用于借助于轨道焊接来连接由钢制成的管的端部的装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于利用由管端部形成的焊接口和用于焊接及检验焊缝的可围绕焊接口轨道式地行驶的工具借助于轨道焊接来连接尤其由钢制成的已对齐的且临时点焊的管的端部的装置。在此，该装置由在两个侧面处在相应的管端部处在焊接部位的区域中可安放到管端部上的且可固定地夹紧的引导基板构成，其中，引导基板在中心具有圆形的凹口，其带有径向的开口用于穿引且用于在凹口中在中心容纳待焊接的管，带有固定地联接在引导基板的相应的背对焊接口的侧面处的夹紧元件用于将引导基板与管端部夹紧，以及带有在面向焊接口的内侧处在引导基板之间旋转支承地布置的且围绕管端部在中心可摆动至少360°的框架用于容纳焊接及检验工具。
【专利说明】用于借助于轨道焊接来连接由钢制成的管的端部的装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于借助于轨道焊接 (Orbitalschweifien)连接钢管的端部的装置。
[0002] 本发明尤其涉及例如可具有2至20mm的壁厚和60至1600mm的直径并且借助于 不同的焊接方法（例如激光束焊接、以混合技术的激光-电弧焊接或者电弧焊接）相互被 来连接成管路的管的焊接。下面管不仅被理解成环形的管而且被理解成带有不同的横截面 的空心型材。
【背景技术】
[0003] 以轨道技术焊接管例如由文件DE 103 34 446 Al大体已知。在此，公开了一种用 于连接两个管端部的轨道焊接装置，其中，该轨道焊接装置被安放到第一管端部上且与其 夹紧而第二管端部被带到在第一管端部之前的焊接位置中。借助于两个错位180°的焊头 (Schweisskopf)(其在其方面围绕轴线可摆动地来引导），可实施360°圆焊缝。在此不利 的是，需要两个焊接口来将管焊接在整个周缘处。
[0004] 另一轨道焊接装置由文件WO 2005/056230 Al已知，在其中使用了由金属保 护气体焊接和激光束焊接构成的组合。该所谓的激光-MSG混合焊接特征在于，电弧和 激光束彼此以限定的距离布置并且可实现相对于纯激光束焊接工艺更高的缝隙桥接性 (SpaltUberbrUckbarkeit)。该装置包括引导环，其可对准第一管的管端部。该取向通过多 个沿着引导环周缘布置的夹紧螺栓（借助于其可精确地调节引导环与管表面的距离）实 现。引导环用于引导可在其上行驶的轨道车（Orbitalwagen)，轨道车除焊接口之外可容纳 另外的用于过程监控和焊缝检验的部件。利用所说明的装置在移动应用中以轨道焊接技术 将管焊接成管线（Pipeline)。
[0005] 在该装置中不利的是带有围绕管闭合的引导环的复杂的结构和管端的复杂的取 向和定心。定心恰好对于较大的管直径相当复杂并且以相应大的保持力在该装置中要求附 加的定心装置，以便在焊接期间实现几何结构稳定的焊接口（Schweififuge)。由此，该装置 变得非常重并且仅以较高的耗费可地点灵活地使用。
[0006] 此外，焊接工艺的过程是复杂的，在其中必须将管端部推入该装置中且定心并且 接着必须将焊接了的管根据长度从装置中引出。
[0007] 概括来说可确定的是，根据现有技术目前不存在可工业应用的与在轨道焊接的质 量和经济性方面的要求最佳地相协调的轨道引导系统。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是说明一种用于借助于轨道焊接来连接由钢制成的管的端部的装 置，其克服了所说明的缺点、也就是说可成本有利地制造以及可灵活地且以较小的时间耗 费应用。
[0009] 该目的由前序部分出发结合权利要求1的特征部分的特征来实现。有利的改进方 案是从属权利要求的组成部分。
