(57)【要約】【課題】  公知の設備コンセプトの諸欠点を取り除くことのできる溶接大径管を製造するための方法および装置を提供する。【解決手段】  本発明は、溶接大径管を製造するための方法およびこの方法を実施するための装置であって、熱間圧延鋼帯アンコイラ（１）と、鋼帯接合シームを製造するための溶接機（２）と、熱間圧延鋼帯を横方向でレベリングするための２段階二重ロール対（３）と、熱間圧延鋼帯を縦方向でレベリングするための多ロールレベラ（４）と、超音波鋼帯試験設備（５）と、鋼帯エッジ加工設備（６）と、鋼帯エッジプリベンダ（１１）と、管成形設備（１２）と、レーザ溶接設備（１４）と、溶接プロセス用写真光学式オンラインプロセス診断システム（１７、１７’）と、溶接済み管の直径を検査するための測定装置（１８）と、内面シームおよび外面シーム用写真光学式シーム検出システム（１９）と、計算機断層撮影像試験・評価ユニット（２０）と、溶接シーム用超音波試験装置（２１）とで構成されたものに関する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径４００〜３０５０ｍｍ、肉厚５〜３０ｍｍの寸法範囲の溶接大径管、特に熱間圧延鋼帯で構成されたスパイラルシーム管を製造するための方法であって、
前記熱間圧延鋼帯を巻出すステップと、
鋼帯の始端と先行する鋼帯の終端とを接合するステップと、
前記熱間圧延鋼帯の横方向の平坦性を２段階でレベリングするステップと、
前記熱間圧延鋼帯の縦方向の平坦性をレベリングするステップと、
鋼帯エッジ領域の縁域試験も含めた前記熱間圧延鋼帯全面の超音波試験を行なうステップと、
前記鋼帯エッジの４段階加工を行なうステップと、
前記鋼帯エッジをプリベンドするステップと、
前記熱間圧延鋼帯を溝付きスパイラルシーム管に成形するステップと、
前記溝付きスパイラルシーム管の内面および外面の前記鋼帯エッジをレーザ溶接するステップと、
溶接プロセスのオンライン診断を行なうステップと、
オンライン管径測定を行なうステップと、
シーム形成部断面のオンライン検出を行なうステップと、
管内部欠陥の計算機断層撮影像検出と評価を行なうステップと、
溶接シームの超音波試験を行なうステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記溶接シームの超音波試験の後に管列が個々の管片にインラインで切断され、最後に管端が加工されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記管列のインライン切断がプラズマ切断によって行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記鋼帯エッジの４段階加工の作業工程が、
荒削りまたは剪断加工と、
仕上げ削り加工と、
ブラッシング加工と、
平滑矯正加工と
で行われることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記鋼帯エッジがその表面に対して斜めに加工されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記溶接プロセスのオンライン診断が写真光学手段で行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記シーム形成部断面のオンライン検出が写真光学手段で行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
外面シームと内面シームとの間に少なくとも１ミリメートルの重なりができるように、両方のレーザ光線の強さが互いに調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
溶接プロセス中に、管内面および管外面に衝突するレーザ光線は溶接ギャップを形成する鋼帯エッジにトラッキングされることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
