用于焊接金属板条的方法和用于在使用这种方法的情况下制造大的表面的设备
阅读说明：本技术 用于焊接金属板条的方法和用于在使用这种方法的情况下制造大的表面的设备 (Method for welding sheet metal strips and device for producing large surfaces using said method ) 是由 E·迈尔 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：用于将对接地相互邻接的各金属板条(10)的纵向边缘区域进行焊接的方法,该方法的特征在于以下的方法步骤：平行于每个金属板条(10)的纵向边缘以预先给定的间距制造凹槽或者槽(12)；沿着所述金属板条(10)的相应的纵向边缘制造弯边(16),其中,所述弯边(16)的横截面长度基本上相应于所述凹槽/槽(12)的间距；将相邻的金属板条(10)的弯边(16)相互接合；在使用焊接头(18)在不使用附加的焊接材料的情况下借助于沿所述金属板条(10)的纵向方向前进的焊接来熔化相邻的金属板条(10)的相互接合的弯边(16)。按照本发明的设备适合于实现所述方法。(Method for welding longitudinal edge regions of sheet metal strips (10) abutting one another in a butt joint, characterized by the following method steps: producing grooves or slots (12) parallel to the longitudinal edges of each sheet metal strip (10) at a predetermined distance; -producing a bead (16) along a respective longitudinal edge of the sheet metal strip (10), wherein the cross-sectional length of the bead (16) substantially corresponds to the pitch of the grooves/slots (12); -joining the beads (16) of adjacent sheet metal strips (10) to one another; the mutually engaging beads (16) of adjacent sheet metal strips (10) are melted by means of a welding head (18) without using additional welding material by means of a weld proceeding in the longitudinal direction of the sheet metal strips (10). The device according to the invention is suitable for implementing said method.)
技术领域
本发明涉及一种用于将对接地相互邻接的各金属板条的纵向边缘区域进行焊接的方法。
此外，本发明涉及一种用于在使用这种方法的情况下由相互焊接的金属板条制造大的表面的设备。
背景技术
由DE 37 39 359 C1已知一种用于制造组装的金属板材的焊接设备。金属板材在其边缘区域中具有弯边(卷边)。在此，产生一种电极设备，所述电极设备用于在电极设备与要焊接的金属板带之间在其沿侧向安置的上下叠置的卷边的区域中产生燃烧电弧。在此，所述电极设备安装在焊接车上，所述焊接车在金属板带的上侧上移动，为了控制运行方向，所述焊接车具有至少一个控制元件，所述控制元件在形成配置给所述控制元件的导向轨的卷边上被导向。
