DE1102930B

DE1102930B - Arrangement for the continuous welding of the longitudinal seam of metal pipes of small dimensions

Info

Publication number: DE1102930B
Application number: DEB50966A
Authority: DE
Inventors: Helmut Benteler
Original assignee: Benteler Deutschland GmbH
Current assignee: Benteler Deutschland GmbH
Priority date: 1958-11-04
Filing date: 1958-11-04
Publication date: 1961-03-23

Description

Anordnung für das kontinuierliche Schweißen der Längsnaht von Metallrohren kleiner Abmessungen Für das kontinuierliche Schweißen der Längsnaht von Metallrohren ist es unter Anwendung :des Widerstands-Stumpfschweißverfahrens mittels Gleichstrom bekannt, den Gleichstrom den Schlitzkanten des aus Bandmaterial geformten Schlitzrohres über eine von dem Rohr unter Ausnutzung von Reibungskräften mitnehmbare, durch eine den Schlitzbereich überbrükkende Isolation zweipolig ausgebildete Scheibenelektrode zuzuführen, wobei die Zuleitung :des Stromes zu den beiden Elektrodenscheiben über einen mit dieser in Drehrichtung gekuppelten und gleichsinnig rotierenden Trockengleichrichter sowie einen diesem zugeordneten, den Netzwechselstrom auf Schweißspannung umformenden Transformator erfolgt. Der hierbei in pulsierendem Gleichstrom normaler Netzfrequenz umgewandelte Wechselstrom ermöglicht zwar eine qualitativ hochwertige und gleichmäßige Schweißnaht bei relativ niedrigen Schweißgeschwindigkeiten, führt aber dann zu Schwierigkeiten, wenn größere Schweißgeschwindigkeiten gefordert werden. Diese Schwierigkeiten lassen sich zwar vermeiden, wenn statt zweiphasigem Wechselstrom dreiphasiger Drehstrom benutzt wird, da dieser nach der Umformung auf Schweißspannung mittels des Trockengleichrichters in annähernd gleichförmigen Gleichstrom umgewandelt wird, der auch bei großen Schweißgeschwindigkeiten eine gleichmäßige Schweißnaht gewährleistet. Dies setzt jedoch die Verwendung eines dreiphasigen Rollenschweiß-Transformators voraus, der verhältnismäßig große Abmessungen besitzt und insbesondere wegen seiner Eisenjoche außerordentlich schwer ist. Da der Transformator ebenso wie der Trockengleichrichter, die mit der Elektrodenscheide im Regelfalle auf der gleichen Welle gelagert sind, durch Reibungsschluß von dem Schlitzrohr in Drehrichtung mitgenommen werden müssen, scheitert die Anwendung dieses Verfahrens bei kleinkalibrigen und äußerst dünnwandigen Rohren daran"daß wegen des begrenzten Andrucks und des hierdurch bedingten beschränkten Reibungsschlusses die schweren Massen nicht in Rotation versetzt bzw. in zu der Bewegungsgeschwindigkeit des Rohres synchroner Rotation gehalten werden können. Eine gleichförmige Drehung der Scheibenelektroden während des Schweißvorganges :durch das zu schweißende Rohr ist aber bei Gleichstromschweißung wegen :des Fehlens des Skin-Effektes deswegen notwendig, weil sich hierbei der Schweißpunkt unmittelbar unter der Kontaktstelle befindet und sich daher die Elektrodenscheibe in kürzester Zeit unzulässig erhitzen würde, wenn eine gleichförmige Umdrehung nicht gewährleistet wäre.Arrangement for the continuous welding of the longitudinal seam of metal pipes small dimensions For continuous welding of the longitudinal seam of metal pipes it is using: the resistance butt welding process using direct current known, the direct current the slot edges of the slotted tube formed from strip material Via one which can be carried along by the pipe using frictional forces, by a Isolation bridging the slot area, two-pole disc electrode feed, the feed line: the current to the two electrode disks via a dry rectifier coupled to it in the direction of rotation and rotating in the same direction as well as one assigned to this, which converts the mains alternating current to welding voltage Transformer takes place. The normal mains frequency in pulsating direct current Converted alternating current allows a high quality and uniform Weld seam at relatively low welding speeds, but then leads to difficulties when higher welding speeds are required. Let these difficulties Avoid using three-phase alternating current instead of two-phase alternating current is used because this is after the conversion to welding voltage by means of the dry rectifier is converted into an approximately uniform direct current, even at high welding speeds ensures a uniform weld seam. However, this implies the use of a three-phase roller welding transformer, which is relatively large in size and is extremely heavy, especially because of its iron yokes. There the transformer as well as the dry rectifier with the electrode sheath are usually stored on the same shaft, by frictional engagement of the Slotted tube must be taken along in the direction of rotation, the application fails Procedure for small-caliber and extremely thin-walled pipes because "because of the limited pressure and the resulting limited frictional engagement heavy masses are not set in rotation or at the speed of movement of the tube can be kept synchronous rotation. A uniform rotation of the disc electrodes during the welding process: through the pipe to be welded but is with direct current welding because of: the lack of the skin effect necessary because here the welding point is directly below the contact point and therefore the electrode disc will heat up impermissibly in a very short time would if a uniform rotation were not guaranteed.