成形するときの鋼帯エッジの衝合直後に、管内面に衝突するレーザ光線が６時の位置で溶接ギャップに衝突することを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記管外面に衝突するレーザ光線は管内面に衝突するレーザ光線に対して１８０°ずらして１２時の位置で溶接ギャップに衝突することを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
溶接プロセス中に溶加材が溶接ギャップに送給されることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法を実施するための装置であって、
熱間圧延鋼帯アンコイラ（１）と、
鋼帯接合シームを製造するための溶接機（２）と、
前記熱間圧延鋼帯を横方向でレベリングするための２段階二重ロール対（３）と、
前記熱間圧延鋼帯を縦方向でレベリングするための多ロールレベラ（４）と、
超音波鋼帯試験設備（５）と、
鋼帯エッジ加工設備（６）と、
鋼帯エッジプリベンダ（１１）と、
鋼帯成形設備（１２）と、
レーザ溶接設備（１４）と、
溶接プロセス用写真光学式オンラインプロセス診断システム（１７、１７’）と、
溶接済みの管の直径を検査するための測定装置（１８）と、
内面および外面シーム用写真光学式シーム検出システム（１９）と、
計算機断層撮影像試験・評価ユニット（２０）と、
溶接シーム用超音波試験装置（２１）と
を備えている装置。
【請求項１４】
溶接シーム用超音波試験装置（２１）の後段に管切断設備（２４）と管端加工設備（２５）が設けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
管切断設備（２４）がプラズマ設備であることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
装置が組立・分解可能な主組立体からモジュール状に構成されていることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
鋼帯エッジ加工設備（６）が、
鋼帯エッジ荒削り機（７）または剪断刃物と、
鋼帯エッジ仕上げ削り機（８）と、
鋼帯エッジブラッシング装置（９）と、
鋼帯エッジ平滑矯正機（１０）と
の４つの装置を備えていることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
レーザ溶接設備（１４）が内面シームおよび外面シーム用の各１つのレーザ溶接ヘッド（１５、１５’）を備えていることを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
レーザ溶接ヘッド（１５、１５’）が三次元的に走行可能であり、かつ溶接シーム縦方向に揺動可能に配置されていることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
溶接されるべき鋼帯エッジに対してレーザ光線をトラッキングするためのセンサがレーザ溶接設備（１４）に一体化されていることを特徴とする、請求項１３、請求項１８、請求項１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
内面シームおよび外面シーム用の写真光学式シーム検出システム（１９）が各１つのレーザラインスキャナと評価カメラとを備えていることを特徴とする、請求項１３、請求項１８、請求項１９のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接大径管、特に熱間圧延鋼帯で形成されたスパイラルシーム管を製造するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接大径管には、ストレートシーム管またはスパイラルシーム管がある。スパイラルシーム管は５ｍｍ〜３０ｍｍの肉厚で約４００ｍｍ〜３０５０ｍｍの直径範囲で製造される。
【０００３】
スパイラルシーム管とは、熱間圧延鋼帯または板を螺旋状に均一な曲率半径で連続的に成形した管のことであり、成形装置によって、衝合する鋼帯エッジが互いに溶接される。
