專利名稱：縱縫焊接的金屬管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造外徑為1至6mm的縱縫焊接金屬管的方法，該方法系使一條從儲備卷筒上拉出來的金屬帶通過成形工具形成一根具有縱縫的管子，再用激光焊接設(shè)備將管子的縱縫焊接起來。
歐洲專利EP 0 299 123公開過上述直徑范圍內(nèi)的金屬管是由金屬帶制成的，即先形成一根帶縫的管子，然后用激光器將其縱縫焊接起來。該金屬帶，例如不銹鋼帶，先通過一個由多對成形輥構(gòu)成的第一成形工具，逐漸成形為一根帶有縱縫的管子。再通過一個也是由多對成形輥構(gòu)成的第二成形工具，使帶有縱縫的管子成為一根其帶緣互相對接的管子。第二成形工具的成形輥只夾緊管子的外表面。在第二成形工具后面設(shè)有一對輥子，用來導(dǎo)引帶縫的管子并使之與一臺激光焊接器的焦點保持預(yù)定的距離。經(jīng)過焊機以后，焊接好的管子以大的間隙進入一根冷卻管，在該管內(nèi)焊縫用氬氣強烈冷卻。然后焊接好的管子來到一個拉拔模內(nèi)使其直徑縮小。金屬帶從儲備卷筒出來，通過成形工具，并通過拉拔模被拉伸，然后被一動力驅(qū)動的引出盤引出，其時金屬管在引出盤上繞行180°出來。引出盤周圍設(shè)有一V形槽，金屬管就被嵌在該槽內(nèi)，因此能受到足夠的拉力。但金屬客也會因此出現(xiàn)橢圓形的變形。另外，在該方法中，縱縫對激光束的側(cè)向?qū)?zhǔn)是通過第二成形工具的上輥進行的，在該上輥上有一沿周邊延伸的突起部，該突起部潛入到帶縫的管子內(nèi)并導(dǎo)引著帶緣。
除了加工完的金屬管在通過引出盤的V形槽時有變形的危險外，該方法的缺點在于縱縫不能準(zhǔn)確地對準(zhǔn)激光束。人們因而不得不把激光束的焦點放在縱縫之上，這樣便會在縱縫上留下大的“灼斑”。但這樣做要求較高的激光能，否則便會導(dǎo)致生產(chǎn)速度降低。
本發(fā)明的基本任務(wù)在于改進這種方法，使它能夠用來制出很長的即大于3000m的管子，而且沒有焊接缺陷。
上述任務(wù)是通過權(quán)利要求1的特征部分所包括的特征來完成的。
在成形工具上顧及到，當(dāng)金屬管被引導(dǎo)通過時帶緣能準(zhǔn)確地互相對準(zhǔn)，從而可制造出一條沒有缺陷的對接焊縫。而第二成形工具在焊接后仍將帶緣保持在一起，因此焊縫不需要進行特別強烈的冷卻，從而也可節(jié)省氬氣。
此外成形工具以特別簡單的方式確?？v縫不僅在側(cè)向上而且在高度上與激光束或其焦點的對準(zhǔn)都是最佳的，因此在加工過程中激光束的位置不需要作再調(diào)整。
特別是采用夾緊卡爪牽引機使金屬管能夠不旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)引通過焊接點，因為夾緊卡爪牢固地將管子夾緊。
特別有利的是，管子用一個由第一成形工具和第二成形工具組成的一體的工具導(dǎo)引，而激光束則通過該工具上的一個開孔指向要焊接的縫。在這種情況下，該工具的進料區(qū)包圍待焊管子的程度達100％；與此相對，設(shè)在焊接點后面的該工具的出料區(qū)只將管子夾緊到使帶緣能保持互相接觸。焊縫區(qū)完全暴露，因此能夠進行良好的冷卻。
