<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zum fortschreitenden elektrischen Stumpfschweissen der Stossflächen von Blechen oder Bändern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fortschreitenden elektrischen Stumpfschweissen der Stossflächen von Blechen oder Bändern unter Zufuhr des Stromes induktiv kontaktlos oder über Kontakte, wobei die Mittel der Stromzufuhr den Stossflächen unmittelbar gegenüber wirksam sind. Es ist bereits bekannt, an Stelle der Erhitzung mittels Brennern die notwendige Temperaturerhöhung in den Stossflächen von Blechen oder Bändern auf elektrischem Wege durchzuführen. Die erwärmten Stossflächen werden unter einem senkrecht zur Naht wirkenden Druck zusammengeführt und so das Stumpfschweissen bewirkt.
Sowohl bei den Verfahren, bei welchen der Strom induktiv, d. h. also ohne Kontakte, als auch bei denjenigen, bei welchen der Strom über Kontakte zur Widerstandserhitzung unmittelbar zugeführt wird, ist es schon vorgeschlagen worden, die Mittel der Stromzufuhr, d. h. also die Induktoren einerseits und die Kontakte anderseits, unmittelbar gegenüber den Stossflächen, die später zur Verschweissung zusammengeführt werden, wirksam werden zu lassen.
Diese Massnahme wurde in dem Bestreben ergriffen, eine möglichst gleichmässige Erwärmung über die gesamte Breite der Stossfläche auch dann zu erzielen, wenn es sich um verhältnismässig starke Bleche und Bänder handelt, wobei gleichzeitig tunlichst vermieden werden sollte, dass sich nennenswerte Erwärmungen des Materials in der Nachbarschaft der Stossflächen ergeben. Dieses Ziel lässt sich mit der bekannten Massnahme, die Mittel der Stromzufuhr gegenüber den Stossflächen wirksam werden zu lassen, wesentlich besser erreichen, als mit den Massnahmen, gemäss welchen die Induktoren bzw. Kontakte in unmittelbarer Nachbarschaft der Stossflächen auf die Oberflächen der Bleche oder Bänder einwirken. Allerdings hat diese
EMI1.1
durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung zu rechnen ist.
Weil aber auf diese Weise ein gleichförmiges Durchwärmen der gesamten Stossflächen nicht gewährleistet werden kann, ist die Massnahme vorzuziehen, die Mittel der Stromzufuhr unmittelbar gegenüber den Stossflächen vorzusehen. Damit ergibt sich aber die Schwierigkeit, die Induktoren bzw. Kontakte in dem Spalt unterzubringen, der so dicht als möglich an die Aufheizstrecke'anschliessend durch das Zusammenführen und den damit eingeleiteten Schweissvorgang geschlossen wird. Dies wird besonders fühlbar, wenn es sich z. B. um das Längsnahtschweissen von Schlitzrohren handelt, zumal wenn hiebei ausgegangen wird von verhältnismässig starken Blechen, die zum Schlitzrohr gebogen werden.
Das Offenhalten eines genügend breiten Spaltes in der Nähe der Schweissstelle kommt einem Biegen über die hohe Kante gleich, da das Öffnen des Spaltes, der von den beiden Stossflächen begrenzt wird, nicht anders möglicherscheint. Die Oberkanten der zusammenzuführenden Bleche oder Bänder befinden sich hiebei praktisch in gleicher Ebene und das Zusammenführen der Stossflächen erfolgt durch
<Desc/Clms Page number 2>
stetige Verminderung ihres Abstandes, während ihre eigentliche Stellung zueinander die gleiche bleibt.
Es ist auch bereits bekannt, dass bei der Widerstandsschweissung unter Verwendung hoher Frequenz die Kontakte in den engen Spalt zwischen den beiden zu verschweissenden Stossflächen anzuordnen sind. Eine solche Einrichtung hat jedoch in der Praxis zu dem erheblichen Nachteil geführt, dass wegen Platzmangels die Kontakte nicht genügend stabii ausgebildet werden können. Die eigentlichen Kontaktflächen, die mit einem bestimmten Druck an die Stossflächen angepresst werden müssen, haben nicht genügend abzustut- zenden Werkstoff, so dass laufend Beschädigungen der Kontakte u. zw. der Stossf1ächen durch ungenügende
Kontaktgabe eintreten.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist auch schon vorgeschlagen worden, solche
Kontakte in Schweissrichtung gesehen hintereinander anzuordnen, da hiedurch etwas mehr Raum für die
Ausbildung des den Kontakt tragenden Bauteiles gewonnen wird.
