用于借助于軌道焊接來連接由鋼制成的管的端部的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于利用由管端部形成的焊接口和用于焊接及檢驗焊縫的可圍繞焊接口軌道式地行駛的工具借助于軌道焊接來連接尤其由鋼制成的已對齊的且臨時點焊的管的端部的裝置。在此，該裝置由在兩個側(cè)面處在相應(yīng)的管端部處在焊接部位的區(qū)域中可安放到管端部上的且可固定地夾緊的引導基板構(gòu)成，其中，引導基板在中心具有圓形的凹口，其帶有徑向的開口用于穿引且用于在凹口中在中心容納待焊接的管，帶有固定地聯(lián)接在引導基板的相應(yīng)的背對焊接口的側(cè)面處的夾緊元件用于將引導基板與管端部夾緊，以及帶有在面向焊接口的內(nèi)側(cè)處在引導基板之間旋轉(zhuǎn)支承地布置的且圍繞管端部在中心可擺動至少360°的框架用于容納焊接及檢驗工具。
【專利說明】用于借助于軌道焊接來連接由鋼制成的管的端部的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于借助于軌道焊接 (Orbitalschweifien)連接鋼管的端部的裝置。
[0002] 本發(fā)明尤其涉及例如可具有2至20mm的壁厚和60至1600mm的直徑并且借助于 不同的焊接方法（例如激光束焊接、以混合技術(shù)的激光-電弧焊接或者電弧焊接）相互被 來連接成管路的管的焊接。下面管不僅被理解成環(huán)形的管而且被理解成帶有不同的橫截面 的空心型材。
【背景技術(shù)】
[0003] 以軌道技術(shù)焊接管例如由文件DE 103 34 446 Al大體已知。在此，公開了一種用 于連接兩個管端部的軌道焊接裝置，其中，該軌道焊接裝置被安放到第一管端部上且與其 夾緊而第二管端部被帶到在第一管端部之前的焊接位置中。借助于兩個錯位180°的焊頭 (Schweisskopf)(其在其方面圍繞軸線可擺動地來引導），可實施360°圓焊縫。在此不利 的是，需要兩個焊接口來將管焊接在整個周緣處。
[0004] 另一軌道焊接裝置由文件WO 2005/056230 Al已知，在其中使用了由金屬保 護氣體焊接和激光束焊接構(gòu)成的組合。該所謂的激光-MSG混合焊接特征在于，電弧和 激光束彼此以限定的距離布置并且可實現(xiàn)相對于純激光束焊接工藝更高的縫隙橋接性 (SpaltUberbrUckbarkeit)。該裝置包括引導環(huán)，其可對準第一管的管端部。該取向通過多 個沿著引導環(huán)周緣布置的夾緊螺栓（借助于其可精確地調(diào)節(jié)引導環(huán)與管表面的距離）實 現(xiàn)。引導環(huán)用于引導可在其上行駛的軌道車（Orbitalwagen)，軌道車除焊接口之外可容納 另外的用于過程監(jiān)控和焊縫檢驗的部件。利用所說明的裝置在移動應(yīng)用中以軌道焊接技術(shù) 將管焊接成管線（Pipeline)。
[0005] 在該裝置中不利的是帶有圍繞管閉合的引導環(huán)的復雜的結(jié)構(gòu)和管端的復雜的取 向和定心。定心恰好對于較大的管直徑相當復雜并且以相應(yīng)大的保持力在該裝置中要求附 加的定心裝置，以便在焊接期間實現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的焊接口（Schweififuge)。由此，該裝置 變得非常重并且僅以較高的耗費可地點靈活地使用。
[0006] 此外，焊接工藝的過程是復雜的，在其中必須將管端部推入該裝置中且定心并且 接著必須將焊接了的管根據(jù)長度從裝置中引出。
[0007] 概括來說可確定的是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)目前不存在可工業(yè)應(yīng)用的與在軌道焊接的質(zhì) 量和經(jīng)濟性方面的要求最佳地相協(xié)調(diào)的軌道引導系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明的目的是說明一種用于借助于軌道焊接來連接由鋼制成的管的端部的裝 置，其克服了所說明的缺點、也就是說可成本有利地制造以及可靈活地且以較小的時間耗 費應(yīng)用。
[0009] 該目的由前序部分出發(fā)結(jié)合權(quán)利要求1的特征部分的特征來實現(xiàn)。有利的改進方 案是從屬權(quán)利要求的組成部分。
