专利名称：纵缝焊接的金属管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造外径为1至6mm的纵缝焊接金属管的方法，该方法系使一条从储备卷筒上拉出来的金属带通过成形工具形成一根具有纵缝的管子，再用激光焊接设备将管子的纵缝焊接起来。
欧洲专利EP 0 299 123公开过上述直径范围内的金属管是由金属带制成的，即先形成一根带缝的管子，然后用激光器将其纵缝焊接起来。该金属带，例如不锈钢带，先通过一个由多对成形辊构成的第一成形工具，逐渐成形为一根带有纵缝的管子。再通过一个也是由多对成形辊构成的第二成形工具，使带有纵缝的管子成为一根其带缘互相对接的管子。第二成形工具的成形辊只夹紧管子的外表面。在第二成形工具后面设有一对辊子，用来导引带缝的管子并使之与一台激光焊接器的焦点保持预定的距离。经过焊机以后，焊接好的管子以大的间隙进入一根冷却管，在该管内焊缝用氩气强烈冷却。然后焊接好的管子来到一个拉拔模内使其直径缩小。金属带从储备卷筒出来，通过成形工具，并通过拉拔模被拉伸，然后被一动力驱动的引出盘引出，其时金属管在引出盘上绕行180°出来。引出盘周围设有一V形槽，金属管就被嵌在该槽内，因此能受到足够的拉力。但金属客也会因此出现椭圆形的变形。另外，在该方法中，纵缝对激光束的侧向对准是通过第二成形工具的上辊进行的，在该上辊上有一沿周边延伸的突起部，该突起部潜入到带缝的管子内并导引着带缘。
除了加工完的金属管在通过引出盘的V形槽时有变形的危险外，该方法的缺点在于纵缝不能准确地对准激光束。人们因而不得不把激光束的焦点放在纵缝之上，这样便会在纵缝上留下大的“灼斑”。但这样做要求较高的激光能，否则便会导致生产速度降低。
本发明的基本任务在于改进这种方法，使它能够用来制出很长的即大于3000m的管子，而且没有焊接缺陷。
上述任务是通过权利要求1的特征部分所包括的特征来完成的。
在成形工具上顾及到，当金属管被引导通过时带缘能准确地互相对准，从而可制造出一条没有缺陷的对接焊缝。而第二成形工具在焊接后仍将带缘保持在一起，因此焊缝不需要进行特别强烈的冷却，从而也可节省氩气。
此外成形工具以特别简单的方式确保纵缝不仅在侧向上而且在高度上与激光束或其焦点的对准都是最佳的，因此在加工过程中激光束的位置不需要作再调整。
特别是采用夹紧卡爪牵引机使金属管能够不旋转地导引通过焊接点，因为夹紧卡爪牢固地将管子夹紧。
特别有利的是，管子用一个由第一成形工具和第二成形工具组成的一体的工具导引，而激光束则通过该工具上的一个开孔指向要焊接的缝。在这种情况下，该工具的进料区包围待焊管子的程度达100％；与此相对，设在焊接点后面的该工具的出料区只将管子夹紧到使带缘能保持互相接触。焊缝区完全暴露，因此能够进行良好的冷却。
金属带在形成管子之前其纵向边缘要经过修边，这样在焊接时便有“纯洁的”带缘，从而可以避免由于污染而产生的焊接缺陷。修边最好用动力驱动的滚剪机进行。由于不仅在修边时而且在管子成形时都会出现很大的压下力，因此必须提防某些金属如铝或不锈钢发生“咬住”在工具上的现象。为了防止这种咬住，金属带可涂上液体润滑剂。最简单的润湿方法是使金属带从两条总被润滑剂浸湿的毛毡带之间通过。为了在导引工具区域内防止金属管咬住也可借助润滑剂。这是一个十分重要的特性，应用这个特征才能达到很大的成品长度。
虽然这种方法可以适用于几乎所有可焊接的金属，但它特别适用于解决焊接不锈钢带时所出现的问题。
焊接点区域须用保护气最好是氦气来吹洗。除了有冷却效应外，还可使焊缝区不会出现热变色。