【０００４】
スパイラルシーム管の製造は、各管径が特定の板幅を前提とするストレートシーム管製造とは異なり、１つの帯幅もしくは板幅からさまざまな管径に仕上げることができることを特徴としている。
【０００５】
成形ユニットへの鋼帯の走り込み角度は変更可能である。一定した帯幅において、走り込み角度が小さければ小さいほど、管径は一層大きくなる。
【０００６】
大規模配管プロジェクトのような特殊な水管プロジェクトは、将来ますます頻繁に人口増加率の高い地域で実施されるようになる。これらの地域では、しばしば大きな水不足とインフラストラクチャーの開発の悪さが問題となっている。輸送技術およびロジスティックに関する大きな時間・費用支出がその結果である。これらの地域の諸国は経済事情が困難なためなお強い外貨不足にしばしば苦しんでおり、そのことから輸入を避けて国内の自給割合を高めるとの考えがもたらされる。
【０００７】
この理由からこれらの国では、極力短い時間で敷設されて操業開始できるスパイラルシーム管を製造するための独自の製造可能性についてますます思案されている。これらの設備はその場合しばしば単目的（プロジェクト）設備の性格を持つ。
【０００８】
溶接スパイラルシーム管を製造するための方法および装置は、非特許文献１に開示されている。
【０００９】
現状の技術によれば、サブマージアーク溶接（ＵＰ）によってスパイラルシーム管を製造するための定置装置は、実質的に以下の特徴を有する：
‐鋼帯成形、
‐サブマージアーク溶接、
‐溶接前および溶接後の溶接シームおよび母材の超音波試験、
‐管列の個別管への切断、
‐調整。
【００１０】
スパイラルシーム管を製造するために、まず最初に、コイル状に巻き取られた熱間圧延鋼帯が巻出され、適宜な加工の後に事前に投入された熱間圧延鋼帯の終端と溶接され、こうしていわばエンドレス鋼帯、従って連続的に経過する管溶接プロセスを実現することができる。次に鋼帯はレベラロールに通され、そのなかで鋼帯は平坦性要求に合せてレベリングされる。
【００１１】
鋼帯エッジ加工設備では、鋼帯が一定幅に切断され、同時に付加的工具（例えば削り機または剪断刃物）によって鋼帯エッジがトリミングされ、すなわち鋼帯エッジが溶接用に準備される。
【００１２】
鋼帯エッジは、管成形前に、溶接シーム領域での屋根化(Aufdachung)を防止するためにプリベンドされる。
【００１３】
管成形後、衝合した鋼帯エッジはサブマージアーク溶接によってまず内側がほぼ６時の位置で、また管外面で管の半周進んだ１２時の位置で接合される。
【００１４】
管成形は仮付溶接と選択的に組合せることもでき、仮付された管は次に個別の溶接台で内面および外面を仕上げ溶接される。
【００１５】
その直後に生産検査の枠内で溶接シームは超音波によって万一の欠陥を検査され、次に管列は一緒に作動する管切断装置によって個別管へと分割される。
【００１６】
個別管が調整部に搬送され、そこで溶接スパイラルシーム管は、後続の生産の流れに持ち込まれる前に本来の製造プロセス後の管の状態を判定するためにまず目視検査にかけられる。
【００１７】
再加工（必要な場合）、破壊試験用試料採取、管端加工、仕上げられた管体の水圧試験、溶接シーム全体の超音波検査、必要に応じて周面の方から固定される溶接シームのＸ線試験の工程が続く。
【００１８】
さまざまな試験・検査工程がサブマージアーク溶接スパイラルシーム管およびストレートシーム管の製造に随伴して高い品質要求を満たすことがわかる。
【００１９】
しかし、この生産経過およびその際に必要なさまざまな試験・検査工程は、溶接技術および持続的プロセス検査に関する今日の技術的可能性を考慮するならば、もはや時流に合ったものとはみなすことができない。永続的な定置操業に合わせて設計されたこの設備コンセプトでは、極力短時間で敷設されて操業開始できるプロジェクト設備に関する冒頭に指摘した要請は実現できない。
【００２０】
諸欠点を以下にまとめる。
‐さまざまな試験・検査工程を含む長い生産連鎖により、設備容積が大きくて費用のかかるものとなっている。