[0010] 本发明的教导包括一种用于利用由管端部形成的焊接口和围绕焊接口可轨道式 地行驶的用于焊接及检验焊缝（Schweiflnaht)的工具借助于轨道焊接来连接尤其由钢制 成的已对齐的且临时点焊的Oieftnahtgeschweifit)管的端部的装置，其特征在于，该装置 由在两个侧面处在相应的管端部处在焊接部位的区域中可安放到管端部上的且可固定地 夹紧的引导基板（Fuehrungsgrundplatte)构成，其中，引导基板在中心具有圆形的凹口， 其带有径向的开口用于在凹口中在中心容纳待焊接的管，带有固定地联接在引导基板的相 应的背对焊接口的侧面处的夹紧元件用于将引导基板与管端部夹紧，以及带有在面向焊接 口的内侧处在引导基板之间旋转支承地布置的且围绕管端部在中心可摆动至少360°的框 架用于容纳焊接及检验工具。
[0011] 为了焊接，将该装置以简单的方式以引导基板对称于焊接口有径向距离地安放到 管端部上并且利用在两侧固定地联接在引导基板处的夹紧元件与管端部夹紧。对此，在引 导基板中的圆形的凹口的直径大于待容纳的管端部的直径。由此，该装置也可有利地被用 于不同管直径的焊接。待焊接的管在此位于引导基板的圆形的凹口中，其中，在引导基板与 管之间的径向距离被调节成使得带有用于焊接及检验工具的工具容纳部的在引导基板之 间可旋转地布置的摆动框架围绕待焊接的管的纵轴线在中心伸延。
[0012] 一方面通过非常简单的且因此成本有利的结构，另一方面通过将该装置有利地应 用于已对齐的、也就是说定心的且临时点焊的管，根据本发明的装置克服了已知的轨道焊 接装置的缺点。
[0013] 通过真正的轨道完成焊接（Orbitalfertigschweifiung)的管端部的定心和定位 焊接的分开，使该构造在结构上明显更简单且更灵活、也就是说可不受地点约束地使用。
[0014] 利用所提出的装置，此外可利用仅仅一个焊头在360 °上焊接周缘缝 (Umfangsnaht)〇
[0015] 有利地可使用激光束焊接用于管接合。对此，将由激光束源产生的原始束 (Rohstrahl)通过光导纤维导引至固定在行驶小车（Fahrwagen)处的光学装置。其形成激 光束并且将它继续导引到两个管的接头上。为了该目的，有利地使用有角度的光学装置，其 中，激光束的准直（Kollimierung)为150mm而对焦（Fokussierung)为200mm。此外，附加 地在光学装置处安装有所谓的LWM传感器（Laser-Welding-Monitor)，其用于检测以下量： ?发射的等离子光， ?背反射的激光辐射， ?在光束分离器处反射的激光功率。
[0016] 对于使用有角度的光学装置的原因在于减小通过光导纤维的工作范围。光导纤维 具有较大的曲率半径并且将极强地增大对于环绕必需的工作范围。通过使用有角度的光学 装置，可能在管纵轴线的方向上铺设和联接光导纤维。光学装置的进给运动通过两个进给 轴线实现，对于该过程在Y(纵向于管轴线）和Z(在相对于管表面的径向上）方向上的精 确定位，其有利地构造为滚珠丝杠传动装置（Kugelumlaufspindelgetriebe)。
[0017] 为了检测焊接接头（Schweifistofi)、尤其棱边错位（Kantenversatz)和缝隙，在本 发明的有利的改进方案中由线性激光（Linienlaser)产生的线条（Linienstrich)横向于 接头由摄像机来检测。如此记录的值被用于缝编程（Nahtprogrammierung)。激光线由摄像 机软件来检测并且通过位置计算影响光学装置的高度及和侧面调节。紧接焊接过程将摄像 机用于缝的形貌（Topografie)。在此注意缝高起（NahtUberhShung)和向外敞开的焊接缺 陷。摄像机和线性激光如光学装置那样在两个摆动箍（Schwenkbuegel)之间在中央安装在 行驶小车上并且以围绕管的环绕运动来引导。
