公里的巨大长度要求为一个整体以避免在电缆上有拼结点。出于上述的原因，建议该管的外径在5和10毫米之间，而相应的壁厚为0.2至1.0毫米。具有这种规格的管子给连续生产带来了很大的困难。与在薄壁管时出现的、必须由拉出装置施加的力相比，这个作用力是相当高的。首先，该金属带通过一种有机的溶剂加以清洗，接着，在它的带子边缘处进行修整，因此，该管直径就可以精确地调整，并在焊接时带子的边缘没有氧化物。此后，该带子就在数级成形工序中制成带缝管。容易想象的是，不仅用于整边而且用于管子成形所施加的力在厚壁管的情况下明显大于薄壁管的情况。

在一个管子同时具有小的直径的情况下，该管子的横截面是不足以将这样高的作用力进行传递的。其结果是造成管子撕裂。所导致的困难还有，由于较小的直径，在焊接时会在整个范围内发热，以致使管子在焊接点上明显失去了抗拉强度。

因为对于很大的壁厚需要高的电流强度来焊接，所以在极限的情况下，管子的整个横截面上都加热到赤红。通过这强烈的加热，处于管子内部的光波导体也被牵连受热。

由此，作为本发明的任务是基于确定一种方法、带有小直径的厚壁管是可以以连续的工作方式，通过把一个金属带成形为带缝管，并随后焊接纵向缝隙，对此毫无问题地进行生产。特别是能够生产具有小于15毫米直径的而壁厚大于0.3毫米的管子。应当避免由于焊接的热量对在必要时所置于管内的电气或光学的导体所造成的损害。

这一任务将通过下列技术特征的组合加以解决。

a.该金属带具有一个15到80毫米间的宽度和一个0.2到2.5毫米间的厚度，同时，宽度对壁厚的比值处于15到50之间。

b.该金属带在焊接位置之前的驱动是可调节的。

c.该管子在焊接位置区域内加以冷却，同时，在焊接位置后面的管子有至少60%的管的园周面积与冷却剂接触。

通过对其宽度而言是极限壁厚的金属带的驱动，在焊接位置前所施加的作用力的大部分已经在焊接位置前被承受或者被平衡。

由于该管子在焊接位置的区域内强烈地冷却，所施加的焊接能量而加热的管壁区域就仅仅局限于焊缝上。有利的情况是，至少管子的园周表面的80%被冷却了。该焊缝不允许直接用冷却剂来冷却，因为存在着形成焊接缺陷的危险，例如在焊缝中形成气泡。这种冷却可以使用喷洒管子，或者将管子导入并穿过一个水浴会有特别的优点。还有，两种冷却方式的组合也是可行的。

为了在焊接位置之前不必要设置一个附加的驱动装置，按本发明的一个特别有利的结构方案是在整边的同时驱动该金属带。因为上述的滚轮剪切机被采用来整边，这种滚轮剪切机的驱动是特别容易实现的。其中，可以驱动滚轮剪切机的仅仅一个滚轮或者两个滚轮。

只有在厚壁的金属带的情况下才绝对地需要在将金属带加工成管子的过程中首先在金属带的边缘区域成形，以此来保证要焊接的金属带的正端面之平行度。为了这种成形，人们可根据所要达到的目的选用成形滚轮。

在本发明的续导结构中，已经证明，至少驱动一个成形滚轮是有意义的。为了提高该设备的功效，在该管子焊接之后再次拉伸是有利的，这就是说，使其直径变小一些。在一个相同的管子直径与壁厚比 的情况下，可以从一个较大的带宽开始。

本发明同样涉及一个实施该方法的设备。这样一种公知的设备包括：一个用于金属带的输出装置，一个整边机构，一个由多个成形阶段组成的、将金属带加工成管子的成形设备，一个将带缝管施以焊接的焊接装置，以及一个夹持在已焊管上的输出装置。在这种装置中，按本发明的整边装置由一个滚轮剪切机构成，同时，至少一个滚轮是用可调节的直流电机驱动的。另外，至少第一级成形机构是一个滚轮刀具，其中至少一个滚轮是用一个调节好的直流电机驱动的。在焊接位置之后可直接安置一个冷却剂容器，该管子可从中贯穿通过，同时，冷却剂按如下设置：即该冷却剂要至少包围管子园周的60%。

为了适应不同规格的管子，该冷却剂容器是可根据需要作高度调节的。

冷却剂容器具有一个盖子，同时在盖子上安置一个用于抽吸泵的连接件。依此，就可在冷却剂上方的汽体腔中产生一个低压力，这样，就可避免冷却剂汽体直接到达在冷却剂容器前面所设置的焊接位置。在焊接位置和输出装置之间，最好在冷却剂容器和输出装置之间安置一个拉环，如前所述，它可减少管子的直径。