焊接好的金属管最好在经过第一夹紧卡爪牵引机后缩减其直径，再用第二夹紧卡爪牵引机的夹紧卡爪将直径已缩减的管子拉出。管子可在每次拉出中通过拉拔模缩减直径约15至18％。从而可以提高线速度与焊接速度之比。此外还有一个好处是，成品尺寸的选择可在最大程度上与所焊的管子的尺寸脱离关系。通过更换管径缩减工具(拉拔模)和更换第二夹紧卡爪牵引机上的夹紧卡爪，可在一个预定的范围内制成具有任一种所需直径的管子。如果在导引工具的出料端与第一夹紧卡爪牵引机之间也设置一个管径缩减工具，那么管径就可两次缩减15至18％，即线速度可以显著提高。
按照本发明的方法特别适用于制造光波传输光缆。为此目的，在焊接点之前应将一根或多根光导体引入到还处于裂开状态的带缝的管子内。对这样光缆最好在金属管内注入矿脂以资保护对湿度敏感的光导体。
光导体以特别有利的方式用一根细的管子引入到金属管内，该细管在缝焊接点后立即将光导体释放出来。该细管的任务是保护敏感的光导体使它免受从焊缝辐射出来的热的影响。这种保护管由细管和一根包围该细管的铜质的第二细管构成，它在矿脂通过两根细管间的间隙而注入金属管内时可取得特别好的保护效果。矿脂在焊接点刚过就进入到金属管内。适当的做法是在内部的第一细管也用铜制成并且做得比外细管长，其端头应设在第一和第二夹紧卡爪牵引机之间，而外细管的端头则设在第一夹紧卡爪牵引机的区域内。两根细管都是在金属管之外被固定住。矿脂在压力调节到某一数量后注入到金属管内并充满光导体和金属管内壁之间的空隙。通过流动的矿脂将热量传导出去，因此在细管内的光导体可受到保护。
第二细管的横截面至少在焊接点下面的区域内应变形成这样的形状，使得导引光导体的细管能朝着外细管与纵缝相对的区域加以引导。这样，在焊接点区域内光导体与焊缝之间便有一个尽可能大的间距。
在加工时铜制的外细管连同内细管可在一定的范围内移动。当铜制的细管在某一位置上已产生沉积物时，这一点可能是有必要的。
对光缆来说必要的是，光导体设在金属管内时必须有一定的过剩长度，以便在金属管延伸时防止机械应力影响敏感的光导体。
这种过剩长度可用下列方式取得合有光导体和矿脂的金属管至少有一圈卷绕在一个引出盘上，然后在轻微的拉力下卷绕在一个储备卷筒上；并使金属管在一个由第一夹紧卡爪牵引机、管径缩减工具或第二夹紧卡爪牵引机构成的固定点和引出盘之间进行2‰至8‰的弹性延伸，这一弹性延伸在引出盘上被消除。
下面本发明将依据在
图1至6中画出的实施例加以详细说明。
图1为按照本发明的原理制造的管子的一部分的透视图。管1具有纵焊缝1a。这种纵缝焊接管1的一个理想用途是作光缆的保护套管。在管1内部装有一根或多根光导体2。在光导体2和金属管1之间的空隙中可注满矿脂以阻止纵向的水流。光导体2的数目一般在六到二十之间，在特殊情况下也可多到四十。光导体2具有比金属管1更长的长度，所以在金属管1内可做波状、螺旋状或正弦波状的伸展。过剩长度通常约为3‰。以外径为3.5mm的金属管为例，其壁厚为0.2mm。这是作为一条装在传导芯线内的导线的光缆的典型数据。金属管1用的材料最好是特种钢。
图2是用来实现按照本发明的方法的设备的侧视图。