于是，当涉及制造大面积的膜状表面时，对在金属板带之间的焊接连接的特性提出特别高的要求。这特别是适用于要加工的膜表面设置用于如下使用目的，在所述使用目的中，使膜表面承受高的拉应力，例如在具有大的直径的料仓容器(在所述料仓容器中，膜表面用作上侧的盖板，这例如在G 87 04 454.4中说明)中。这种膜状的盖板例如也在德国专利申请P 37 09 843.8中说明。
在制造这种盖板时，特别有利的是，在形成在相互邻接的金属板带之间的缝的情况下，在焊接时使弯边熔化直至金属板带的上侧的平面水平。以通过熔化消除弯边的方式来实施焊接过程基本上导致所组装的金属板条的几乎平滑的上侧并且导致构成具有特别有利的特性的焊缝。在此形成的从膜表面的上侧直至其下侧连续延伸的缝存在特别好的强度值。
在DE 195 29 542 A1中阐述一种用于将对接地相互邻接的金属板、尤其是条带进行焊接的方法和设备。该方法基于如下认识，即，在金属板厚的情况下已知的常见的方法(在这些常见的方法中，将焊缝置于由对接地相互邻接的金属板形成的V形槽中)然而无法应用于薄的金属板中、尤其是厚实度小于1mm的的金属板中。因此，在金属板薄的情况下，将要连接的边缘条带(例如通过弯边)竖起，并且此后减小其高度，直至在焊接时例如借助于电极使剩余的对接部进入到焊缝中。然而在此极其困难的是，获得在两侧与金属板表面一体(abschlieβend)的焊缝。因此，在DE 195 29 542 A1中公开一种用于将对接地相互邻接的薄的金属板、尤其以条带形式的金属板进行焊接的方法，所述方法的特征在于，将两个要焊接的金属板以重叠的边缘区域并排地相互靠近地放置，用相互对准的切割线从所述重叠的边缘区域中切割出端部区域，使两个金属板的切割平面相互对接并且接着优选借助于激光束沿接合线将它们相互焊接。
在这种方法中，也使得由于存在于焊接区域中的材料厚度而出现焊缝，所述焊缝具有相对大的厚实度。然而，因为力争达到尽可能平滑的表面，所以这种焊缝尤其是在容器中是不期望的。
发明内容
基于所提到的现有技术，本发明的技术问题或者说目的在于，提出一种用于将对接地相互邻接的金属板进行焊接的方法和设备，所述方法或所述设备适用于金属板条、尤其是非常薄的膜状的金属板，确保简单且经济的制造并且得出具有小的厚实度的焊缝，所述小的厚实度能实现平滑的表面并且确保稳定且可靠的强度和紧密性标准。
按照本发明的用于将对接地相互邻接的各金属板条的纵向边缘区域进行焊接的方法通过独立权利要求1的特征得出。按照本发明的用于由相互焊接的金属板条制造表面的设备通过独立权利要求17的特征得出。有利的实施方案和进一步扩展方案是直接地或者间接地从属于独立权利要求1的方法权利要求或从属于独立权利要求17的设备权利要求的技术方案。
根据本发明的方法的特征在于以下的方法步骤：
-平行于每个金属板条的纵向边缘以预先给定的间距制造凹槽或者槽。
-沿着所述金属板条的相应的纵向边缘制造弯边，其中，所述弯边的横截面长度基本上相应于所述凹槽/槽的间距。
-将相邻的金属板条的弯边相互接合。
-在使用焊接头在不使用附加的焊接材料的情况下借助于沿金属板条的纵向方向前进的焊接来熔化相邻的金属板条的相互接合的弯边。
通过在如下位置(弯边相应地围绕所述位置翻边)的区域中设置凹槽/槽而减少要熔化的材料，由此在熔化时可以产生包含较少的材料的焊缝，并且因此在焊缝完成之后不出现大的突起并且因此存在平滑的表面。此外，由于通过凹槽/槽引起的材料减少使相互焊接的金属板条的材料作废和材料变形明显地减少，从而由这种焊接的金属板条制造的表面总体上具有较少的弯曲和波纹，所述弯曲和波纹在焊接过程中由于不同的温度而通常出现。