‐この設備コンセプトでは、設置場所を移動（可動性）させる場合に、費用や時間がかかる。
‐サブマージアーク溶接プロセスのとき溶融池が比較的大容積となり、最新の品質保証システムの利用が困難となる。
‐サブマージアーク溶接プロセスは一般にエッジ準備としてＹ継手または二重Ｙ継手を必要とする。そのことから板厚に依存して溶加材（溶接ワイヤと粉末）の投入量増をもたらし、そのことから溶融池が大きくなり、欠陥リスクおよび溶接費が高くなる。
‐溶融池の大きさは、管径（管壁の曲率）に依存して溶接速度の上昇を妨げる。これは特に肉薄管のときにあてはまる。
‐サブマージアーク溶接法は内面および外面シームに明確な余盛を生じ、これが後の管外・管内被覆に不利に作用する。余盛は一方で被覆材料の消費量を増やし、他方で輸送・ハンドリング過程のとき余盛領域で管外被覆が損傷する危険がある。
【非特許文献１】鋼管ハンドブック（Stahlrohr Handbuch）、Vulkan-Verlag、エッセン、第１２版、１９９５年、１４３〜１５２頁
【特許文献１】独国特許発明第１９７５８００１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の課題は、現状の技術により公知の設備コンセプトの諸欠点を取り除くことのできる溶接大径管、特にヘリカル（スパイラル）シーム管を製造するための方法および装置を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この課題は、請求項１の特徴によって解決される。有利な諸構成およびこの方法を実施するための装置は従属請求項による。
【００２３】
本発明の開示によって、この課題を解決するために使用される方法および装置では、レーザ溶接によってスパイラルシーム管が製造され、一体化されたプロセス検査によって本来の製造プロセスの最後には、既に機械仕上げ品質管が製造される。
【００２４】
本発明によれば、生産連鎖の明確な短縮によって、ごく簡素な設備コンセプトをもたらし、連続的プロセス検査を含む生産方法の主な要素は、なお本来の溶接装置にのみ集中する。
【００２５】
本発明によればこの設備コンセプトはモジュール状に構成されており、個々のモジュールは簡単に組立・分解可能な主要組立体で構成され、主要組立体は著しく容易な場所移動性を提供する。
【００２６】
レーザ溶接によってスパイラルシーム管を製造するための方法および機器システムが特許文献１により開示されている。
【００２７】
この特許文献１には、高品質のスパイラルシーム管を溶接技術で製造するための基礎が記載されている。
【００２８】
実質的に鋼帯エッジ準備の質的前提条件とレーザ溶接するための機器システムの設計が扱われており、これにより、
‐シーム形状が十分に平面に構成され、
‐微粒組織構成が行われ、シームの強度特性が少なくとも母材の強度特性に一致し、
‐スパイラルシーム管が連続的円筒管体となること
が達成される。
【００２９】
しかし、設備コンセプトの十分な可動性に対する冒頭に述べた要求を有する機械仕上げ品質管はこれでもまだ実現できない。
【００３０】
この現状の技術を基に、本発明に係る方法は、機械仕上げのスパイラルシーム管を製造するための本発明に係る設備コンセプトへの組入れを実現できるように改良されている。
【００３１】
本発明によれば、前記目的を達成するための方法および設備技術的特徴は以下のものに基づいている。
１．熱間圧延鋼帯の鋼帯準備の再設計、
２．表裏溶接技術(Lage-Gegenlagetechnik)でのレーザ溶接プロセス、
３．一体化された品質保証、その構成要素は
‐写真光学式オンラインプロセス診断、
‐シーム構成部の断面の写真光学式オンライン検出、
‐シーム断面の超音波試験、
‐管内部欠陥の計算機断層撮影像検出と評価、
４．管径および管長のオンライン測定、
５．モジュール構造様式の短縮された設備コンセプト。
【００３２】
１．熱間圧延鋼帯の鋼帯準備の再設計について
本発明の根底にある方法理念は、溶接ギャップが「ゼロ」に等しい鋼帯エッジの正確に成形され平滑矯正されたＩ継手を前提とする。これは次のことによって達成される：