[0010] 本發(fā)明的教導包括一種用于利用由管端部形成的焊接口和圍繞焊接口可軌道式 地行駛的用于焊接及檢驗焊縫（Schweiflnaht)的工具借助于軌道焊接來連接尤其由鋼制 成的已對齊的且臨時點焊的Oieftnahtgeschweifit)管的端部的裝置，其特征在于，該裝置 由在兩個側(cè)面處在相應(yīng)的管端部處在焊接部位的區(qū)域中可安放到管端部上的且可固定地 夾緊的引導基板（Fuehrungsgrundplatte)構(gòu)成，其中，引導基板在中心具有圓形的凹口， 其帶有徑向的開口用于在凹口中在中心容納待焊接的管，帶有固定地聯(lián)接在引導基板的相 應(yīng)的背對焊接口的側(cè)面處的夾緊元件用于將引導基板與管端部夾緊，以及帶有在面向焊接 口的內(nèi)側(cè)處在引導基板之間旋轉(zhuǎn)支承地布置的且圍繞管端部在中心可擺動至少360°的框 架用于容納焊接及檢驗工具。
[0011] 為了焊接，將該裝置以簡單的方式以引導基板對稱于焊接口有徑向距離地安放到 管端部上并且利用在兩側(cè)固定地聯(lián)接在引導基板處的夾緊元件與管端部夾緊。對此，在引 導基板中的圓形的凹口的直徑大于待容納的管端部的直徑。由此，該裝置也可有利地被用 于不同管直徑的焊接。待焊接的管在此位于引導基板的圓形的凹口中，其中，在引導基板與 管之間的徑向距離被調(diào)節(jié)成使得帶有用于焊接及檢驗工具的工具容納部的在引導基板之 間可旋轉(zhuǎn)地布置的擺動框架圍繞待焊接的管的縱軸線在中心伸延。
[0012] 一方面通過非常簡單的且因此成本有利的結(jié)構(gòu)，另一方面通過將該裝置有利地應(yīng) 用于已對齊的、也就是說定心的且臨時點焊的管，根據(jù)本發(fā)明的裝置克服了已知的軌道焊 接裝置的缺點。
[0013] 通過真正的軌道完成焊接（Orbitalfertigschweifiung)的管端部的定心和定位 焊接的分開，使該構(gòu)造在結(jié)構(gòu)上明顯更簡單且更靈活、也就是說可不受地點約束地使用。
[0014] 利用所提出的裝置，此外可利用僅僅一個焊頭在360 °上焊接周緣縫 (Umfangsnaht)〇
[0015] 有利地可使用激光束焊接用于管接合。對此，將由激光束源產(chǎn)生的原始束 (Rohstrahl)通過光導纖維導引至固定在行駛小車（Fahrwagen)處的光學裝置。其形成激 光束并且將它繼續(xù)導引到兩個管的接頭上。為了該目的，有利地使用有角度的光學裝置，其 中，激光束的準直（Kollimierung)為150mm而對焦（Fokussierung)為200mm。此外，附加 地在光學裝置處安裝有所謂的LWM傳感器（Laser-Welding-Monitor)，其用于檢測以下量： ?發(fā)射的等離子光， ?背反射的激光輻射， ?在光束分離器處反射的激光功率。
[0016] 對于使用有角度的光學裝置的原因在于減小通過光導纖維的工作范圍。光導纖維 具有較大的曲率半徑并且將極強地增大對于環(huán)繞必需的工作范圍。通過使用有角度的光學 裝置，可能在管縱軸線的方向上鋪設(shè)和聯(lián)接光導纖維。光學裝置的進給運動通過兩個進給 軸線實現(xiàn)，對于該過程在Y(縱向于管軸線）和Z(在相對于管表面的徑向上）方向上的精 確定位，其有利地構(gòu)造為滾珠絲杠傳動裝置（Kugelumlaufspindelgetriebe)。
[0017] 為了檢測焊接接頭（Schweifistofi)、尤其棱邊錯位（Kantenversatz)和縫隙，在本 發(fā)明的有利的改進方案中由線性激光（Linienlaser)產(chǎn)生的線條（Linienstrich)橫向于 接頭由攝像機來檢測。如此記錄的值被用于縫編程（Nahtprogrammierung)。激光線由攝像 機軟件來檢測并且通過位置計算影響光學裝置的高度及和側(cè)面調(diào)節(jié)。緊接焊接過程將攝像 機用于縫的形貌（Topografie)。在此注意縫高起（NahtUberhShung)和向外敞開的焊接缺 陷。攝像機和線性激光如光學裝置那樣在兩個擺動箍（Schwenkbuegel)之間在中央安裝在 行駛小車上并且以圍繞管的環(huán)繞運動來引導。