一条金属带5连续不断地从一个储备卷筒4上拉出并导向一台成形设备6，在该设备中金属带5被成形为一根具有纵缝的管子。作为这台成形设备6的一部分有一个在图上末详细画出的修边设备，在该设备内金属带5被准确地修剪成所需的宽度。成形设备6又由多个未详细画出的成形辊组构成。已成形的管子的纵缝由一台激光焊接设备7来焊封。由一台第一夹紧卡爪牵引机8负责将带缝的管子准确地导引到焊接设备7之下，该牵引机8由多个将管子夹住的夹紧卡爪对所构成，这些卡爪对由一条环形链带动。在第一夹紧卡爪牵引机8的后面设有一台例如为拉拨模的管径缩减设备9，在该设备内管子的直径被减小。在管径缩减设备9的后面设有一台第二夹紧卡爪牵引机10，该牵引机将所拉的管子咬住并使它通过拉拔模拉出。第二夹紧卡爪牵引机10的拉出速度对第一夹紧卡爪牵引机8的拉出速度之比应根据管子在拉拔模和第一夹紧卡爪牵引机8之间的下垂度来加以调整。加工完的管子然后被卷绕在一个卷绕筒12上。
但当管子用作光导体的护套时，有必要在第二夹紧卡爪牵引机10的后面设置一个动力驱动的引出盘11，管子在该引出盘的周缘面上绕上几圈。引出盘11以比第二夹紧卡爪牵引机10的抽出速度略高的抽出速度被驱动。卷绕筒12以一轻微的拉力卷绕管子13。
标号14所示是多根光导体2用的发放设备，在该设备上装有多个卷绕着光导体2的卷筒15。
光导体2从卷筒15上抽出并在焊接设备之前引入到尚处于裂开状态的管子内。作为对敏感的光导体2的保护措施，有一根未画出的位置固定的金属细管伸入到带缝的管子内，光导体2就从其内穿过导出。金属细管在刚经过焊接设备7的地方将光导体2释放出来。此金属细管外还有另一根金属细管包围着。通过由两根金属细管间形成的间隙用压力将矿脂注入到管子内。为了使光导体2在金属管1内有一段过剩长度，第二夹紧卡爪牵引机10的夹紧卡爪对牢固地夹紧金属管1并承受由管径缩减而产生的变形力，使金属管1连续不断地在第二夹紧卡爪牵引机10和引出盘11之间进行弹性变形即延伸。从而金属管1和光导体2可以以同一长度卷绕到引出盘11上。在该引出盘11上弹性变形状态“松弛”下来，金属管1就缩短到其正常状态，这样就可得出光导体2相对于收缩后的金属管的过剩长度。
弹性变形是由一个使处在第二夹紧卡爪牵引机10和引出盘11之间的金属管1偏移的力F引起的。这可以通过一个重物16来实现，该重物例如可以通过一个滚轮17悬挂在金属管1上。力F即重物16可以决定偏移量，因而可以决定延伸量。
在预先给出金属管1的几何尺寸和材质的情况下，可以通过选用重物16来得到光导体2在管1内的准确的过剩长度。
图3至5为金属管在焊接设备区内的导轨的一个俯视图和两个截面图。
金属管19的导轨由两个半块18a和18b构成，该两半块在其邻接面上各有一个具有弯曲半径的槽20，该弯曲半径与金属管19的弯曲半径相符合。这两个槽20拼合起来就形成一个适用于金属管19的基本上为圆形的导轨。
两个半块当中的一个18a或18b固定地安装着，而另一个半块却是可调节的或由弹簧支承的，因此施加在金属管19上的压力是能够变化的。导轨18用一种合金钢制成的，该合金钢胜过人们通常喜欢采用的不锈钢之点在于它具有非常突出的滑动特性。在导轨18上开出一个孔21，在其区域内激光束可对准金属管19的纵缝19a并将它焊接。在两个半块18a和18b之间连接着开孔21的是一条长的隙缝22，该隙缝使焊缝19b外露着，因而可以散热。
图4示出一个沿A-B线即通过导轨18的进入区的截面。在金属管19的内部可以看到光导体2用的细管23和矿脂用的细管24。细管24上设有一个凹陷部，通过该凹陷部可使细管23保持与纵缝19a或焊缝19相离开。不论细管23还是细管24都是薄壁紫铜管，其作用是保护矿脂和光导体在焊接区内不致受到过热。为细管23和24在金属管19内有进行纵向移动提供了可能性。
图5示出导轨沿C-D线即导轨输出区内的一个截面。在这里可以看到隙缝22。
图6示出夹紧卡爪牵引出8的一对夹紧卡爪8a的截面，该卡爪牢固地夹紧着金属管19。
权利要求