‐熱間圧延広幅鋼帯を平らにレベリング
‐‐二重ロール対を介して横方向で２段階レベリング
‐‐多ロールレベラを介して縦方向でレベリング
‐平行な傾斜エッジ（傾斜Ｉ継手）を有する直線的鋼帯を生成するための、
‐‐荒削りまたは剪断、
‐‐仕上げ削り、
‐‐エッジ近傍領域のブラッシング、
‐‐平滑矯正
による４段階鋼帯エッジ準備方法。
【００３３】
板平面のレベリングと鋼帯エッジ準備後、熱間圧延鋼帯は、最終製品の品質を保証するための第１工程として、超音波技術を利用して全長、全幅にわたって欠陥のないことが非破壊試験される。
【００３４】
その後、熱間圧延鋼帯は公知の案内・制御システムを利用して加工済み鋼帯エッジと螺旋状に一緒にされ、両者は隙間なく６時の位置の数度前で衝合される。次にこの位置においてレーザ内部溶接が行われる。
【００３５】
この過程を促進するために、鋼帯エッジには僅かなプリベンドが与えられ、こうして鋼帯エッジのオフセットや隙間のない共同滑動を促進する。鋼帯エッジのオフセットのない衝合はこの目的のため特別に造形されたローリング工具によって６時の位置の溶接スポットで支持される。
【００３６】
内面および外面溶接シームの直接的領域内にもはや存在しないかもしくはごく僅かなだけの余盛は、溶接シームの領域でエッジオフセットと屋根形成(Dachbildung)とを避けるために鋼帯エッジの精確な曲げを不可欠とする。こうして管の円筒形状が決定的に促進される。
【００３７】
２．表裏溶接技術でのレーザ溶接プロセスについて
その出力のゆえに大径管製造時に利用が考えられるＣＯ2レーザも固体レーザまたはあらゆる種類のレーザも利用することができる。
【００３８】
本発明によれば、表裏溶接技術でのレーザ溶接は、管内面でも管外面でも余盛の構成にとって著しい利点を有する。そのことから溶接シームの良好な非破壊試験可能な表面輪郭をもたらす。
【００３９】
内側レーザ光線も外側レーザ光線も溶接ギャップに案内することはセンサによって行われる。従来利用されたサブマージアーク溶接法とは異なりここでは、レーザ光線ヘッドを正確に中心で溶接ギャップ上に案内し、こうして両方の鋼帯エッジを均一に把持するために、レーザ光線ヘッドのごく精確な案内が不可欠である。さらにレーザ光線ヘッドの制御装置は、レーザ光線ヘッドが溶接ギャップを横切ってもまた高さ位置でも移動できるように設計されている。さらに、レーザ光線を最適に溶接ギャップに向けるために溶接ヘッドは数度傾けることができる。
【００４０】
溶接シームの外側形状は溶加材としての溶接ワイヤの使用に左右される。その際、ワイヤ径とワイヤ送給が影響する。内面または外面シームまたは両方のシームを溶接するとき溶接ワイヤは必要に応じて送給することができる。使用されるワイヤ径は従来サブマージアーク溶接プロセスにおいて一般的であったものよりもはるかに小さい。
【００４１】
レーザ光線中心へのワイヤ送給は溶接部の品質にとって高い重要性を有する。シールドガス供給にも同様のことがあてはまる。
【００４２】
熱発生のゆえにセンサとワイヤガイドは十分に冷却され、生産プロセスの要求条件に合わせて頑丈に構成されている。
【００４３】
熱間圧延鋼帯の横断面全体にわたって完全溶込みを達成するために、内面溶接シームと外面溶接シームとの例えば少なくとも１ミリメートルの重なりが達成されるようにレーザ光源のエネルギーを相互に調整して利用することが不可欠である。
【００４４】
本発明によれば、鋼帯エッジの衝合直後に内側レーザが６時の位置で作動し、外側レーザは引き続き１８０°ずれて１２時の位置で作動する。
【００４５】
利用可能なレーザエネルギーに応じて、溶接されるべき肉厚と所要のシーム特性とに依存して溶接速度は柔軟に適合させることができる。
【００４６】
３．一体化された品質保証について
溶接前の熱間圧延鋼帯の完全サブマージアーク溶接試験の他に、本発明によれば写真光学式オンラインプロセス診断システムを介して溶接プロセス自体が監視される。
【００４７】
溶接池内の障害はレーザ励起プラズマの構成およびその温度に影響する。
【００４８】
