DE19840804A1 - Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren unterschiedlicher Wanddicken und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schraubenlinienförmiges Verformen eines Stahlbandes zu dem Rohr - Google Patents
Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren unterschiedlicher Wanddicken und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schraubenlinienförmiges Verformen eines Stahlbandes zu dem RohrInfo
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Abstract
Ein Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren unterschiedlicher Wanddicke und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schraubenlinienförmiges Verformen eines Stahlbandes zu dem Rohr mit Hilfe von gegeneinander auf das zu wickelnde Band wirkenden Veformungswalzen und durch gleichzeitiges Verschweißen der aneinander liegenden Bandkanten miteinander, ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im unteren Bereich des Rohres, also in der Nähe der Verformung, außen ein Laser-Schweißkopf angeordnet wird (Figur 1).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren
unterschiedlicher Wanddicken und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schrauben
linienförmiges Verformen eines Stahlbandes zu dem Rohr mit Hilfe von gegeneinander auf
das zu wickelnde Band wirkenden Verformungswalzen und durch gleichzeitiges
Verschweißen der aneinander liegenden Bandkanten miteinander.
Aus dem einschlägigen Sachgebiet des Laserschweißens ist gemäß DE 39 26 781 C2 ein
Verfahren zum Verschweißen von zwei überlappend aneinander liegenden Werkstücken und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt sowie gemäß DE 39 42 048 A1 ein
Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweißen, das sich mit einer Laserschweißdüse mit
Pulverzuführung beschäftigt.
Desweiteren ist bekannt, daß z. Z. in einem deutschen Rohrwerk eine vorhandene
Spiralrohrmaschine von der konventionellen Unterpulver-Schweißtechnik auf eine CO2-
Laserschweißung umgerüstet wird.
Die Laserschweißung erfolgt einseitig von innen mit Zusatzkaltdraht, um den Schweißspalt
zu überbrücken.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist die schlechte Zugänglichkeit zum Laserkopf im
Innern des Rohres, was bei kleineren Rohrdurchmessern sogar unmöglich ist. Beim
Laserschweißen ist aber gerade die regelmäßige Kontrolle der Schweißnaht erforderlich.
Deshalb besteht das Bedürfnis, eine Laserschweißung von außen zu realisieren. Bisher
realisierte Außenschweißungen bestanden ausschließlich aus konventionellen Unter-Pulver-
Schweißverfahren. Diese Unter-Pulver-Schweißköpfe mußten immer im oberen Bereich des
Rohres angeordnet sein, um zu verhindern, daß die Schweißpulver aus der Schweißnaht
herausläuft. Da die Rohrformung jedoch im unteren Bereich erfolgt mußte an dieser Stelle
zwingend eine Innenschweißung erfolgen.
Um jetzt eine Außenschweißung ohne innere Gegenschweißung zu realisieren, wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, im unteren Bereich des Rohres, also in der Nähe der
Rohrformung, außen einen Laser-Schweißkopf anzuordnen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Schweißen mittels
zweier Schweißköpfe durchgeführt wird, wobei für das äußere Schweißen ein Laser-
Schweißkopf vorgesehen wird und für das innere Schweißen vorzugsweise ein Schutzgas-
oder Unter-Pulver-Schweißkopf.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß beim Laser-Schweiß-Verfahren
die Schweißspaltbreite abgetastet wird zur Steuerung einer zusätzlichen Materialzufuhr in
Form eines Schweißdrahtes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vermerkt daß bei großen Rohrwanddicken
sowohl von außen als auch von innen eine Laser-Schweiß-Vorrichtung eingesetzt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zur Definition der
Spaltbreite und des Kantenversatzes für das folgende Laser-Schweißen eine konventionelle
Heftschweißung erfolgt.
Bei der Erfindung ist die Überlegung maßgebend, daß mit Hilfe der CO2-Laserschweiß
technik wesentlich höhere Schweißgeschwindigkeiten erzielt werden können als mit der
konventionellen Unterpulver-Schweißtechnik, was im wesentlichen durch eine geringere
Wärmeeinbringung (= geringe Wärmeeinflußzone) erreicht wird.
Weitere Vorteile sind eine hohe Schweißnahtqualität, geringe Nahtüberhöhung, keine
Nacharbeit und ein größeres Tiefen-/Breitenverhältnis der Naht.
Erfindungsgemäß kann das Verfahren mit allen zur Schweißung geeigneten Laserarten
(CO2-, HeNe-, Festkörper-Laser usw.) angewendet werden.