[0018] 為了評估內(nèi)部的焊接缺陷，兩個超聲波檢測頭跟隨焊頭一起圍繞管被引導。在此， 檢測頭中的各個布置在焊縫的每側(cè)上。檢測頭本身作為柱體可旋轉(zhuǎn)地布置并且有利地無耦 合地（koppelmittelfrei)起作用。其以經(jīng)由軸線可調(diào)節(jié)的相對于接頭的距離來安裝并且 通過彈簧張緊被保持與管接觸。對于不同的管直徑，經(jīng)由軸線的高度調(diào)節(jié)然而也是可能的。 如光學裝置和攝像機那樣，超聲波檢測頭在這兩個內(nèi)部的板之間安裝在中央并且與其共同 圍繞管來行駛。
[0019] 該設(shè)備的操作通過外部控制器實現(xiàn)，通過其可來操控激光設(shè)備和裝置技術(shù)。其檢 測且還處理超聲波檢測頭的攝像機和位于光學裝置處的LWM傳感器的所有數(shù)據(jù)。在此，通 過軟件來確定和起動精確的程序進程。
[0020] 補充于對于真正的焊接過程必要的工具，借助于行駛小車可來引導另外的對于焊 接過程必要的、輔助焊接過程的或者對于接下來的生產(chǎn)步驟需要的工具或部件。這例如可 以是通過縫測量或缺陷探測用于焊縫的無破壞的質(zhì)量控制的縫跟蹤系統(tǒng)或測量器件。借助 于在焊接過程之前運動的系統(tǒng)，可來檢測縫接口并且在其位置中來調(diào)節(jié)隨后的焊接過程。
[0021] 借助于例如光學系統(tǒng)，此外可能進行焊縫的質(zhì)量檢測。
【具體實施方式】
[0022] 圖1說明了根據(jù)本發(fā)明的裝置的基本結(jié)構(gòu)。其由兩個圓環(huán)形的引導基板2構(gòu)成， 引導基板2設(shè)有徑向開口，以便能夠?qū)⑵浒卜诺酱雍系墓?、1'上。內(nèi)部的圓環(huán)直徑大于 待焊接的管1、1'的直徑，以便通過徑向間隙能夠?qū)τ诤附蛹皺z驗工具的中心環(huán)繞進行精 確校正。為了將該裝置固定在管1、1'的端部上，在引導基板2的背對焊接口的外側(cè)處安裝 有夾緊元件3,利用其將這兩個引導基板2各與一管端部通過夾緊元件3夾緊。
[0023] 在引導基板2的內(nèi)部的面向焊接口的側(cè)面處，分別將同樣設(shè)有徑向開口的圓環(huán)形 的擺動箍4、4'旋轉(zhuǎn)支承地來引導，使得其可實施圍繞管1、1'沿著引導基板2的圓周運動。 擺動箍4、4'剛性地借助于工具容納部5、5'相互連接成擺動框架，其中，可將所有的接合和 檢驗技術(shù)的部件裝配在工具容納部5、5'上。
[0024] 圖2以剖示圖示意性顯示了擺動箍或擺動框架的環(huán)形引導。圓環(huán)形的引導基板2 被安放到管1上并且利用夾緊元件3與管1夾緊。通過在管1的外直徑與引導基板2的內(nèi) 部的圓環(huán)直徑之間的徑向間隙，可實現(xiàn)裝置關(guān)于管1的縱軸線的精確的中心校正。為了使 擺動箍4、4'的圓周運動成為可能，其有利地通過分別布置在引導基板2與擺動箍4、4'之 間的圓環(huán)形的導軌6軌道式地可擺動地來引導。導軌6安裝在擺動箍4、4'處并且分別通 過布置在導軌6的外和內(nèi)表面處的導輥7 (其在其方面與引導基板2相連接）來引導。
[0025] 為了驅(qū)動擺動框架的環(huán)繞運動，根據(jù)本發(fā)明在兩側(cè)上分別在擺動箍4、4'與引導 基板2之間安裝有齒圈和驅(qū)動馬達（這里未示出）。這兩個齒圈固定在擺動箍4、4'處并且 一起實施環(huán)繞運動。馬達與引導基板2相連接并且將旋轉(zhuǎn)運動通過小齒輪傳遞到齒圈上。
[0026] 在馬達與小齒輪之間，在本發(fā)明的有利的改進方案中安裝有由行星傳動裝置和蝸 輪構(gòu)成的傳動部（Obersetzung)。其負責旋轉(zhuǎn)運動的盡可能連續(xù)的起動和終止。
[0027] 圖3以示意性的視圖顯示了帶有裝配在布置在擺動箍4、4'之間的工具容納部5、 5'上的焊接及檢驗工具的在管縱軸線中安放到管端部上的裝置。出于更好的表示的原因， 在該視圖中僅示出后部的擺動箍4和通過這里未示出的工具容納部5、5'固定在其處的焊 接及檢驗工具。
[0028] 在擺動箍4處布置有可在不同的軸線中行駛的激光焊接裝置8，其由焊頭9和用于 徑向高度調(diào)節(jié)的行駛裝置10及用于在管縱向上定位的行駛裝置11構(gòu)成，利用其可使激光 束12精確地對準待連接的管1、Γ的焊接口。
[0029] 為了必需的縫幾何結(jié)構(gòu)的編程且因此為了激光的控制（例如定位、功率），焊接接 頭的幾何結(jié)構(gòu)、尤其棱邊錯位和縫隙借助于線性激光13產(chǎn)生的線條（這里未示出）橫向于 焊接口由攝像機14來檢測。