溶接ヘッドの検出器は溶接スポットにおいて特定光波長範囲のプラズマ照明装置の強度と温度との持続的検出を溶接シーム上で追走的に実行する。
【００４９】
これらのデータを学習プロセスからの定義されたデータと合わせて絶えず比較することから、溶接過程の経過における不規則性はプロセス診断のまず１つの要素として推定することができる。
【００５０】
シーム構成部の断面は本発明によればレーザラインスキャナを利用して写真光学式に検出され、評価カメラを介して理想線を基準に評価される。こうして外面溶接シーム欠陥は検出できる。
【００５１】
溶接シームの内部欠陥の検出は公知の超音波試験技術を利用して実行される。
【００５２】
前記検査システムのデータの連結を介して、生成された溶接シームの品質について確実な判断を下すことができ、従来適用されたその他すべての試験法は有利なことに無用となる。
【００５３】
４．管径および管長のオンライン測定について
他の１つのオンライン試験装置が生成された管径を絶えず持続的に監視し、公差限界に達したことを適時に通知する。やはりオンラインで作動する管長測定が生成された管長を検出し、一緒に作動する切断装置を適宜に制御する。切断装置は連続的に製造される管列から個々の管片を切断する。
【００５４】
レーザ溶接設備の出口に直接接合して管端加工設備が新規な設備コンセプトに一体化されており、顧客の要求する最終管形状はこの加工装置で加工できる。
【００５５】
５．モジュール構造様式の短縮された設備コンセプトについて
溶接・品質保証技術についての前記構想は、この新規な技術において設備技術の範囲が大幅に減少して本来のレーザ溶接装置に限定できることを示す。容易に設置場所を変更可能な最新設備コンセプトのための前提条件をこうして提供する。
【００５６】
スパイラルシーム管を生産するための装置の設計構成がモジュール状に構成され、この装置は簡単に主要組立体に分解することができ、大きな依頼の最後に僅かな時間支出で分解して他の個所で再び設置することができる。
【００５７】
エネルギー供給部は必要なら移動式発電設備を介してモジュール状に形成することができる。
【００５８】
天候保護手段としての本来の生産ホールや、巻上機等も、やはりこのモジュールコンセプトの構成要素である。台板のみは使い捨てユニットとして旧設置場所に残される。
【００５９】
要約するなら本発明に係る方法は以下の主要作業工程に区分することができる。
‐熱間圧延鋼帯の巻出し、
‐鋼帯始端と前走鋼帯の鋼帯終端との接合、
‐熱間圧延鋼帯の横方向平坦性の２段階レベリング、
‐熱間圧延鋼帯の縦方向平坦性のレベリング、
‐熱間圧延鋼帯全面および特に鋼帯エッジの超音波試験、
‐鋼帯エッジの４段階加工、
‐鋼帯エッジのプリベンド、
‐熱間圧延鋼帯の溝付きスパイラルシーム管への成形、
‐スパイラルシーム管の内面および外面の鋼帯エッジのレーザ溶接、
‐溶接プロセスのオンラインプロセス診断、
‐オンライン管径測定、
‐シーム形成部断面のオンライン検出、
‐管内部欠陥の計算機断層撮影像検出と評価、
‐溶接シームの超音波試験。
【００６０】
本方法の諸利点は以下の如くにまとめることができる：
‐最新の品質保証技術を利用することによって、溶接プロセスの正常な機能と仕上がった溶接シームとを適切に監視し、これらの情報を非破壊材料試験の情報と論理的に結び付け、そこから、現在なお一般的なその他の試験・検査措置を省くことを可能とする確実な品質判断を下せるようにし得ることが可能である。
【００６１】
‐新たに利用される表裏溶接技術によるレーザ溶接法は、液体溶接池がサブマージアーク溶接におけるよりもはるかに少なく、溶融池内の乱流と不純物によって、固化時および溶融池移動による可能な溶接速度の制限時に、管壁曲率によって引き起こされて欠陥の発生するリスクが防止される利点を有する。新規な方法は管径にかかわりなく、板厚に依存した溶接速度用にレーザエネルギーを完全利用する可能性を提供する。
【００６２】
‐僅かなシーム容積に起因して平均欠陥寸法はサブマージアーク溶接プロセスの方から知られているものの約１０分の１に減少する。
【００６３】