金屬帶在形成管子之前其縱向邊緣要經(jīng)過修邊，這樣在焊接時便有“純潔的”帶緣，從而可以避免由于污染而產(chǎn)生的焊接缺陷。修邊最好用動力驅(qū)動的滾剪機進行。由于不僅在修邊時而且在管子成形時都會出現(xiàn)很大的壓下力，因此必須提防某些金屬如鋁或不銹鋼發(fā)生“咬住”在工具上的現(xiàn)象。為了防止這種咬住，金屬帶可涂上液體潤滑劑。最簡單的潤濕方法是使金屬帶從兩條總被潤滑劑浸濕的毛氈帶之間通過。為了在導(dǎo)引工具區(qū)域內(nèi)防止金屬管咬住也可借助潤滑劑。這是一個十分重要的特性，應(yīng)用這個特征才能達到很大的成品長度。
雖然這種方法可以適用于幾乎所有可焊接的金屬，但它特別適用于解決焊接不銹鋼帶時所出現(xiàn)的問題。
焊接點區(qū)域須用保護氣最好是氦氣來吹洗。除了有冷卻效應(yīng)外，還可使焊縫區(qū)不會出現(xiàn)熱變色。
焊接好的金屬管最好在經(jīng)過第一夾緊卡爪牽引機后縮減其直徑，再用第二夾緊卡爪牽引機的夾緊卡爪將直徑已縮減的管子拉出。管子可在每次拉出中通過拉拔模縮減直徑約15至18％。從而可以提高線速度與焊接速度之比。此外還有一個好處是，成品尺寸的選擇可在最大程度上與所焊的管子的尺寸脫離關(guān)系。通過更換管徑縮減工具(拉拔模)和更換第二夾緊卡爪牽引機上的夾緊卡爪，可在一個預(yù)定的范圍內(nèi)制成具有任一種所需直徑的管子。如果在導(dǎo)引工具的出料端與第一夾緊卡爪牽引機之間也設(shè)置一個管徑縮減工具，那么管徑就可兩次縮減15至18％，即線速度可以顯著提高。
按照本發(fā)明的方法特別適用于制造光波傳輸光纜。為此目的，在焊接點之前應(yīng)將一根或多根光導(dǎo)體引入到還處于裂開狀態(tài)的帶縫的管子內(nèi)。對這樣光纜最好在金屬管內(nèi)注入礦脂以資保護對濕度敏感的光導(dǎo)體。
光導(dǎo)體以特別有利的方式用一根細的管子引入到金屬管內(nèi)，該細管在縫焊接點后立即將光導(dǎo)體釋放出來。該細管的任務(wù)是保護敏感的光導(dǎo)體使它免受從焊縫輻射出來的熱的影響。這種保護管由細管和一根包圍該細管的銅質(zhì)的第二細管構(gòu)成，它在礦脂通過兩根細管間的間隙而注入金屬管內(nèi)時可取得特別好的保護效果。礦脂在焊接點剛過就進入到金屬管內(nèi)。適當(dāng)?shù)淖龇ㄊ窃趦?nèi)部的第一細管也用銅制成并且做得比外細管長，其端頭應(yīng)設(shè)在第一和第二夾緊卡爪牽引機之間，而外細管的端頭則設(shè)在第一夾緊卡爪牽引機的區(qū)域內(nèi)。兩根細管都是在金屬管之外被固定住。礦脂在壓力調(diào)節(jié)到某一數(shù)量后注入到金屬管內(nèi)并充滿光導(dǎo)體和金屬管內(nèi)壁之間的空隙。通過流動的礦脂將熱量傳導(dǎo)出去，因此在細管內(nèi)的光導(dǎo)體可受到保護。
第二細管的橫截面至少在焊接點下面的區(qū)域內(nèi)應(yīng)變形成這樣的形狀，使得導(dǎo)引光導(dǎo)體的細管能朝著外細管與縱縫相對的區(qū)域加以引導(dǎo)。這樣，在焊接點區(qū)域內(nèi)光導(dǎo)體與焊縫之間便有一個盡可能大的間距。
在加工時銅制的外細管連同內(nèi)細管可在一定的范圍內(nèi)移動。當(dāng)銅制的細管在某一位置上已產(chǎn)生沉積物時，這一點可能是有必要的。
對光纜來說必要的是，光導(dǎo)體設(shè)在金屬管內(nèi)時必須有一定的過剩長度，以便在金屬管延伸時防止機械應(yīng)力影響敏感的光導(dǎo)體。
這種過剩長度可用下列方式取得合有光導(dǎo)體和礦脂的金屬管至少有一圈卷繞在一個引出盤上，然后在輕微的拉力下卷繞在一個儲備卷筒上；并使金屬管在一個由第一夾緊卡爪牽引機、管徑縮減工具或第二夾緊卡爪牽引機構(gòu)成的固定點和引出盤之間進行2‰至8‰的彈性延伸，這一彈性延伸在引出盤上被消除。