按照本发明的方法的一种特别经济有利的实现方法的特征在于，通过冷变形来制造凹槽/槽，其中，按照优选的方式和方法，可以通过冲压或滚压方法来制造所述凹槽/槽。
备选地，按照有利的方式和方法，可以通过材料去除来制造凹槽/槽，例如通过铣削、切削加工或者按照其它的材料去除的方式和方法。
所述凹槽/槽可以从上侧和/或下侧安置。
一种特别优选的实施方案(所述实施方案在实践中考虑结构条件并且所述实施方案确保能在经济上实现的具有稳定的可靠的功能的解决方案)的特征在于，所述凹槽/槽安置在距所述金属板条的纵向边缘的如下间距中，所述间距是所述金属板条的厚度的3至10倍、尤其是2至5倍。优选地，所述弯边制造成与所述金属板平面成直角。
在按照本发明的方法的范围内，可以使用厚实度或厚度处于0.5至3mm、尤其0.5至2mm的范围内的金属板条。作为用于金属板条的材料优选使用不锈钢，所述不锈钢也长期承受侵蚀性的环境条件并且确保高的强度。
一种特别优选的实施方案(所述实施方案确保所产生的焊缝的高的质量)的特征在于，所述焊接头在焊接过程中沿纵向方向移位期间实施横向于所述纵向方向的振荡式的或摆动式的运动。在该实施方案中，也可以省去制造凹槽或者槽。
在经济有利地使用的范围内并且在同时确保要制造的焊缝的高的质量的情况下，一种特别有利的实施方案的特征在于，为了熔化所述相互接合的弯边而使用焊炬、焊接电极或者激光焊接器。
为了抵抗要相互焊接的金属板条的变形、尤其是在制造过程期间在焊接时的变形，被证明为特别有利的是，这样设计所述方法，使得沿纵向方向间隔开地在焊接位置之前将所述金属板条的相邻的要焊接的纵向边缘区域以预先给定的间隙尺寸保持分离，并且紧邻所述焊接位置之前相互靠近地按压所述弯边。
所述方法的一种特别有利的实施方案的特征在于，紧邻所述金属板条的要焊接的纵向边缘区域下方并且与所述纵向边缘区域相接触地设置有导热的材料层。
按照本发明的方法也适用于将薄的膜状的金属板条可靠地相互连接。在此可以省去凹槽或者槽的制造。
按照本发明的用于在使用以上所提到的方法的情况下由以纵向侧的区域相互焊接的金属板条制造表面的设备的特征在于：轴承辊装置，金属板条作为卷材能拉出地支承在所述轴承辊装置上；用于从轴承辊装置上拉出的金属板条的支承装置；用于将所述金属板条从轴承辊装置拉出到预先给定的长度尺寸上的第一拉出装置；用于在所拉出的金属板条的两侧的边缘区域中制造凹槽/槽的第一成形装置；用于在所拉出的金属板条的两侧的边缘区域中制造弯边的第二成形装置；具有焊接头的焊接装置，所述焊接装置能在纵向方向上移位并且实施对相邻的金属板条的相互接合的弯边的熔化；另外的拉出装置，在建立焊接连接之后，所述另外的拉出装置将经连接的金属板条沿横向方向相应地拉出金属板条的宽度尺寸。
按照本发明的设备的一种特别优选的实施方案的特征在于，存在另外的轴承辊装置，所述另外的轴承辊装置容纳从所述另外的拉出装置拉出的经焊接的金属板条。
按照本发明的设备的一种特别有利的进一步扩展方案的特征在于，存在预紧装置，所述预紧装置将相应的要相互焊接的两个金属板条在焊接过程期间保持预紧。
一种在结构上特别有效的实施方案的特征在于，存在耦联在焊接装置上的间隙产生装置，所述间隙产生装置沿纵向方向间隔开地在所述焊接装置之前产生在要焊接的两个金属板条之间的定义的间隙间距。
一种优选的进一步扩展方案的特征在于，所述支承装置包含导热轨、尤其由铜制成的导热轨，所述导热轨设置在紧邻要焊接的金属板条的纵向边缘区域下方并且在焊接过程期间支承在所述纵向边缘区域上。
按照一种有利的实施方案，一种在质量上高品质的焊缝可以通过如下方式实现，即，能在纵向方向上移位的焊接装置的焊接头在结构上这样构造/支承，使得所述焊接头在焊接过程期间实施横向于所述纵向方向的振荡式的或者摆动式的运动。
