Rohrschweißanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Längsnahtschweißen von Profilrohren auf einer zur Prozessregelung mit einem Anlagenrechner verbundenen Rohrschweißanlage, der ein direkt in Linie aus einem Metallband in einem Formwalzwerk geformtes Schlitzrohr oder ein aus mindestens einer Blechtafel umgeformtes Schlitzrohr zum insbesondere HF-Schweißen der Längsnaht bzw. der Längsnähte zugeführt wird, wobei die Rohrschweißmaschine mit einem Mittel zur Messung der Temperatur des Schweißpunktes ausgerüstet ist, der an der engsten Stelle wirksam wird, den die mittels Rollen zu einem Spalt mit sich verjüngendem, V-förmigen Verlauf aneinandergedrückten Blechkanten des Schlitzrohres einnehmen.

Das Herstellen eines Schlitzrohres aus einem Band in mehreren hintereinander vorgesehenen Stufen ist z.B. aus der US 2.110.378 A bekannt. Durch die DE 42 15 807 C2 ist eine in Rahmenbauweise ausgeführte Rohrbiege- bzw. Rohrformpresse bekanntgeworden, mit der sich eine Blechtafel umformen läßt.

Unabhängig davon, nach welchem Fertigungsprozess ein Schlitzrohr oder beispielsweise auch ein geschlitztes Profilrohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt erzeugt worden ist, erfordert die Verschweißung eine besondere Sorgfalt und unterliegt der Schweißpunkt, der sich in der Nähe des zusammenfließenden Punktes, dem Scheitel bzw. Schnittpunkt, der sich mit dem V-förmigen Spalt gegenüberliegenden Blechkanten befinden sollte, einer stetigen Beobachtung. Hierzu kommen in der Praxis bei der Rohr-Längsnahtschweißung ausschließlich Pyrometer zum Einsatz (vgl. Firmenprospekt„optris infrared thermometers"). Der

BESTÄTIGUNGSKOPIE Prospekt beschreibt weitere Anwendungen von Pyrometern bei der Bearbeitung bzw. Herstellung von Heißprodukten, wie beim Stranggießen, Schmieden, Kokil- lenguss oder dergleichen. Im Zusammenhang mit dem Transport von Stahlschmelzen in Pfannen wird die Ermittlung von heißesten Stellen an der Pfannenbzw. Behälteraußenwand mittels einer Wärmebildkamera beschrieben.

Die bei der Längsnahtschweißung eingesetzten Pyrometer ermöglichen eine Erfassung der Temperatur, und wenn sich diese ändert, kann in beispielsweise einer HF-Längsnaht-Rohrschweißmaschine die Schweißleistung bzw. -kraft oder die Position des Induktors angepasst werden, um Schweißfehlern entgegen zu wirken.

Wie durch Versuche festgestellt werden konnte, treten beim Längsnahtschweißen allerdings nicht nur Temperaturschwankungen auf, sondern der Schweißpunkt wandert auch in horizontaler und vertikaler Richtung, d.h. nach vorne, hinten bzw. nach oben und unten aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen sich die Längsnahtschweißung von Schlitzrohren optimieren läßt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Temperaturschwankungen sowie ein Auswandern des Schweißpunktes von einer auf den Scheitel des zusammenlaufenden V-Spalts mit der sich ausbildenden Längsnaht gerichteten Wärmebildkamera ermittelt werden, wobei die kontinuierlich gemessenen Daten im Anlagenrechner zur Ausregelung des Schweißprozesses derart verarbeitet werden, dass sich der Schweißpunkt mit seiner heißesten Wirksamkeit stets auf dergleichen Position befindet. Zur Verbesserung der Schweißnahtqualität und Vermeidung der genannten Nachteile wird somit zur Temperaturmessung eine direkte Prozessbeobachtung mittels der gezielt positionierten, im Abstand von etwa 80 cm zum Schweißbereich angeordneten Wärmekamera vorgenommen, wobei die Wärmebildkamera auch das komplette Umfeld, z. B. in einem Messfeld von 310 x 230 mm, des Schweißpunktes betrachten kann und damit ein Auswandern des Schweißpunktes erkennt. Die stabilen Messdaten der Wärmebildkamera (Infrarotkamera) lassen sich über den Anlagenrechner in eine Regelung einbeziehen, so daß sich durch einen geschlossenen Regelkreis der Schweißprozess mit genau festgelegter Position des heißesten Schweißpunktes ausregeln läßt.

Die kontinuierliche Messung mit einer hohen Auflösung, beispielsweise 30 Bilder pro Minute, ermöglicht gleichzeitig eine Rückkopplung an den Bedienungsstand der Schweißanlage bzw. -maschine mit Bildschirminformationen an den Bediener. Der Bediener wird eine„Kalt"-Schweißung unverzüglich erkennen bzw. ein Fehlersignal erhalten und korrigieren können. Die Messdaten können zudem im Rechner gespeichert und zu einem Qualitätsmanagement für folgende Schweißvorgänge unter Berücksichtigung der jeweiligen Produktionsbedingungen ausgewertet bzw. benutzt oder zur Qualitätskontrolle bzw. zum -nachweis aufgezeichnet und dokumentiert werden.

Eine Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens, sieht erfindungsgemäß vor, dass in der Rohrschweißmaschine zur Erfassung des Schweißpunktes eine auf den Bereich zwischen den Schweißmitteln ausgerichtete Wärmebildkamera angeordnet ist. Diese ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft gegen Umgehungseinflüsse abgeschirmt am Schweißrollengerüst der Rohrschweißmaschine vorgesehen.