Das Verfahren kann mit Laser-Schweißungen mit und ohne Zusatzmaterial (Zusatzdraht/-drähte,
Heiß- und Kaltdraht/-drähte) verwendet werden.
Weiterhin kann das Verfahren auch mit einem Plasma-unterstützten Laserschweißverfahren
(Hybrid-Schweißen) durchgeführt werden. Die Laserschweißverfahren sind geeignet zum
Verschweißen von Stahl, Aluminium und anderen schweißbaren Materialien.
Der Laserstrahl kann mittels Linsen oder Spiegeln fokussiert werden.
Eine einseitige Laserschweißung ist gemäß Stand der Technik nur bis zu einer Wanddicke
von max. 20 mm möglich.
Für solche Wanddicken sind sehr große und teure CO2-Laser-Anlagen erforderlich, und der
Abstand der Geschwindigkeiten zum UP-Schweißverfahren verringert sich deutlich. Um
diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß entweder mit 2 Laseranlagen
gearbeitet (1 Laser für die Innenschweißung und 1 Laser für die Außenschweißung) und/oder
in der Kombination mit einer konventionellen Schweißeinrichtung, die nach dem UP- oder
Schutzgas-Verfahren arbeitet.
Mit diesen kombinierten Verfahren werden folgende Vorteile erreicht:
- a) Schweißen von Banddicken über 20 mm
- b) Höhere Schweißgeschwindigkeiten im oberen Dickenbereich
- c) Geringe Schweißspaltempfindlichkeit, insbesondere bei der Kombination mit der konventionellen Schweißtechnik, was besonders wichtig ist bei der Umrüstung von vorhandenen Anlagen.
Ein weiterer Grund für das Schweißen von innen ist, daß ein Schweißen in 6-Uhr-Position
nur von innen möglich und notwendig ist, weil dort die Zylinderform für das Rohr entsteht und
diese sich nicht beim weiteren Drehen mehr verändern kann.
Probleme für das Laser-Schweißen von innen:
- - ein großer Platzbedarf ist notwendig
- - kleine Rohrdurchmesser sind nicht möglich
- - die Konstruktion des (schwingungsentkoppelten) Strahlenganges ist sehr aufwendig und
- - die Kosten sind größer.
Vorteile für das UP-Schweißen von innen und Laserschweißen von außen:
- - kleinere Rohrdurchmesser als beim Laserschweißen sind möglich
- - die erste Schweißung erfolgt dort, wo das Rohr entsteht
- - bei kleinen und mittleren Wandstärken ist eine höhere Schweißgeschwindigkeit als bei beidseitigem UP-Schweißen möglich
- - der Anstieg der Investitionskosten für größere Wandstärken ist geringer als bei reinem Laserschweißen.
Bei Neuanlagen wird der Schweißspalt und auch der Bandkantenversatz durch geeignete
maschinentechnische Maßnahmen wie z. B. eine statisch bestimmte Zwei-Punkt-Führung
des Bandes, Bearbeitung der Bandkanten durch Fräsen und Glätten sowie einer 3-Walzen-
Formung mit innerer Rohrabstützung so gering wie möglich gehalten.
Mit den vorstehend beschriebenen Einrichtungen kann der Schweißspalt in Verbindung mit
einer bekannten Schweißspaltregeleinrichtung in engen Grenzen gehalten werden, so daß
es möglich ist, die Laserschweißung ohne Zusatzdraht durchzuführen, womit höhere
Schweißgeschwindigkeiten erreicht werden können.
Diese für das Laserschweißen notwendige Schweißspaltkonstanz kann aber bei der
Verarbeitung von Warmbreitband (Coils) nicht immer erreicht werden, insbesondere am
Bandanfang und Bandende.
Deshalb wird erfindungsgemäß der Schweißspalt ständig abgetastet und bei Überschreitung
des zulässigen Spaltes ein Zusatzdraht aktiviert, unter gleichzeitiger Anpassung der
Schweißgeschwindigkeit.
Mit dieser Maßnahme wird ein optimaler Produktionsausstoß bei hoher Qualität der
Schweißnaht erreicht.
Eine weitere Möglichkeit, den definierten Schweißspalt konstant zu halten, ist mit einer
konventionellen Schweißmethode eine permanente Heftung beider Bandkanten auszuführen.