具有特别优点的是，该焊接装置是一个置有至少两个电极的钨-惰性气体-焊接装置。由于采用多个电极，焊接电流可以分布在一个较长的焊缝上。

本发明的方法是可以特别有利方式应用于生产带有金属外壳的光学电缆，在金属壳内安置着敏感的光波导体。在此，直径与壁厚的比值在5和30之间。可使用一种导电性能好的金属如铜、铝以及它们的合金作为原材料。

本发明将借助于附图1-6中的图描绘的实施例作详细阐述。

附图1表明一个可实施本发明方法的装置侧视图。

一条铝带2，例如25毫米宽和壁厚1.1毫米从一个供带轮1上拉出。带2在一个带子清洗器3中除油和洗净。接着，在一个整边装置4中将带子的边缘作剪切，使之达到带子宽度为21毫米。依此保证了该带缝管的直径总是相等的。由此，将无氧化物的表面提供给焊接装置。在整边装置4的后面，带子2在具有数级工序的成形装置5中加工成一个带缝管6。第一级成形装置7是一个滚轮刀具（如以后要描述的），与此对应，后面的成形机构是锥形的管件，而后安置的是一些环。在第一级成形装置7之前要将光波导体8置入还敞开的带缝管中。

在成形装置5的后面置有焊接装置9，它是一个按照目的所要求的钨-惰性气体-焊接装置。

焊接好的管子10在焊接装置之后可直接输入到一个水容器11中，并在那里冷却。在冷却之后，该管子10可从一个拉伸环12中通过，拉伸环使得焊后管子10的外径减小。作为输出装置，根据需要置有一个所谓的弹簧卡头输出器13，它由数个将管10夹住而后又松开的弹簧卡头副组成，它们被固定在一个循环驱动的链上。然后完工的产品可以卷绕在一个贮存卷轴14上。这样一种装置，除了冷却装置以外是公知的。在该公知的实施结构中，铝带2以及焊接后的管子仅仅通过由弹簧卡头输出器13施加的力而拉过该设备。

在具有厚壁的和一个小直径管子的情况下，这种装置没有决定性的改变是不能使用的，因为在厚壁带时的变形力是如此之大，以致于这样限定的管子的小横截面不足以传递在焊接位置9前所施加的力。 该管子就会被撕裂。

本发明的装置与公知的不同点在于，该整边装置4以及第一级成形装置7是被驱动的。由此，在焊接位置9前对金属带2给予一个予推力，它承受了作用力的大部分。另外，该冷却装置11应考虑到，不要把管子的整个截面被输入的焊接电流加热，而是这种加热要限制在焊缝区。

附图2至5表明本发明的变型结构。

在图2中用侧视图描绘了整边装置4，它由两个滚轮15和16构成，从它们之间穿过铝带2，滚轮15具有两个切削刃17和18，它们将边条19和20从带2上剪下，而边条以公知的方式卷绕起来。滚轮16在其一侧置有一个曲形皮带盘21。通过齿形皮带盘21和齿形皮带22，该滚轮16由一个调好的直流电机23所驱动。图3表明整边装置4在金属带运行方向上的一个视图。图4表明在带2方向看去的第一级成形机构7。这个成形阶段由一个校准滚轮24以及两个支承滚轮25和26组成。该校准滚轮24，在横截面上看，在其端部置有弯曲的区域27和28，它们的弯曲半径与焊接管10的弯曲半径几乎一致。支承滚轮25和26的外壳表面相应地制成弯曲的。在校准滚轮24的园周表面中部的一个凹槽24a使之有可能将光波导体8在成形装置5之前置入。在金属带2通过第一级成形机构的过程中，校准滚轮24和支承滚轮25、26使金属带2的边缘区域29和30给出所希望的弯曲度。在焊接时，金属带2的剪切平面处于互相平行的状态，亦即在它们的整个平面上互相接触。在极限厚度的金属带的情况下，这种理想的状态是不能实现的。那么，人们就凑合使用在整边装置之后该边棱以未描绘出来的方式作斜切。

因为在厚壁带的情况下，边缘区域29和30的成形为具有小的弯曲半径需要巨大的力，校准滚轮24可通过一个调好的直流电机31作规则的驱动。电机23和31的调节可通过弹簧卡头输出器的驱动速度来实现。通过一个精确调节就可实现在被驱动滚轮15或24与金属带2之间不发生相对运动。