Weitere Schwierigkeiten ergeben sich darüber hinaus dadurch, daß der Netzstrom dem rotierenden Transformator über Schleifkontakte zugeführt werden muß. Um die vorstehend behandelten Nachteile zu vermeiden und auch bei großer Schweißgeschwindigkeit selbst bei sehr kleinkalibrigen und dünnwandigen Rohren mit einer Wandstärke bis herunter zu etwa 0,25 mm eine einwandfreie Schweißung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der zweiphasige Netzwechselstrom durch einen von den rotierenden Teilen getrennt aufgestellten Frequenzwandler in Hochfrequenz umgewandelt und in die ebenfalls stationär angeordnete Primärwicklung eines eisenlosen Hochfrequenztransformators eingeleitet wird, und daß der niedrig gespannte Hochfrequenzstrom der gegenüber der feststehenden Primärwicklung rotierenden Sekundärwicklung -des Transformators mittels des gleichfalls rotierenden Halbleiter-Gleichrichters, z. B. eines Silizium-Dioden-Gleichrichters, in hochfrequent pulsierenden Gleichstrom umgewandelt und den beiden Elektrodenscheiben der Scheibenelektrode zugeführt wird.Further difficulties arise from the fact that the Mains current must be fed to the rotating transformer via sliding contacts. In order to avoid the disadvantages discussed above and also at high welding speeds even with very small-caliber and thin-walled pipes with a wall thickness of up to According to the invention, it is possible to achieve a perfect weld down to about 0.25 mm suggested that the two-phase mains alternating current through one of the rotating Split separately installed frequency converters converted into high frequency and converted into the stationary primary winding of an ironless high-frequency transformer is initiated, and that the low-voltage high-frequency current of the opposite of the stationary primary winding, rotating secondary winding of the transformer by means of the also rotating semiconductor rectifier, e.g. B. a silicon diode rectifier, converted into high-frequency pulsating direct current and the two electrode disks is fed to the disk electrode.

Durch die Anordnung gemäß der Erfindung ist es möglich, das Gewicht der rotierenden Teile auch bei größeren Leistungen von beispielsweise 40 kV A auf etwa ein Zehntel, nämlich auf etwa 75 kg, .gegenüber bisher mehr als 700 kg bei den bekannten Anordnungen herabzusetzen, so daß eine einwandfreieMitnahme der rotierenden Teile durch das Rohr auch dann gewährleistet ist, wenn :die Rohre bei kleinstem Durchmesser äußerst dünne Wandstärken besitzen und daher der Andruck der Scheibenelektrode am Rohr niedrig gehalten werden muß. Die Gewichtseinsparung ergibt sich einerseits aus der Verwendung eines Hochfrequenztransformators, bei dem auf Eisenjoche verzichtet werden kann und der es daher ermöglicht, nur die einwindige Sekundärwicklung rotieren zu lassen, wohingegen die Primärwicklung stationär verankert wird. Zum anderen wird die Gewichtseinsparung durch die Verwendung eines Halbleitergleichrichters ermöglicht, dessen vorzugsweise aus Siliziumdioden bestehenden Elemente sehr klein gehalten werden können und ein dementsprechend geringes Gewicht besitzen.With the arrangement according to the invention it is possible to reduce the weight of the rotating parts even at higher powers of, for example, 40 kV A. about a tenth, namely to about 75 kg, compared to more than 700 kg so far reduce the known arrangements, so that a proper driving of the rotating Parts through the pipe is guaranteed even if: the pipes at the smallest Diameter have extremely thin wall thicknesses and therefore the pressure of the disc electrode must be kept low on the pipe. The weight saving results on the one hand from the use of a high-frequency transformer that does without iron yokes and which therefore makes it possible to only use the single-turn secondary winding to rotate, whereas the primary winding is anchored stationary. To the another is the weight saving through the use of a semiconductor rectifier allows its elements, which are preferably composed of silicon diodes, to be very small can be held and have a correspondingly low weight.

Da in Verbindung mit dem Hochfrequenztransformator eine stationär angeordnete -Primärwicklung be- j nutzt werden kann, ergibt sich hieraus der weitere Vorteil, daß der Anschluß des Hochfrequenzstromes an den Transformator unter Verzicht auf Schleifkontakte erfolgt und daher ein störungsfreier und verschleißloser Stromübergang erreicht wird.As in connection with the high frequency transformer a stationary arranged primary winding can be used, this results in the further one Advantage that the connection of the high-frequency current to the transformer is waived takes place on sliding contacts and therefore a trouble-free and wear-free current transfer is achieved.