Neben der Tatsache, dass bei einer solchen Ausbildungsform noch keine genügende Stabilität erreicht wird, tritt der Nachteil in Erscheinung, dass die Stromweglänge in der. beiden zu verbindenden Stossflächen ungleich wird. Hiedurch ergeben sich Unterschiede in der Temperaturhöhe an der Stelle, an der die beiden Stossflächen zum Verschweissen in Berührung gebracht werden.
Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und dazugehörige Vorrichtungen anzuge- ben, die es ermöglichen, die Mittel der Stromzufuhr unmittelbar gegenüber den Stossflächen wirksam werden zu lassen und sie dennoch so nahe als möglich an die eigentliche Schweissstelle heranzubringen, so dass einerseits ein gleichförmiges Erwärmen der gesamten Stossf1ächenbreite sichergestellt wird und ander- seits Wärmeverluste durch zu grossen Abstand der Aufheizstrecke von der Schweissstelle vermieden werden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst, indem die Stossflächen im Bereich der Aufheizstrecke so geführt werden, dass die Schnittlinien der Stossflächen mit einer senkrecht auf der Schweissrichtung stehen- den Ebene gegeneinander versetzt sind. Diese Massnahme ist sowohl beim stumpfen Aneinanderschweissen von mehr oder minder ebenen Blechen als auch insbesondere beim Längsnahtschweissen von Rohren mög- lich. Die Stossflächen werden hiebei so geführt, dass die zugehörigen Kanten in verschiedenen Ebenen verlaufen. Schon diese Massnahme allein genügt vielfach, um den notwendigen Raum für die Anordnung der
Induktoren bzw. Kontakte zu schaffen und dabei gleichzeitig die Mittel der Stromzufuhr möglichst nahe an die eigentliche Schweissstelle heranzubringen.
Zur Ausübung des Verfahrens werden bei induktiver Erwärmung zwei Induktoren verwendet, die die
Form eines mit Magnet jochen besetzten gestreckten Leiters aufweisen und die der Länge der Aufheizstrecke entsprechen. An sich sind Induktoren, die aus gestreckten, mit Magnetjochen besetzten Leitern bestehen, bekannt. Gemäss der Erfindung werden sie in gegeneinander versetzten Ebenen bzw. in Winkelstellungzu- einander im Bereich der Aufheizstrecke unmittelbar gegenüber den Stossflächen angeordnet. An Stelle von mit Magnetjochen besetzten, gestreckten Leiternkönnen auch Induktoren verwendet werden, die aus mehreren Leitern oder aus einer Vielzahl parallel liegender Leiter bestehen.
Hinsichtlich der Anordnung gilt sinngemäss das gleiche für die elektrischen Kontakten der Form von
Schuhen oder Rollen, wenn eine Widerstandserwärmung durchgeführt werden soll. Im Bereich der Heiz- strecke werden diese Kontakte in gegeneinander versetzten Ebenen bzw. in Winkelstellung zueinander an den Stossflächen anliegend angeordnet.
In beiden Fällen wird auf diese Weise Raum gewonnen, so dass ein möglichst nahes Heranführen der
Mittel der elektrischen Stromzufuhr an die eigentliche Schweissstelle ermöglicht wird.
Im nachfolgenden wird die Erfindung an einigen bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert und dabei werden weitere Erfindungsmerkmale aufgezeigt. In schematischer Darstellung zeigen Fig. l einen senkrechten Schnitt durch die induktive Aufheizstrecke beim Längsnahtschweissen eines Schlitzrohres, Fig. 2 einen der Fig. l entsprechenden Schnitt bei einer andern Ausführungsform des Verfahrens, Fig. 3 einen
Schnitt durch eine Anordnung zur Ausübung des Verfahrens beim Zusammenschweissen von ebenen Blechen,
Fig. 4 einen Schnitt an der Heizstrecke bei unmittelbarer Stromzufuhr (Widerstandserhitzung), Fig. 5 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt für eine andere Ausführungsform des Verfahrens, Fig. 6 einen der Fig. 5 entsprechenden Schnitt, jedoch mit mechanischen Einrichtungen zum Zusammenführen der Stossflächen,
Fig.
7 einen senkrechten Längsschnitt der Fig. 6 und Fig. 8 eine Draufsicht der Fig. 7. In der Ausführung- form des Verfahrens und der Vorrichtung gemäss Fig. l handelt es sich um die Aufgabe, ein Rundrohr her- zustellen. Das hiezu benötigte Band wird in an sich bekannter Weise zu einem Schlitzrohr gerollt. Das
Schlitzrohr 1 hat aber insofern eine andere Form als dies bisher üblich und bekannt war, indem nämlich
EMI2.1
ander. Den Stossflächen unmittelbar gegenüber sind die Induktoren 4 und 5 angeordnet, bestehend aus je einem gestreckten Leiter mit aufgesetzten Magnetjochen 6 und 7.