‐設備コンセプトは新たな構想に基づいて本質的に短縮され、モジュール構造様式で柔軟かつ移動式に形成することができる。
【００６４】
‐機械仕上げされて品質的に適したエンドレス管列を製造する可能性。これは公知の管列敷設法で直接敷設することができ、互いに溶接された個別管片から手間をかけて管列を製造することは省くことができる。
【００６５】
‐敷設船で管列として製管する可能性。
【００６６】
‐改良された円筒形内輪郭および外輪郭を有する溶接大径管の生成。サブマージアーク溶接法におけるように管の内面および外面が余盛の周方向輪郭によって中断されもしくは乱されることはない。
【００６７】
本発明のその他の特徴、利点および詳細は、本発明に係る設備コンセプトの図面に示した実施例についての以下の説明から明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
熱間圧延鋼帯から機械仕上げレーザ溶接大径管を製造するための設備コンセプトが図１に示してある。
【００６９】
コイルとして巻き取られた熱間圧延鋼帯は、まず最初に熱間圧延鋼帯アンコイラ１から巻出され、熱間圧延鋼帯始端が溶接機２に至るまで引き出され、先行して既に溶接機２内にある熱間圧延鋼帯の終端と溶接されて鋼帯接合シームが製造されるようになっている。こうして「エンドレス鋼帯」の製造を介してほぼ連続的に経過する溶接プロセスを実現することができる。
【００７０】
熱間圧延鋼帯は、次に、２段階二重ロール対３で構成された組立体において、通過時に横方向の平坦性をレベリングされる。
【００７１】
その後、熱間圧延鋼帯は、多ロールレベラ４を通過し、そのなかで鋼帯は縦方向の平坦性をレベリングされる。このレベラ４でもって鋼帯の降伏点を超える延伸および圧縮が実現されるようになっている。こうして鋼帯の縦方向および横方向で応力および変形は殆ど解消されることになる。
【００７２】
次の超音波試験装置５では、熱間圧延鋼帯の全面が、そして特に溶接される鋼帯エッジも、疵を試験されるようになっている。
【００７３】
４段階で作動する鋼帯エッジ加工設備６の枠内では、面平行鋼帯を製造するために鋼帯エッジは板厚に依存して鋼帯エッジ荒削り機７によって加工される。選択的に、円形刃物剪断機も利用することができる。
鋼帯エッジ仕上げ削り機８を介して精密加工が行われ、鋼帯エッジの削り加工によって発生するバリは回転する円形ブラシを備えた鋼帯エッジブラッシング装置９によって除去されるようになっている。
【００７４】
鋼帯エッジ平滑矯正機１０では、焼入れ溝付きロールが鋼帯エッジに押し付けられ、削り加工された鋼帯は、成形プロセス時に鋼帯エッジの最適な相互滑動にとって不可欠なまでに平滑矯正されるようになっている。
【００７５】
目的は、両方の鋼帯エッジによって形成される溶接継手に空洞が生じていないゼロギャップにするために、レーザ溶接用の最適な幾何学的出発条件を提供することである。それゆえに、滑動過程を支援するために、鋼帯エッジは有利には鋼帯表面に対して斜めに加工される。
【００７６】
引き続き、鋼帯エッジプリベンダ１１では、溶接シーム領域で屋根形成を最少にするために熱間圧延鋼帯のエッジがプリベンドされるようになっている。
【００７７】
後続の成形設備１２では、外側支持保持器を有する３ロール曲げ装置によって鋼帯が管へと成形されるようになっている。その際、鋼帯エッジは垂直方向で調整可能な溝付き溶接支持ロール１３によって６時位置で担持され、これにより鋼帯エッジのオフセットは本質的に調節することができるようになっている。溶接支持ロール１３に設けられた溝は、溶接ギャップ内を落下する溶接物がこの溝に落下して溶接支持ロール１３の表面に付着することのないように調整されるようになっている。
【００７８】
レーザ溶接設備１４では、内面シームおよび外面シーム溶接用に各１つのレーザ溶接ヘッド１５もしくは１５’が配置されている。各溶接ヘッドは三次元的に走行可能であり、溶接シーム縦方向で揺動可能に配置されている。レーザ溶接ヘッド１５、１５’は冷却式コンパクト溶接ヘッドとして構成されており、レーザ集束装置と、このレーザ集束装置に強固に結合されたシームトラッキングセンサ１６もしくは１６’と、やはりレーザ集束装置と強固に結合されたオンラインプロセス診断および集束位置定保持用のセンサ１７もしくは１７’と溶接ワイヤ用送給装置とでそれぞれ構成されている。