一种特别优选的实施方案的特征在于，所述焊接装置具有两个相对置的压紧辊，所述压紧辊在焊接位置之前将两个间隔开的金属板条的弯边相互按压。
利用按照本发明的方法或按照本发明的设备能实现经济有利地制造以任意形式的跨接部平放的顶结构或底板结构。在此，所制造的表面也可以构成为底板、遮阳装置、视线保护装置或者诸如此类的盖板。尤其是能实现制造(尤其由不锈钢制成的)无支撑的轻质的结构，所述结构允许自由地跨接容器或者料仓，所述容器或者料仓例如具有直至50m的跨度。轻型结构也适用于对如下容器进行焊接，所述容器具有挥发性和爆炸性的材料。
按照本发明的结构提供多种优点，例如耐腐蚀性、对气体的防扩散性、对UV辐射的不敏感性。无需进行成本密集的就地焊接工作。所述结构适用于钢和混凝土容器，并且同样能够容易地进行事后的装配。
根据本发明的设备的一种在结构上特别简单的实施方案的特征在于，所述焊接装置具有偏心轮驱动器，所述偏心轮驱动器用于使焊接头在焊接过程期间实施横向于所述纵向方向的振荡式的或者摆动式的运动。在该实施方案中也可能的是，省去第一成形装置。
按照本发明的方法或按照本发明的设备特别适用于制造无支撑的结构、尤其是膜结构，所述结构具有任意的表面周向轮廓。此外，经焊接的金属板条也可以用作平放的顶结构或者底部结构。在这方面，按照本发明的方法和按照本发明的设备可以普遍用于由相互焊接的金属板条组成的表面，所述金属板条可以具有任意的周向轮廓并且可以容易地适配于相应的使用目的，其中，同时能够确保高的承载能力、稳定可靠的功能和几乎无需维护地使用。
通过在权利要求书中进一步列举的特征以及通过以下给出的实施例得出本发明的另外的实施方式和优点。权利要求的各特征可以以任意的方式相互组合，只要它们不是明显地相互排斥。
附图说明
以下借助在图中示出的示例更详细地说明和阐释本发明以及本发明的有利的实施方式和进一步扩展方案。要从说明书和图得出的特征可以单独地或者多个地以任意的组合的方式按照本发明地应用。图中：
图1a-e示出金属板条的示意性的横截面(图1a)，在该金属板条中，与纵向边缘间隔开地在两侧分别冲压一个槽(图1b)，将两个纵向边缘区域翻边，从而分别形成弯边(图1c)，在用于熔化弯边的焊接头的作用下将金属板条的两个相邻的纵向边缘区域接合以便构成焊缝(图1d)，通过所形成的焊缝而对接连接的相邻的金属板条的示图(图1e)，
图2示出表面、尤其膜表面的示意性的俯视图，所述表面作为用于圆形料仓的顶盖板包括多个按照在图1e中的细节图的在其纵向边缘区域中对接地相互焊接的金属板条，
图3示出具有顶盖板的圆形料仓的示意性的横截面，所述顶盖板具有按照图2的膜表面，
图4示出用于制造表面的设备的示意性的俯视图，所述表面由尤其是膜状的、相互焊接的金属板条制成，
图5示出按照图4的设备的示意性的透视图，
图6示出焊接装置的示意性的透视图，所述焊接装置构成为焊接车并且在两个相邻的具有弯边的金属板条的焊接过程期间被装入按照图5的设备之内，
图7示出横向于按照图6的焊接装置的纵向方向的示意性的侧视图，所述焊接装置设置在两个金属板条上，
图8示出逆着按照图6的焊接装置的纵向方向的示意性的端面视图，
图9示出按照图8的焊接装置的细节A的示意性的细节图，
图10示出按照图5的设备的示意性的局部透视图，其中示出轴承辊装置、拉出装置以及第一和第二成形装置(所述第一和第二成形装置以辊的形式)，
图11朝按照图10的设备的纵向方向示出示意性的端面视图，
图12示出横向于按照图10的设备的纵向方向的示意性的侧视图，以及
图13示出按照图10的设备的示意性的俯视图。
具体实施方式
在图1a至e中示出用于焊接相邻的、尤其薄的、膜状的金属板条10的强烈示意性的各个方法步骤。从按照图1a的金属板条10出发，所述金属板条具有例如为0.5至3mm的厚实度d以及具有例如500至2000mm的宽度b。金属板平面配设有附图标记E并且示出为点划线。