1.制造外径为1至6mm的纵缝焊接的金属管的方法，该方法系使一条从储备卷筒上拉出的金属带通过成形工具形成一根具有纵缝的管子、再用激光焊接设备将管子的纵缝焊接起来，其特征为a)待焊接的管子刚好在焊接点前由夹住管子表面的第一工具来进行穿行导引，该工具使带缘保持互相接触；b)焊接好的管子在刚离开焊接点之后由夹住管子表面的第二工具来进行穿行导引，该工具使焊缝保持不受力并使焊缝外露；c)紧接第二工具之后有一夹紧卡爪牵引机的夹紧卡爪夹紧焊接好的管子，其中夹紧卡爪可将管子不旋转地导引。
2.按照权利要求1的方法，其特征为管子用一个由第一工具和第二工具组成的统一工具导引，而激光焊接设备的激光束则通过该工具上的一个开孔对准要焊接的缝隙，其中激光焊接设备相对于待焊接的纵缝是被固定地调节的。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征为金属带在形成管子之前其带缘经过修边。
4.按照权利要求1至3中任一项的方法，其特征为金属带是用液态润滑剂加以润湿的。
5.按照权利要求1至4中任一项的方法，其特征为采用不锈钢带作金属带。
6.按照权利要求1至5中任一项的方法，其特征为焊接点区域优先采用氦气作为保护气加以吹洗。
7.按照权利要求1至6中任一项的方法，其特征为焊接好的管子在夹紧卡爪牵引机之后缩减其直径；而且直径缩减后的管子被第二夹紧卡爪牵引机的夹紧卡爪拉出。
8.按照权利要求1至7中任一项的方法，其特征为在焊接点之前至少有一根光导体被引入到还处于裂开状态的带缝的管子内。
9.按照权利要求8的方法，其特征为向金属管内注入矿脂。
10.按照权利要求8或9的方法，其特征为光导体利用一根细管被引入到金属管内，该细管在经过焊接点后立即将光导体释放。
11.按照权利要求8至10中任一项的方法，其特征为矿脂是通过一个间隙注入到金属管内的，该间隙由细管和套在其上的铜制的第二细管形成，经过焊接点之后矿脂就尽早进入到金属管内。
12.按照权利要求8至11中任一项的方法，其特征为矿脂在压力调节下大量地注入到金属管内并充满光导体和金属管内壁之间的空腔。
13.按照权利要求8至12中任一项的方法，其特征为铜制的第二细管的横截面至少在焊接点下面的区域内变形成这样的形状，使得导引光导体的细管朝着铜制外细管面对纵缝的区域加以引导。
14.按照权利要求8至13中任一项的方法，其特征为铜制细管可沿金属管的纵向移动。
15.按照权利要求8至14中任一项的方法，其特征为使光导体和含有矿脂的金属管至少一圈卷绕在一个引出盘上，然后在轻微的拉力下卷绕在一个储备卷筒上；金属管在一个由第一夹紧卡爪牵引机、管径缩减工具或第二夹紧卡爪牵引机所构成的固定点和引出盘之间实现2‰至8‰的弹性延伸；这一弹性延伸在引出盘上消除，从而使光导体相对于金属管获得一个比较准确的过剩长度。
全文摘要
一种制造外径为1至6mm的纵缝焊接的金属管的方法，该方法系使一条金属带通过一成型工具形成一根具有纵缝的管子、再用激光焊接设备将管子的纵缝焊接起来，其中待焊接的管子在接近焊接点之前和刚离开焊接点之后由一个夹紧管子表面的工具进行穿行导引，该工具可使两个带缘保持互相接触并使焊缝不受力。紧接第二工具之后有一夹紧卡爪牵引机的夹紧卡爪夹紧焊接好的管子，其中夹紧卡爪可将管子不旋转地导引。
文档编号B23K26/20GK1128685SQ95117208
公开日1996年8月14日 申请日期1995年9月22日 优先权日1994年9月24日
发明者G·齐梅克, H·施塔斯朱斯基, K·波赫 申请人:阿尔卡泰尔电缆公司