Die Wärmebildkamera ist so positioniert und abgeschirmt, dass sie unbeeinflusst von dem starken elektromagnetischen Feld sowie auch von Umgebungseinflüssen wie Nebel, Wasser oder Hitze bleibt. Die Umgebungseinflüsse lassen sich dadurch unschädlich machen, dass z.B. die oberen Rollen mit Emulsions- Abweisemitteln ausgebildet sind und/oder Mittel vorgesehen werden, die Wasserdampf bzw. Nebel wegblasen oder absaugen, oder den das Schlitzrohr in der Schweißmaschine führenden Rollen die Kühlemulsion von der in Produktlaufrichtung gesehen rückwärtigen Seite her zugeführt wird,

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 ein bei der Längsnaht-Rohrverschweißung durch eine Wärmebildkamera mit Erfassung der Temperatur des Schweißpunktes aufgenommenes, als Einzelheit den zusammenfließenden V-Spalt eines Schlitzrohres mit dort den (heißesten) Schweißpunkt wiedergebendes Bild; und

Fig. 2 in schematischer Darstellung als Einzelheit einer Rohrschweißanlage einen Ausschnitt der Rohrschweißmaschine mit einer dort ausgerichtet auf den Schweißpunkt angeordneten Wärmebildkamera, etwa das in Fig. 1 im Bereich der hinteren Rollen das als großes Rechteck eingezeichnete Messfeld zeigend.

Von einer z. B. HF-Längsnaht-Rohrschweißanlage (mit induktiver und konduktiver HF-Schweißung), die beim Herstellen von längsnahtgeschweißten Rohren, wie Erdöl- oder Gasrohren für hohe Güten mit einem Durchmesser im Bereich von 10 bis 40 mm sowie Wanddicken bis 4 mm, aus gewalzten Metallbändern üblich eine Bandvorbereitung, einen Spiralbandspeicher, ein Formwalzwerk bzw. eine Vor- formstrecke, eine Rohrschweißmaschine und eine Rohrtrenneinrichtung umfasst, ist in Fig. 2 als vereinfachter, schematischer Ausschnitt lediglich der Endabschnitt einer Rohrschweißmaschine 1 dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt eine Teillänge eines von aufeinanderfolgenden, in HV-Anordnung vorgesehenen vertikalen und horizontalen Walzen bzw. Rollen 2a bzw. 2b aus einem Metallband sukzessive umgeformten, in die Rohrschweißmaschine 1 mit sich in Produktlaufrichtung gemäß Pfeil 3 zunehmend verjüngendem V-Spalt 4 eingelaufenen Schlitzrohres 5. An Messpunkten 6a, 6b kann - wie angedeutet - der Winkel des sich verjüngenden V-Spaltes 4 ermittelt und der Verlauf als Messwerte in einen Anlagenrechner 7 oder dergleichen Auswerteeinheit eingegeben werden. Der Schnittpunkt bzw. Scheitel des V-Spaltes 4 befindet sich zwischen den Walzen bzw. Rollen 8 des Schweißgerüstes mit den dortigen Schweißmitteln 9. Hinter den Rollen 8 tritt das fertige, längsnahtgeschweißte Rohr 10 aus.

Zur Überwachung und Optimierung der Längsnahtschweißung, insbesondere der Stelle des heißesten Schweißpunktes 11 (vgl. Fig. 1 ), ist in der Rohrschweißmaschine 1 eine gegen Umwelteinflüsse abgeschirmte Wärmebildkamera 12 angeordnet. Diese ist in Pfeilrichtung 13 gezielt auf den Scheitel des V-Spaltes 4 ausgerichtet und kann dort einerseits ein größeres Messfeld 14 und in diesem andererseits den heißesten Bereich 15 sowie insbesondere auch die Position des heißesten Schweißpunktes 1 erfassen. Die kontinuierlich gemessenen Daten werden zur Ausregelung des Schweißprozesses und Auswertung der Messdaten an den Anlagenrechner 7 übermittelt, der - wie ebenfalls durch Pfeile angedeutet - mit dem Bedienungsstand 16 zur Anzeige beispielsweise des geschlossenen Regelkreises sowie von auftretenden Fehlern und einer Datenbank 17 mit dort beispielsweise gespeicherten Vergleichswerten aus dem laufenden Herstellungspro- zess und / oder vorhergehenden Herstellungsprozessen verbunden ist.

Die Fig. 1 gibt in deutlicher Vergrößerung das Messfeld 14 der Wärmebildkamera 12 wieder, wobei der kühlere Bereich 19 schwach gepunktet, der heißere Bereich 20 etwas stärker gepunktet und der heißeste Bereich 15 demgegenüber nochmals dicker gepunktet gekennzeichnet ist. Die eingetragenen Pfeile 18 geben die Richtung - nach vorne, hinten sowie oben und unten - des beim Schweißvorgang unvermeidlichen Auswanderns des heißesten Schweißpunktes 11 an. Durch die Überwachung und den Datenaustausch wird die Längsnahtverschweißung im geschlossenen Regelkreis so ausgeregelt, daß sich der heißeste Schweißpunkt 11 stets auf dergleichen, wie in Fig. 1 dargestellt optimalen Position halten läßt.

Bezugszeichenliste

I Rohrschweißmaschine

2a vertikale Rolle / Walze

2b horizontale Rolle / Walze

3 Pfeil Produktlaufrichtung

4 V-Spalt

5 Schlitzrohr

6a Messpunkt Winkelveränderung

6b Messpunkt Winkelveränderung

7 Anlagenrechner

8 Rolle / Walze des Schweißgerüstes

9 Schweißmittel

10 fertiges, längsnahtgeschweißtes Rohr

I I heißester Schweißpunkt

12 Wärmebildkamera

13 Ausrichtungspfeil

14 Messfeld

15 heißester Bereich

16 Bedienungsstand

17 Datenbank

18 Auswanderungspfeil

19 kühlerer Bereich

20 heißerer Bereich