在第一方法步骤中，以距金属板条10的相应的纵向边缘14间距a地冲压上侧的槽12，所述上侧的槽平行于纵向边缘14延伸。槽12例如可以构成为V形或者U形。槽12例如可以通过冷变形以滚压或冲压方法成型。槽12的深度优选处于金属板条10的厚实度d的50％至80％之间的范围内。在薄的金属板12中，槽没有翻边(Abkantung)也是可能的。
在紧接着的方法步骤中，将在槽12与纵向边缘14之间的纵向边缘区域向上弯边，从而在两侧分别形成弯边16，所述弯边在该实施例中基本上垂直于金属板条10的平面E地设置(图1c)。
为了连接两个金属板条10，使它们相互接合，从而相邻的金属板条10的弯边16相互支承。然后，借助于焊接头18将各弯边16加热至熔化温度，从而各弯边相互熔化并且在最终状态下形成焊缝22，所述焊缝使相邻的金属板条10沿着它们的纵向边缘区域相互连接。在此，所述焊缝22这样构成，使得它们与邻接的金属板条10的上侧形成大致平滑的表面。
通过在焊接或者熔化过程之前引入槽12，减小必须相互熔化以制造焊缝22的材料体积。由此减少用于制造焊缝22的能量输入，从而出现小的焊接变形并且减少为了产生平滑表面的焊缝22的体积。
图3示出圆形料仓52，在所述圆形料仓中按照图2的膜表面50用作顶盖板。在将膜表面50切割成圆形的周向轮廓之后，可以将所述膜表面容易地安置在圆形料仓52上，其方式为，通过张紧装置54将所述膜表面张紧在圆形料仓52的壁的上部环绕的边缘区域中。在此，膜表面50处于拉应力下并且具有小的挠曲。膜表面50在上侧配设有碎石填充部56。
在膜表面50的中部(也就是说在表面的最低点上)存在排出口58连同排出腔60和排出管62以用于引出雨水。
在图4和5中示意性地示出用于在使用上述方法的情况下由相互焊接的金属板条10制造支撑表面、尤其膜表面50的设备30。在此，示出如下情形，在所述情形中，将膜表面50的两个第一金属板条10相互焊接。
在图4中的左端部区域中设置有轴承辊装置32，金属板条10作为卷材可拉出地支承在所述轴承辊装置上。借助于第一拉出装置36将金属板条10沿纵向方向L拉出到支承装置34上直至预先给定的长度。沿纵向方向L在轴承辊装置32下游存在在图4中示意性示出的第一成形装置38，所述第一成形装置在所拉出的金属板条10的两侧的边缘区域中冲压槽。紧接于此地跟随有示意性示出的第二成形装置40，所述第二成形装置在所拉出的金属板条的两侧的边缘区域中制造弯边，其中，弯边16的弯曲边缘位于槽12中。在达到预先给定的拉出长度且通过第一和第二成形装置38、40冲压槽12和弯边16之后，将金属板条10与来自第一轴承辊装置32的金属板带分离。
在拉出第一金属板条10之后，所述第一金属板条在达到其纵向位置之后通过未详细示出的另外的拉出装置沿横向方向Q拉出了金属板条10的宽度尺寸b。在第二金属板条10进入之后，使用焊接装置42，所述焊接装置熔化相邻的金属板条10的弯边16并且因此将它们相互焊接。在此，焊接装置42沿纵向方向L逐步向前行驶，其中，在达到一定的焊缝长度之后开始相应地从金属板条10切割出膜表面50的周向轮廓(在示出的实施例中为圆形周向轮廓)，如在图4中示出的那样。在焊接过程期间，借助存在于支承装置34的左边的和右边的端部区域上的预紧装置46.1、46.2使所述两个要相互焊接的金属板条10保持预紧。
在所述两个金属板条10相互焊接之后，利用另外的拉出装置将所述两个金属板条沿横向方向Q拉出并且输送至另外的轴承辊装置44，并且在所述另外的轴承辊装置上将所述两个金属板条卷绕。所述另外的轴承辊装置44用作用于已完成的膜表面50的运输设备，以用于运输到现场上。现在，在接着的方法步骤中，分别拉出另外的金属板条10，所述金属板条配设有槽和弯边并且在它们的纵向边缘区域中相互焊接，直至制造出已完成的膜表面50。然后，在完成的状态下，将膜表面50卷绕到另外的轴承辊装置44上并且可以将其运输至现场。