Obwohl, wie aus der Darstellung er-
<Desc/Clms Page number 3>
iichtiich, die Stossflächen 2 und 3 kaum einen nennenswerten Abstand voneinander haben, ist es möglich, iie raumgreifenden Induktoren unterzubringen u. zw. verhältnismässig dicht bei der eigentlichen Schweissstelle. Auf dem Wege, welchen das Schlitzrohr von der Aufheizstrecke bis zur eigentlichen Schweissstelle zurückzulegen hat, ist es lediglich noch notwendig, die Stossfläche 3 auf die Ebene der Stossfläche 2 zu heben und den seitlichen Druck zur Verschweissung der beiden Stossflächen herbeizuführen. Die Bewegung des Rohres erfolgt hiebei, wie ohne weiters verständlich, senkrecht zur Zeichenebene, und die Induktoren 4und 5erstrecken sich ebenfalls in dieser Richtung.
Mit einer Anordnung dieser Art gelingt es, die Breite der Stossflächen völlig gleichmässig auf die erforderliche Schweisstemperatur zu erwärmen und die Tiefe des Eindringens der Erwärmung in Richtung auf den eigentlichen Rohrkörper 1 ist ausschliesslich abhängig von der Wahl der Frequenz, der spezifischen Leistung und von der Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes, aus welchem das Rohr geformt wird, sowie von der Vorschubgeschwindigkeit des Rohres während der Schweissung. Es ist beispielsweise möglich, bei einer Leistungsdichte von 1-8 kW/cm beheizter Stossfläche und einer Frequenz zwischen 2000 und 450000 Hz je nach verwendetem Werkstoff die Erwärmungstiefe auf 0,5 bis 10 mm zu beschränken.
Die durch das Verfahren gemäss der Erfindung ermöglichte gleichförmige Erwärmung der Stossflächen bei geringer Aus- breitungder Erwärmungsenkrecht zu den Stossflächen gestattet nicht nur ein Verschweissen unter geringem Gesamtwärmeaufwand, sondern auchbeientsprechendengeringenDrücken mit geringster Wulstbildung. Die benötigten Heizeinrichtungen können daher vergleichsweise von geringer Abmessung sein und die mechanisehen Einrichtungen vereinfachen sich, weil kein besonders starker Wulst zu entfernen ist.
Sinngemäss das gleiche gilt für die Anordnung nach Fig. 2. Die Stossflächen 8 und 9 des Schlitzrohres 1 sind in diesem Falle im Bereich der Heizstrecke nicht nur gegeneinander versetzt, sondern sie schliessen auch noch einen Winkel ein. Dementsprechend ergibt sich eine andere gegenseitige Anordnung der Induktoren 10 und 11 zueinander, die im übrigen dem Grundsatze nach genau so ausgebildet sind wie die Induktoren gemäss Fig. 1.
EMI3.1
der Erfindung gestattet es, diese Druckwirkung und damit die notwendige Verformung in Gebiete zu verlegen, die von den zu verschweissenden Kanten möglichst weit entfernt sind. Die Verformungsmittel, wie Rollen od. dgl., kommen auf diese Weise mit der Schweissstelle nicht in Berührung, was zur Folge hat, dass Wärmeverluste durch Leitung wirksam vermieden werden.
In gewissen Fällen ist es auch vorteilhaft, mehrere Induktoren gemäss Fig. l und 2 in Schweissrichtung hintereinander zu staffeln. Dip, Heizstrecke kann dadurch verlängert werden. Ausserdem können die Induktoren in Richtung senkrecht zur Schweissbewegung zur mechanisch einwandfreien Sicherung verstärkt werden.
Fig. 3 zeigt den Fall des stumpfen Aneinanderschweissens zweier ebener Bleche 23 und 24. Die Stossflächen 25 und 26 sind gegeneinander versetzt und nach Durchlaufen der mittels der Induktoren 27 und 28 erwärmten Aufheizstrecke ist es lediglich erforderlich, das eine oder das andere Blech auf eine gemein-
EMI3.2
nahe an die eigentliche Schweissstelle heranzubringen.Erfindungsgemäss kann an Stelle von Induktoren auch mit elektrischen Kontakten gearbeitet werden, die den Stossflächen den Strom unmittelbar zuführen. Am Beispiel eines Vierkantschlitzrohres 29 sei diese Massnahme an Hand der Fig. 4 kurz erläutert. Die Stossflächen 30 und 31 sind gegeneinander versetzt und ihre Ebenen bilden ausserdem einen Winkel miteinander.