[0030] 如此記錄的值被用于縫編程。激光線由攝像機軟件來檢測并且通過位置計算影響 焊頭9的光學裝置的高度及側(cè)面調(diào)節(jié)。線性激光13和攝像機14為了精確的定位設(shè)有用于 高度及角度調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)裝置15。
[0031] 為了直接在焊接之后評估在焊縫中的缺陷，兩個超聲波檢測頭16在另外的這里 未示出的工具容納部上布置成使得其從兩側(cè)檢驗焊縫。超聲波檢測頭16可旋轉(zhuǎn)地來布置 并且可借助于另外的行駛裝置17、18徑向地在高度上和在管縱向上關(guān)于待檢驗的焊縫來 調(diào)節(jié)。超聲波檢測頭16優(yōu)選地適合于無稱合的檢驗。
[0032] 附圖標記清單
【權(quán)利要求】
1. 一種用于利用由管端部形成的焊接口和用于焊接及檢驗焊縫的能夠圍繞焊接口軌 道式地行駛的工具借助于軌道焊接來連接尤其由鋼制成的已對齊的且臨時點焊的管（1， 1'）的端部的裝置， 其特征在于， 所述裝置由在兩個側(cè)面處在相應(yīng)的所述管端部處在焊接部位的區(qū)域中能夠安放到所 述管端部上的且能夠固定地夾緊的引導基板（2)構(gòu)成，其中，所述引導基板（2)在中心具 有圓形的凹口，其帶有徑向的開口用于穿引且用于在所述凹口中在中心容納待焊接的所述 管（1，1'），帶有固定地聯(lián)接在所述引導基板（2)的相應(yīng)的背對所述焊接口的側(cè)面處的夾 緊元件（3)用于將所述引導基板（2)與所述管端部夾緊，以及帶有在面向所述焊接口的內(nèi) 側(cè)處在所述引導基板（2)之間旋轉(zhuǎn)支承地布置的且圍繞所述管端部在中心能夠擺動至少 360°的框架用于容納焊接及檢驗工具。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述框架由擺動箍（4, 4'）和由連接所述 擺動箍（4, 4'）的用于所述焊接及檢驗工具的工具容納部（5，5'）構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征在于，在所述引導基板（2)與所述擺動箍 (4, 4'）之間分別布置有圓環(huán)形的導軌（6)，所述擺動箍（4, 4'）能夠軌道式地圍繞所述管 (1，1'）擺動地支承在所述導軌（6)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述擺動箍（4, 4'）通過導輥（7)支承在 所述導軌（6)處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，激光、保護氣體和/或混合 式工作的焊頭（9)作為焊接工具被裝配在所述工具容納部（5，5'）上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，作為檢驗工具裝配有用于無 破壞的焊縫檢驗的系統(tǒng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，用于無破壞的焊縫檢驗的所述系統(tǒng)是超 聲波檢驗裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述超聲波檢驗裝置包括至少兩個超聲 波檢測頭（16)，其能夠在焊縫兩側(cè)安放到所述管端部上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置，其特征在于，除所述焊接及檢驗工具之外 在所述工具容納部上布置有另外的工具。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，另外的所述工具是預熱裝置、一個或多 個附加的焊頭、縫幾何結(jié)構(gòu)探測系統(tǒng)和/或縫跟蹤系統(tǒng)。
【文檔編號】B23K31/02GK104364047SQ201380019357
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月10日
【發(fā)明者】H-J.科克斯, J.溫克爾斯, S.凱特爾, J.諾伊貝特, S.魯?shù)? 申請人:薩爾茨吉特曼內(nèi)斯曼管線有限責任公司