[0018] 为了评估内部的焊接缺陷，两个超声波检测头跟随焊头一起围绕管被引导。在此， 检测头中的各个布置在焊缝的每侧上。检测头本身作为柱体可旋转地布置并且有利地无耦 合地（koppelmittelfrei)起作用。其以经由轴线可调节的相对于接头的距离来安装并且 通过弹簧张紧被保持与管接触。对于不同的管直径，经由轴线的高度调节然而也是可能的。 如光学装置和摄像机那样，超声波检测头在这两个内部的板之间安装在中央并且与其共同 围绕管来行驶。
[0019] 该设备的操作通过外部控制器实现，通过其可来操控激光设备和装置技术。其检 测且还处理超声波检测头的摄像机和位于光学装置处的LWM传感器的所有数据。在此，通 过软件来确定和起动精确的程序进程。
[0020] 补充于对于真正的焊接过程必要的工具，借助于行驶小车可来引导另外的对于焊 接过程必要的、辅助焊接过程的或者对于接下来的生产步骤需要的工具或部件。这例如可 以是通过缝测量或缺陷探测用于焊缝的无破坏的质量控制的缝跟踪系统或测量器件。借助 于在焊接过程之前运动的系统，可来检测缝接口并且在其位置中来调节随后的焊接过程。
[0021] 借助于例如光学系统，此外可能进行焊缝的质量检测。
【具体实施方式】
[0022] 图1说明了根据本发明的装置的基本结构。其由两个圆环形的引导基板2构成， 引导基板2设有径向开口，以便能够将其安放到待接合的管1、1'上。内部的圆环直径大于 待焊接的管1、1'的直径，以便通过径向间隙能够对于焊接及检验工具的中心环绕进行精 确校正。为了将该装置固定在管1、1'的端部上，在引导基板2的背对焊接口的外侧处安装 有夹紧元件3,利用其将这两个引导基板2各与一管端部通过夹紧元件3夹紧。
[0023] 在引导基板2的内部的面向焊接口的侧面处，分别将同样设有径向开口的圆环形 的摆动箍4、4'旋转支承地来引导，使得其可实施围绕管1、1'沿着引导基板2的圆周运动。 摆动箍4、4'刚性地借助于工具容纳部5、5'相互连接成摆动框架，其中，可将所有的接合和 检验技术的部件装配在工具容纳部5、5'上。
[0024] 图2以剖示图示意性显示了摆动箍或摆动框架的环形引导。圆环形的引导基板2 被安放到管1上并且利用夹紧元件3与管1夹紧。通过在管1的外直径与引导基板2的内 部的圆环直径之间的径向间隙，可实现装置关于管1的纵轴线的精确的中心校正。为了使 摆动箍4、4'的圆周运动成为可能，其有利地通过分别布置在引导基板2与摆动箍4、4'之 间的圆环形的导轨6轨道式地可摆动地来引导。导轨6安装在摆动箍4、4'处并且分别通 过布置在导轨6的外和内表面处的导辊7 (其在其方面与引导基板2相连接）来引导。
[0025] 为了驱动摆动框架的环绕运动，根据本发明在两侧上分别在摆动箍4、4'与引导 基板2之间安装有齿圈和驱动马达（这里未示出）。这两个齿圈固定在摆动箍4、4'处并且 一起实施环绕运动。马达与引导基板2相连接并且将旋转运动通过小齿轮传递到齿圈上。
[0026] 在马达与小齿轮之间，在本发明的有利的改进方案中安装有由行星传动装置和蜗 轮构成的传动部（Obersetzung)。其负责旋转运动的尽可能连续的起动和终止。
[0027] 图3以示意性的视图显示了带有装配在布置在摆动箍4、4'之间的工具容纳部5、 5'上的焊接及检验工具的在管纵轴线中安放到管端部上的装置。出于更好的表示的原因， 在该视图中仅示出后部的摆动箍4和通过这里未示出的工具容纳部5、5'固定在其处的焊 接及检验工具。
[0028] 在摆动箍4处布置有可在不同的轴线中行驶的激光焊接装置8，其由焊头9和用于 径向高度调节的行驶装置10及用于在管纵向上定位的行驶装置11构成，利用其可使激光 束12精确地对准待连接的管1、Γ的焊接口。
[0029] 为了必需的缝几何结构的编程且因此为了激光的控制（例如定位、功率），焊接接 头的几何结构、尤其棱边错位和缝隙借助于线性激光13产生的线条（这里未示出）横向于 焊接口由摄像机14来检测。