【００７９】
制御ユニットと自動的に作動する非接触式直径測定装置１８では、溶接済みの管が連続的に測定されており、その際、特定限界値に達すると、直径測定装置１８が備える信号発生器が制御信号を発信する。
【００８０】
溶接プロセスに追走する写真光学式シーム検出システム１９では、内面シームおよび外面シームの外側シーム形状が測定されて評価されるようになっている。
【００８１】
オンラインで作動する計算機断層撮影像試験ユニット２０が管溶接機の出口に配置されている。この計算機断層撮影像試験ユニット２０の中で、管体全体が、必要なら本来の母材（熱間圧延鋼帯）内でも溶接シーム内でも内部欠陥を試験され、相応する試験プロトコルが作成されるようになっている。
【００８２】
超音波試験装置２１では、次に、溶接シームの縦欠陥および横欠陥が試験されるようになっている。
【００８３】
図２ａと図２ｂには、明快にする理由から、前記設備コンセプトが部分拡大図の形で再度示してある。
試験システムは、以下のものを含む。
‐縁域試験を含む母材の超音波試験、
‐内部オンラインプロセス診断、
‐追走する光学式内部欠陥検知、
‐外部オンラインプロセス診断、
‐追走する光学式外部欠陥検知
‐直径測定装置、
‐計算機断層撮影像品質検査、
‐溶接シームの超音波試験
これらによって、ここには図示しない中央コンピュータに送られる試験結果が互いに比較され、手元の試料を基に評価されるようになっている。このように検査されたすべての管片は、「使用可」または「欠陥」で評価され、「欠陥」は管外面にそのようにマークされる。同様に、欠陥は種類と位置が試験報告書に自動的に記録されるようになっている。
【００８４】
溶接して試験された管列は、支え２２内で案内され、降下台２３によって担持される。測長装置を備えた管切断設備２４では、エンドレス管列から所要長で管が最適に切断されるようになっている。切断法としては、熱切断法も機械式切断法も考えられる。
【００８５】
切断された管は、降下され、縦に運び出されまたは横に投げ出される。これに直接続いて設置される管端加工設備２５では、顧客の要求に合わせて管の最終加工が実行されるようになっている。選択的に、設備が例えば敷設船上にあり、管列が連続的に敷設される場合、個別管への管列の切断は省くこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る設備コンセプトのレイアウトを示す。
【図２ａ】図１と同様の拡大部分図である。
【図２ｂ】図２ａと同様の、但し他の部分図である。
【符号の説明】
【００８７】
１    熱間圧延鋼帯アンコイラ
２    溶接機（鋼帯接合シーム）
３    ２段階二重ロール対
４    多ロールレベラ
５    超音波鋼帯試験設備
６    鋼帯エッジ加工設備
７    鋼帯エッジ粗削り機
８    鋼帯エッジ仕上げ削り機
９    鋼帯エッジブラッシング装置
１０    鋼帯エッジ平滑矯正機
１１    鋼帯エッジプリベンダ
１２    成形設備
１３    溶接支持ロール
１４    レーザ溶接設備
１５、１５’    内側／外側のレーザ溶接ヘッド
１６、１６’    内側／外側のトラッキングセンサ
１７、１７’    内側／外側の写真光学式オンラインプロセス診断システム
１８    管径を検査するための測定装置
１９    写真光学式シーム検出システム
２０    計算機断層撮影像試験・評価ユニット
２１    超音波試験装置
２２    支え
２３    降下台
２４    管切断設備
２５    管端・加工設備
【図１】
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【図２ａ】
2005021988.tif 000004
【図２ｂ】
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