Damit der Fokuspunkt des Laserkopfes beim eventuellen Wandern des Spaltes immer die
Bearbeitungsstelle trifft, muß eine Fokuspunktnachführung (-regelung) durch taktilen oder
optischen Sensor rechtwinklig zur Vorschubgeschwindigkeit oder durch Kopierung der
Bandkante vorgesehen werden.
Die Erfindung wird anhand der gezeichneten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
die Außen-Laser-Schweißung.
In dieser Figur wird das Schweißen gezeigt, wo nur eine Laserschweißung von außen in
einer Draufsicht und einem Querschnitt dargestellt ist.
Fig. 2
zeigt das Schweißverfahren mit einer Unterpulver-Schweißung innen und einer Laser-
Schweißung von außen in einer Draufsicht und einem Querschnitt.
Fig. 3
zeigt ein weiteres Schweißverfahren mit einer Laser-Schweißung innen und einer Laser-
Schweißung außen in einer Draufsicht und in einem Querschnitt.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Die Figuren zeigen:
mit 1: das zu schweißende Rohr
mit 2: die Rohrformungsrollen
mit 3: die Fokussiereinheit
mit 4: den Strahlengang
mit 5: die Laserquelle
mit 6: die konventionellen Schweißstromquellen
mit 7: das Rohrformungsgerüst
mit 8: den inneren Biegebalken
mit 1: das zu schweißende Rohr
mit 2: die Rohrformungsrollen
mit 3: die Fokussiereinheit
mit 4: den Strahlengang
mit 5: die Laserquelle
mit 6: die konventionellen Schweißstromquellen
mit 7: das Rohrformungsgerüst
mit 8: den inneren Biegebalken
Claims (5)
1. Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren unterschiedlicher Wanddicken
und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schraubenlinienförmiges Verformen eines
Stahlbandes zu dem Rohr mit Hilfe von gegeneinander auf das zu wickelnde Band
wirkenden Verformungswalzen und durch gleichzeitiges Verschweißen der aneinander
liegenden Bandkanten miteinander, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens im
unteren Bereich des Rohres, also in der Nähe der Verformung, außen ein Laser-
Schweißkopf angeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißen mittels
zweier Schweißköpfe durchgeführt wird, wobei für das äußere Schweißen ein Laser-
Schweißkopf vorgesehen wird und für das innere Schweißen vorzugsweise ein
Schutzgas- oder Unter-Pulver-Schweißkopf.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Laser-Schweiß-
Verfahren die Schweißspaltbreite abgetastet wird zur Steuerung einer zusätzlichen
Materialzufuhr in Form eines Schweißdrahtes.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei großen
Rohrwanddicken sowohl von außen als auch von innen eine Laser-Schweiß-
Vorrichtung eingesetzt wird.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Definition
der Spaltbreite und des Kantenversatzes für das folgende Laser-Schweißen eine
konventionelle Heftschweißung erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19840804A DE19840804A1 (de) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren unterschiedlicher Wanddicken und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schraubenlinienförmiges Verformen eines Stahlbandes zu dem Rohr |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19840804A DE19840804A1 (de) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren unterschiedlicher Wanddicken und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schraubenlinienförmiges Verformen eines Stahlbandes zu dem Rohr |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19840804A1 true DE19840804A1 (de) | 2000-03-09 |
Family
ID=7880100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19840804A Withdrawn DE19840804A1 (de) | 1998-09-07 | 1998-09-07 | Laser-Schweißverfahren zum Herstellen von Rohren unterschiedlicher Wanddicken und Rohrdurchmesser vorzugsweise durch schraubenlinienförmiges Verformen eines Stahlbandes zu dem Rohr |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19840804A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1493527A1 (de) * | 2003-07-03 | 2005-01-05 | Mannesmannröhren-Werke AG | Verfahren und Einrichtung zur Herstellung geschweisster Schraubennahtrohre aus Warmbandstahl |
DE102005024457A1 (de) * | 2005-05-24 | 2006-12-14 | Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule Aachen | Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von Werkstücken |
-
1998
- 1998-09-07 DE DE19840804A patent/DE19840804A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1493527A1 (de) * | 2003-07-03 | 2005-01-05 | Mannesmannröhren-Werke AG | Verfahren und Einrichtung zur Herstellung geschweisster Schraubennahtrohre aus Warmbandstahl |
DE102005024457A1 (de) * | 2005-05-24 | 2006-12-14 | Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule Aachen | Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von Werkstücken |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
8170 | Reinstatement of the former position | ||
8141 | Disposal/no request for examination |