[0030] 如此记录的值被用于缝编程。激光线由摄像机软件来检测并且通过位置计算影响 焊头9的光学装置的高度及侧面调节。线性激光13和摄像机14为了精确的定位设有用于 高度及角度调节的调节装置15。
[0031] 为了直接在焊接之后评估在焊缝中的缺陷，两个超声波检测头16在另外的这里 未示出的工具容纳部上布置成使得其从两侧检验焊缝。超声波检测头16可旋转地来布置 并且可借助于另外的行驶装置17、18径向地在高度上和在管纵向上关于待检验的焊缝来 调节。超声波检测头16优选地适合于无稱合的检验。
[0032] 附图标记清单
【权利要求】
1. 一种用于利用由管端部形成的焊接口和用于焊接及检验焊缝的能够围绕焊接口轨 道式地行驶的工具借助于轨道焊接来连接尤其由钢制成的已对齐的且临时点焊的管（1， 1'）的端部的装置， 其特征在于， 所述装置由在两个侧面处在相应的所述管端部处在焊接部位的区域中能够安放到所 述管端部上的且能够固定地夹紧的引导基板（2)构成，其中，所述引导基板（2)在中心具 有圆形的凹口，其带有径向的开口用于穿引且用于在所述凹口中在中心容纳待焊接的所述 管（1，1'），带有固定地联接在所述引导基板（2)的相应的背对所述焊接口的侧面处的夹 紧元件（3)用于将所述引导基板（2)与所述管端部夹紧，以及带有在面向所述焊接口的内 侧处在所述引导基板（2)之间旋转支承地布置的且围绕所述管端部在中心能够摆动至少 360°的框架用于容纳焊接及检验工具。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框架由摆动箍（4, 4'）和由连接所述 摆动箍（4, 4'）的用于所述焊接及检验工具的工具容纳部（5，5'）构成。
3. 根据权利要求1和2所述的装置，其特征在于，在所述引导基板（2)与所述摆动箍 (4, 4'）之间分别布置有圆环形的导轨（6)，所述摆动箍（4, 4'）能够轨道式地围绕所述管 (1，1'）摆动地支承在所述导轨（6)上。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述摆动箍（4, 4'）通过导辊（7)支承在 所述导轨（6)处。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，激光、保护气体和/或混合 式工作的焊头（9)作为焊接工具被装配在所述工具容纳部（5，5'）上。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，作为检验工具装配有用于无 破坏的焊缝检验的系统。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，用于无破坏的焊缝检验的所述系统是超 声波检验装置。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述超声波检验装置包括至少两个超声 波检测头（16)，其能够在焊缝两侧安放到所述管端部上。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，除所述焊接及检验工具之外 在所述工具容纳部上布置有另外的工具。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，另外的所述工具是预热装置、一个或多 个附加的焊头、缝几何结构探测系统和/或缝跟踪系统。
【文档编号】B23K31/02GK104364047SQ201380019357
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2012年4月10日
【发明者】H-J.科克斯, J.温克尔斯, S.凯特尔, J.诺伊贝特, S.鲁德 申请人:萨尔茨吉特曼内斯曼管线有限责任公司