Die Stromzuführung erfolgt über einen schwertförmigen Kontaktarm 32, der aus zwei gegeneinander isolierten Stromzuführungen 33 und 34 besteht. Die Isolierung ist bei 35 angedeutet. Am Ende des Kontaktarmes befinden sich die Kontaktschuhe 36 und 37, die an den Stossflächen 30 bzw. 31 anliegen. Sinngemäss die gleiche Anordnung ergibt sich aus Fig. 5, jedoch ist die Stossfläche 30 des Vierkantrohres 29 im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 4 nach innen gebogen.
Das Zusammenführen der Stossflächen ist, wie ohne weiters verständlich, bei einer Anordnung gemäss Fig. 4, verhältnismässig einfach. Aber auch bei einer Anordnung nach Fig. 5 ist das Zusammenführen der Stossflächen ohne weiters möglich, wie sich aus den Darstellungen der Fig. 6-8 ergibt. Jenseits der Aufheizstrecke ist in das Rohrinnere eine Rolle oder Walze 39 eingeführt, die, von einer Welle 40 getragen, auf einem Auslegearm gelagert ist. Dieser Auslegearm ist, wie bei 42 angedeutet, abgewinkelt, indem ein schwertartiger Teil 43 in das Rohrinnere hineinragt und an 5elIem unteren Ende angeschweisste Laschen 44 trägt. Die Laschen 44 des Auslegearmes ragen unter den Kontakten 34 hindurch.
Die Rolle oder Walze 39 findet das für die Ausübung des Verformnngsdruckes erforderliche Widerlager durch den Profilboden, welcher seinerseits wieder durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte, starre Unterrolle abgeschützt wird. Bei gewissen Profilen, insbesondere solchen mit geringer Wandstärke, kann auch auf die Gegenrolle
<Desc/Clms Page number 4>
verzichtet werden. In diesem Falle wäre die Lasche 44 über ein Gelenk mit dem in das Profilinnere hineinragenden Schwert 43 zu verbinden.
Wie ohne weiters verständlich, kann sinngemäss die gleiche Anordnung auch dann angewendet werden, wenn nicht mit Kontakten, sondern unter Verwendung von Induktoren aufgeheizt wird.
Zum Zusammenführen der Stossflächen der Bleche oder Bänder können im übrigen alle Mittel angewendet werden, wie sie für derartige Zwecke in der Technik bekannt sind, d. h. also in verschiedenen Ebenen angreifende Druckrollen und ferner auch Führungssteine, Düsen u. dgl. Soweit es sich um die Her- stellung von Rohren durch Längsnahtschweissung handelt, lässt sich das Verfahren gemäss der Erfindungohne weiters eingliedern in übliche Rohrfertigungsanlagen, bei denen das benötigte Band von einem Haspel abläuft und über Umführungsrollen sowie Einrichtungen zum Besäumen der Bandkanten durch Zirkularscheren einer aus mehreren Rollensätzen bestehenden Profilwalzenmaschine zugeführt wird.
In der Profilwalzenmaschine wird das Band auf kaltem Wege zu einem geschlitzten Rohr gewünschter Ausbildung vorgeformt, worauf alsdann das so verformte Band der Schweissmaschine zugeleitet wird, wo das Verschweissen in der Weise vorgenommen wird, wie dies in Verbindung mit den vorausgehenden Figuren geschildert wurde.
Gleichgültig, wiedie Gesamteinrichtung zur Herstellung der Schlitzrohr gestaltet ist, lässt sich unter Anwendung der Massnahmen gemäss der Erfindung die Schweissgeschwindigkeit und damit die Bandgeschwin- digkeit wesentlich steigern, verglichen mit solchen Einrichtungen, die ohne Anwendung des Verfahrens gemäss der Erfindung arbeiten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum fortschreitenden elektrischen Stumpfschweissen der Stossflächen von Blechen oder Bändern unter Zufuhr des Stromes induktiv kontaktlos oder über Kontakte, wobei die Mittel der Stromzufuhr den Stossflächen unmittelbar gegenüber wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Aufheizstrecke die Stossflächen so geführt werden, dass die Schnittlinien der Stossflächen mit einer senkrecht auf der Schweissrichtung stehenden Ebene gegeneinander versetzt sind.