下面本發(fā)明將依據(jù)在

圖1至6中畫出的實施例加以詳細說明。
圖1為按照本發(fā)明的原理制造的管子的一部分的透視圖。管1具有縱焊縫1a。這種縱縫焊接管1的一個理想用途是作光纜的保護套管。在管1內(nèi)部裝有一根或多根光導(dǎo)體2。在光導(dǎo)體2和金屬管1之間的空隙中可注滿礦脂以阻止縱向的水流。光導(dǎo)體2的數(shù)目一般在六到二十之間，在特殊情況下也可多到四十。光導(dǎo)體2具有比金屬管1更長的長度，所以在金屬管1內(nèi)可做波狀、螺旋狀或正弦波狀的伸展。過剩長度通常約為3‰。以外徑為3.5mm的金屬管為例，其壁厚為0.2mm。這是作為一條裝在傳導(dǎo)芯線內(nèi)的導(dǎo)線的光纜的典型數(shù)據(jù)。金屬管1用的材料最好是特種鋼。
圖2是用來實現(xiàn)按照本發(fā)明的方法的設(shè)備的側(cè)視圖。
一條金屬帶5連續(xù)不斷地從一個儲備卷筒4上拉出并導(dǎo)向一臺成形設(shè)備6，在該設(shè)備中金屬帶5被成形為一根具有縱縫的管子。作為這臺成形設(shè)備6的一部分有一個在圖上末詳細畫出的修邊設(shè)備，在該設(shè)備內(nèi)金屬帶5被準(zhǔn)確地修剪成所需的寬度。成形設(shè)備6又由多個未詳細畫出的成形輥組構(gòu)成。已成形的管子的縱縫由一臺激光焊接設(shè)備7來焊封。由一臺第一夾緊卡爪牽引機8負責(zé)將帶縫的管子準(zhǔn)確地導(dǎo)引到焊接設(shè)備7之下，該牽引機8由多個將管子夾住的夾緊卡爪對所構(gòu)成，這些卡爪對由一條環(huán)形鏈帶動。在第一夾緊卡爪牽引機8的后面設(shè)有一臺例如為拉撥模的管徑縮減設(shè)備9，在該設(shè)備內(nèi)管子的直徑被減小。在管徑縮減設(shè)備9的后面設(shè)有一臺第二夾緊卡爪牽引機10，該牽引機將所拉的管子咬住并使它通過拉拔模拉出。第二夾緊卡爪牽引機10的拉出速度對第一夾緊卡爪牽引機8的拉出速度之比應(yīng)根據(jù)管子在拉拔模和第一夾緊卡爪牽引機8之間的下垂度來加以調(diào)整。加工完的管子然后被卷繞在一個卷繞筒12上。
但當(dāng)管子用作光導(dǎo)體的護套時，有必要在第二夾緊卡爪牽引機10的后面設(shè)置一個動力驅(qū)動的引出盤11，管子在該引出盤的周緣面上繞上幾圈。引出盤11以比第二夾緊卡爪牽引機10的抽出速度略高的抽出速度被驅(qū)動。卷繞筒12以一輕微的拉力卷繞管子13。
標(biāo)號14所示是多根光導(dǎo)體2用的發(fā)放設(shè)備，在該設(shè)備上裝有多個卷繞著光導(dǎo)體2的卷筒15。
光導(dǎo)體2從卷筒15上抽出并在焊接設(shè)備之前引入到尚處于裂開狀態(tài)的管子內(nèi)。作為對敏感的光導(dǎo)體2的保護措施，有一根未畫出的位置固定的金屬細管伸入到帶縫的管子內(nèi)，光導(dǎo)體2就從其內(nèi)穿過導(dǎo)出。金屬細管在剛經(jīng)過焊接設(shè)備7的地方將光導(dǎo)體2釋放出來。此金屬細管外還有另一根金屬細管包圍著。通過由兩根金屬細管間形成的間隙用壓力將礦脂注入到管子內(nèi)。為了使光導(dǎo)體2在金屬管1內(nèi)有一段過剩長度，第二夾緊卡爪牽引機10的夾緊卡爪對牢固地夾緊金屬管1并承受由管徑縮減而產(chǎn)生的變形力，使金屬管1連續(xù)不斷地在第二夾緊卡爪牽引機10和引出盤11之間進行彈性變形即延伸。從而金屬管1和光導(dǎo)體2可以以同一長度卷繞到引出盤11上。在該引出盤11上彈性變形狀態(tài)“松弛”下來，金屬管1就縮短到其正常狀態(tài)，這樣就可得出光導(dǎo)體2相對于收縮后的金屬管的過剩長度。