图5表明了焊接装置9以及后置的冷却装置11。作为焊接装置，采用了具有特别优点的、带有三个依次安装的电极9a、9b和9c的钨-惰性气体-焊接燃咀。这样一种电极结构将用于大壁厚焊接所需要的高电流强度分配到三个电极上，以便形成一个纵向的熔池。焊好的管子10然后到达一个水容器中，该容器设置一个新鲜水进口管33和一个加热冷却水的溢流管34。通过溢流管34流动的冷却水进入到一个另外的冷却容器35中，水从该容器35按照温度排回容器32或通过溢流管36排走。在容器的盖板上置有一个管接头37，其上接有一个未描绘出来的泵，它在容器32中的冷却剂的上方产生一个轻度的低压。由此就可以避免从入口38处来的水蒸汽进入到电极9a、9b和9c的区域中。

对于管子10的冷却来说重要的是，使管子尽可能大的园周范围与冷却水接触，同时必须注意，该焊缝与冷却水不可接触。为了对冷却水的水准面有一个精确的调节，该容器32的高度是可调的。抉择的方案也可以是将溢流管34构成为可调高度的。

此外重要的是，该水容器32要尽可能的靠近电极9c安装，依此，该管10在电极9a-9c区域中就可以理想地加以冷却。水的位置是如此调节的，即最好是管子10的至少80%的园周表面被冷却水包围。

图6表明一种具有纵向焊缝40的厚壁管39构成的电气导体。该管子39由铝制成，并且其直径为8毫米及壁厚为0.8毫米。在管子39内部，置有数根光波导体41，在所示实施例的情况中，该导体依次安置在一个薄片42上。许多这样的薄片是彼此重叠安置的，同时，这个结构围绕其纵向轴作扭转，以使光波导体在受热或冷却时能够自由伸展或收缩。对于这个实施例来说，本发明的方法是有巨大优点的，因为光波导体41的一种过度加热是不必担心的。在这个实施结构中，该管子39除了力学性能的要求外，如高的抗压强度和高的抗拉强度，还有供给用于光脉冲放大器的电流。

在管子39上还可以用未描绘出的方式敷设一层加固层和塑料外壳。

在一种同轴电缆的情况下，该管39起到内导体的作用，并能够用一种塑料层和另外一种金属外导体包围起来。

所描述的电缆可以生产几乎无限的长度。且具有这样的抗拉强度：即没有多大困难就可以铺设。

Claims (9)

1、一种生产纵向接缝焊接管的方法，其中，一条金属带连续地从一个贮存卷轴上抽出，在其纵向边棱上整修，然后逐渐加工成带缝管，同时，在第一个由成形滚轮组成的成形阶段中，制管的弯曲作用首先仅仅施加在金属带的边缘区域，然后该带缝管进行纵向接缝的焊接，并且焊接后的管子用一个在焊接位置后面的管子上所夹持的输出装置输送使之通过完工设备，其特征在于：

a.该金属带具有一个15到80毫米之间的宽度和一个0.2到2.5毫米之间的厚度，同时，宽度对壁厚的比值处于15和50之间，

b.金属带在焊接位置前的驱动是可调的，

c.该管子在焊接位置区域被冷却，同时，管子在焊接位置后至少其圆周表面的60%直接与冷却发生接触。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，该带子在整边期间的驱动是可调节的。

3、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该带子在第一个成形阶段中的驱动是可调节的。

4、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该焊接后的管子被拉伸到一个较小的直径。

5、按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该带子边缘在整边后被切斜。

6、按照权利要求1所述方法生产纵向接缝焊接管的装置，包括：一个金属带抽出装置，一个带子整边装置，一个将带子加工成管子的、由多个成形阶段组成的成形装置，一个将带缝管进行焊接的焊接装置，以及一个在焊后的管上夹持着的输出装置，其特征在于，该整边装置（4）由一个滚轮剪（15，16）组成，同时，至少一个滚轮（16）是用可调节的直流电机（23）驱动的，至少第一个成形阶段（7）是一个滚轮刀具（24、25、26），其中，至少一个滚轮（24）是通过一个可调的直流电机（31）驱动的，在焊接位置（9）之后直接安置一个冷却剂容器（11、32），管子（10）是可以从中贯穿通过的，而且，该冷却剂的位置是通过调节冷却剂容器（11，32）的高度和/或溢流管（34）的高度来进行调节的，以使冷却剂至少包围管子（10）的60%的圆周表面。

7、按照权利要求6所述的装置，其特征在于，该冷却剂容器（32）具有一个盖板，并在盖板上安置一个用于抽吸泵的接头（37）。

8、按照权利6或7所述的装置，其特征在于，在焊接位置（9）和输出装置（13）之间最好在冷却剂容器（11、32）和输出装置（13）之间安置一个拉伸环（12）。

9、按照权利要求6或7所述的装置，其特征在于，该焊接装置（9）是一个具有两个或多个电极（9a、9b、9c）的钨-情性气体-焊接装置（WIG）。

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