在图6至9中示意性示出焊接装置42在焊接过程中的实施例。所述焊接装置42设置在能在纵向方向L上移位的焊接车上，所述焊接车具有独立的驱动器。所述焊接装置42在其前面的端部区域中具有两个相对置的压紧辊24，所述压紧辊在使用情况下分别从外部以按压的方式作用到相邻的金属板条10的相邻的弯边16上，并且所述压紧辊能围绕转动轴线转动地被驱动并且因此能实现焊接装置42的行驶车在纵向方向L上的行驶运动。焊接装置42的在图7中可看出的焊接头18存在于焊接装置42的后面的端部区域中。在该实施例中，焊接装置42构成为保护气体焊接装置，也就是说将气体从储备容器64中输送给焊接头18，以便通过所述气体的燃烧引起金属板条10的弯边16的熔化，以便因此产生所期望的焊缝。
此外，从图6可看出，沿纵向方向L在压紧辊24前面间隔开地设置有间隙产生装置48，所述间隙产生装置通过间隔型材(Abstandsprofil)49与焊接装置42相连接，所述间隙产生装置引起金属板条10的相邻的边缘区域保持在限定的间隙间距上，从而在焊接过程期间不会发生膜状的金属板条10的过弯，这有利于所述方法的无干扰的进行。通过焊接装置42的压紧辊24将相邻的金属板条10的弯边16接触地接合并且随后熔化以用于构成焊缝。
在结构上这样设计或支承焊接装置42的焊接头18，使得所述焊接头在焊接装置42沿纵向方向L进给期间实施横向于所述纵向方向L的振荡式的或者摆动式的运动，由此，明显地改善所制造的焊缝的质量。为了实现这种振荡式的或者摆动式的运动，例如可以将偏心轮驱动器用于焊接头18。
图10至13示意性地示出设备30的上游区域。
相应的金属板条10以可转动可拉出的方式卷绕地存在于轴承辊装置32上，所述金属板条通常被称作卷材。
拉出装置36相应地在要拉出的金属板条的前端部区域中与所述金属板条相连接，所述拉出装置将该金属板条沿纵向方向L拉出到支承装置34上直至预先给定的长度。在拉出过程中，将金属板条10输送至第一成形装置40，该第一成形装置在示出的实施例中构成为辊单元并且在金属板条10上的相应的侧边缘区域中从上侧冲压相应的槽12。紧邻第一成形装置38连接有第二成形装置40，所述第二成形装置在示出的实施例中由多个沿纵向方向L相继设置的辊组成，并且所述第二成形装置在金属板条10的边缘区域中进行弯边16。于是，在经翻边的金属板条在支承装置34上达到相应的预先给定的拉出长度之后，借助于上述焊接装置42将经翻边的金属板条10相互对接地焊接，其中，在焊接过程中使弯边16熔化，并且由此产生具有高的承载能力的稳定可靠的密封的焊缝。
在金属板条的相应的拉出过程中在达到预先给定的拉出长度之后，将该金属板条与卷材分离并且接着进行焊接。在发生焊接之后，将相互焊接的金属板条10沿横向方向Q拉出了相应的金属板宽度b并且将其输送至另外的轴承辊装置44。此后，拉出另外的金属板条10并且为下一个焊接过程提供。通过这种方法可以由金属板条制造任意大的表面，所述表面具有任意的周向轮廓，因为在焊接过程中通过对相互接合的金属板条的边缘区域的相应的轮廓处理已经形成所述周向轮廓。
通过按照本发明地设置槽或者凹槽，减少用于形成焊缝的要熔化的材料的体积，从而能实现较小的能量输入，并且由此有效地抵抗支撑表面的变形或者波纹形成的出现。此外，能实现具有较小的厚实度的焊缝，从而总体上能实现较平滑的表面。也由此抵抗在表面之内出现非期望的固有应力。在金属板条特别薄的情况下，也可以省去槽的制造并且相应地应用其余的方法步骤。
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