彈性變形是由一個使處在第二夾緊卡爪牽引機10和引出盤11之間的金屬管1偏移的力F引起的。這可以通過一個重物16來實現(xiàn)，該重物例如可以通過一個滾輪17懸掛在金屬管1上。力F即重物16可以決定偏移量，因而可以決定延伸量。
在預(yù)先給出金屬管1的幾何尺寸和材質(zhì)的情況下，可以通過選用重物16來得到光導(dǎo)體2在管1內(nèi)的準(zhǔn)確的過剩長度。
圖3至5為金屬管在焊接設(shè)備區(qū)內(nèi)的導(dǎo)軌的一個俯視圖和兩個截面圖。
金屬管19的導(dǎo)軌由兩個半塊18a和18b構(gòu)成，該兩半塊在其鄰接面上各有一個具有彎曲半徑的槽20，該彎曲半徑與金屬管19的彎曲半徑相符合。這兩個槽20拼合起來就形成一個適用于金屬管19的基本上為圓形的導(dǎo)軌。
兩個半塊當(dāng)中的一個18a或18b固定地安裝著，而另一個半塊卻是可調(diào)節(jié)的或由彈簧支承的，因此施加在金屬管19上的壓力是能夠變化的。導(dǎo)軌18用一種合金鋼制成的，該合金鋼勝過人們通常喜歡采用的不銹鋼之點在于它具有非常突出的滑動特性。在導(dǎo)軌18上開出一個孔21，在其區(qū)域內(nèi)激光束可對準(zhǔn)金屬管19的縱縫19a并將它焊接。在兩個半塊18a和18b之間連接著開孔21的是一條長的隙縫22，該隙縫使焊縫19b外露著，因而可以散熱。
圖4示出一個沿A-B線即通過導(dǎo)軌18的進入?yún)^(qū)的截面。在金屬管19的內(nèi)部可以看到光導(dǎo)體2用的細管23和礦脂用的細管24。細管24上設(shè)有一個凹陷部，通過該凹陷部可使細管23保持與縱縫19a或焊縫19相離開。不論細管23還是細管24都是薄壁紫銅管，其作用是保護礦脂和光導(dǎo)體在焊接區(qū)內(nèi)不致受到過熱。為細管23和24在金屬管19內(nèi)有進行縱向移動提供了可能性。
圖5示出導(dǎo)軌沿C-D線即導(dǎo)軌輸出區(qū)內(nèi)的一個截面。在這里可以看到隙縫22。
圖6示出夾緊卡爪牽引出8的一對夾緊卡爪8a的截面，該卡爪牢固地夾緊著金屬管19。
權(quán)利要求
1.制造外徑為1至6mm的縱縫焊接的金屬管的方法，該方法系使一條從儲備卷筒上拉出的金屬帶通過成形工具形成一根具有縱縫的管子、再用激光焊接設(shè)備將管子的縱縫焊接起來，其特征為a)待焊接的管子剛好在焊接點前由夾住管子表面的第一工具來進行穿行導(dǎo)引，該工具使帶緣保持互相接觸；b)焊接好的管子在剛離開焊接點之后由夾住管子表面的第二工具來進行穿行導(dǎo)引，該工具使焊縫保持不受力并使焊縫外露；c)緊接第二工具之后有一夾緊卡爪牽引機的夾緊卡爪夾緊焊接好的管子，其中夾緊卡爪可將管子不旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)引。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征為管子用一個由第一工具和第二工具組成的統(tǒng)一工具導(dǎo)引，而激光焊接設(shè)備的激光束則通過該工具上的一個開孔對準(zhǔn)要焊接的縫隙，其中激光焊接設(shè)備相對于待焊接的縱縫是被固定地調(diào)節(jié)的。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征為金屬帶在形成管子之前其帶緣經(jīng)過修邊。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項的方法，其特征為金屬帶是用液態(tài)潤滑劑加以潤濕的。
5.按照權(quán)利要求1至4中任一項的方法，其特征為采用不銹鋼帶作金屬帶。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項的方法，其特征為焊接點區(qū)域優(yōu)先采用氦氣作為保護氣加以吹洗。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項的方法，其特征為焊接好的管子在夾緊卡爪牽引機之后縮減其直徑；而且直徑縮減后的管子被第二夾緊卡爪牽引機的夾緊卡爪拉出。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項的方法，其特征為在焊接點之前至少有一根光導(dǎo)體被引入到還處于裂開狀態(tài)的帶縫的管子內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征為向金屬管內(nèi)注入礦脂。
10.按照權(quán)利要求8或9的方法，其特征為光導(dǎo)體利用一根細管被引入到金屬管內(nèi)，該細管在經(jīng)過焊接點后立即將光導(dǎo)體釋放。
11.按照權(quán)利要求8至10中任一項的方法，其特征為礦脂是通過一個間隙注入到金屬管內(nèi)的，該間隙由細管和套在其上的銅制的第二細管形成，經(jīng)過焊接點之后礦脂就盡早進入到金屬管內(nèi)。
12.按照權(quán)利要求8至11中任一項的方法，其特征為礦脂在壓力調(diào)節(jié)下大量地注入到金屬管內(nèi)并充滿光導(dǎo)體和金屬管內(nèi)壁之間的空腔。
13.按照權(quán)利要求8至12中任一項的方法，其特征為銅制的第二細管的橫截面至少在焊接點下面的區(qū)域內(nèi)變形成這樣的形狀，使得導(dǎo)引光導(dǎo)體的細管朝著銅制外細管面對縱縫的區(qū)域加以引導(dǎo)。
14.按照權(quán)利要求8至13中任一項的方法，其特征為銅制細管可沿金屬管的縱向移動。
15.按照權(quán)利要求8至14中任一項的方法，其特征為使光導(dǎo)體和含有礦脂的金屬管至少一圈卷繞在一個引出盤上，然后在輕微的拉力下卷繞在一個儲備卷筒上；金屬管在一個由第一夾緊卡爪牽引機、管徑縮減工具或第二夾緊卡爪牽引機所構(gòu)成的固定點和引出盤之間實現(xiàn)2‰至8‰的彈性延伸；這一彈性延伸在引出盤上消除，從而使光導(dǎo)體相對于金屬管獲得一個比較準(zhǔn)確的過剩長度。
全文摘要
一種制造外徑為1至6mm的縱縫焊接的金屬管的方法，該方法系使一條金屬帶通過一成型工具形成一根具有縱縫的管子、再用激光焊接設(shè)備將管子的縱縫焊接起來，其中待焊接的管子在接近焊接點之前和剛離開焊接點之后由一個夾緊管子表面的工具進行穿行導(dǎo)引，該工具可使兩個帶緣保持互相接觸并使焊縫不受力。緊接第二工具之后有一夾緊卡爪牽引機的夾緊卡爪夾緊焊接好的管子，其中夾緊卡爪可將管子不旋轉(zhuǎn)地導(dǎo)引。
文檔編號B23K26/20GK1128685SQ95117208
公開日1996年8月14日 申請日期1995年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月24日
發(fā)明者G·齊梅克, H·施塔斯朱斯基, K·波赫 申請人:阿爾卡泰爾電纜公司