Schließlich ermöglicht die Erfindung trotz der Verwendung zweiphasigen Netzwechselstroms und dessen Umwandlung in Gleichstrom auch bei hohen Schweißgeschwindigkeiten eine einwandfreie Verschweißung, da es sich hierbei um auf dem Umweg über Hoch- ; frequenz erzeugten hochfrequent pulsierenden Gleichstrom handelt, der schweißtechnisch ähnliche Eigenschaften hat, wie ein aus Dreiphasendrehstrom erzeugter Gleichstrom.Finally, despite the use of two-phase, the invention allows Mains alternating current and its conversion into direct current even at high welding speeds a flawless weld, as this is a detour via high- ; frequency generated high-frequency pulsating direct current, the welding technology has similar properties as a direct current generated from three-phase alternating current.

Als Frequenzwandler kommt vorzugsweise ein bekannter Röhren-Hochfrequenz-Generator, d. h. ein sogenannter Schwingkreisoszillator in Frage, doch steht nichts entgegen, auch andersartige bekannte Frequenzumwandler zu verwenden, die aus normalfrequentem Netzwechselstrom mit z. B. 220 V Spannung Hochfrequenzstrom mit ausreichend großen Frequenzen erzeugen. Der bevorzugte Anwendungsbereich liegt oberhalb 100 kHz, z. B. in einer Größenordnung zwischen etwa 450 und 900 kHz.A known tube high-frequency generator is preferably used as the frequency converter, d. H. a so-called resonant circuit oscillator in question, but nothing stands in the way, also to use other types of known frequency converters that consist of normal frequency Mains alternating current with z. B. 220 V voltage high frequency current with sufficiently large Generate frequencies. The preferred range of application is above 100 kHz, e.g. B. in an order of magnitude between about 450 and 900 kHz.

Der Transformator ist als Hochfrequenztransfor- ; mator eisenlos, d. h. als Lufttransformator, ausgebildet, wobei die Primärwicklung zweckmäßig aus Hohlleitern besteht, die von einem Kühlmittel, z. B. Wasser, durchströmt sind. Die Sekundärwicklung ist vorzugsweise einwindig ausgebildet und demgemäß als an einer Längsseite geschlitzter Kupfermantel od. dgl. ausgeführt, wobei dessen Teile zweckmäßig ebenfalls gekühlt sind.The transformer is designed as a high frequency transformer; mator ironless, d. H. designed as an air transformer, with the primary winding expediently off Consists of waveguides, which by a coolant, for. B. water, are flowed through. the Secondary winding is preferably designed as a single turn and accordingly as on one Long side slotted copper jacket or the like. Executed, the parts of which are expedient are also cooled.

Innerhalb des Transformators wird der mit beispielsweise 220 V angenommene Netzstrom nach der Umwandlung in Hochfrequenzstrom auf etwa 5 bis 10 V Schweißspannung heruntertransformiert.Inside the transformer, it is assumed that it is 220 V, for example Mains current after conversion into high-frequency current to around 5 to 10 V welding voltage stepped down.

Bei Verwendung eines Silizium-Dioden-Gleichrichters sind die der gewünschten Sekundärstromstärke in der Anzahl angepaßten einzelnen Siliziumdioden untereinander in bekannter Weise auf einer Montageplatte durch Einphasen-Brücken-Schaltung verbunden. Der in der Gleichrichterschaltung entstehende Gleichstrom wird den beiden Elektrodenscheiben vorteilhaft durch die hohl ausgebildete Welle zugeleitet, auf der die Scheibenelektrode sowie der Gleichrichter und die Sekundärwindung des Transformators mit axialem Abstand drehsicher gelagert sind.When using a silicon diode rectifier, these are the desired ones Secondary current strength in the number of matched individual silicon diodes with one another connected in a known manner on a mounting plate by a single-phase bridge circuit. The direct current generated in the rectifier circuit is fed to the two electrode disks advantageously fed through the hollow shaft on which the disk electrode as well as the rectifier and the secondary winding of the transformer with axial spacing are rotatably mounted.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsschema erläutert. Es zeigt Fig. 1 das elektrische Prinzipschaltbild der Schweißeinrichtung, Fig. 2 die geometrische Anordnung der Einzelteile. In der Zeichnung sind das Schlitzrohr mit 1 und die durch eine Isolationsschicht 2 voneinander getrennten beiden Elektrodenscheiben mit 3 und 3 a bezeichnet.In the drawing, the invention is explained using an exemplary embodiment. 1 shows the basic electrical circuit diagram of the welding device, FIG. 2 the geometric arrangement of the individual parts. In the drawing are the slotted tube with 1 and the two electrode disks separated from one another by an insulation layer 2 with 3 and 3 a designated.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird der dem Netz entnommene niederfrequente Zweiphasenwechselstrom über die beiden Zuleitungen 4 und 4 a dem Hochfrequenz-Röhrengenerator 5 zugeleitet. Der dem Röhrengenerator entnommene Hochfrequenzwechselstrom wird einerseits über die beiden Zuleitungen 6 und 6 a dem Hochfrequenz-Schweißtransformator 7 zugeführt, wobei die beiden Zuleitungen 6 und 6 a zugleich die Primärwicklung 7 ca bilden bzw. mit dieser zu einer stationär verankerten Einheit montiert sind.As can be seen from the drawing, the low-frequency two-phase alternating current taken from the network is fed to the high-frequency tube generator 5 via the two feed lines 4 and 4 a. The high-frequency alternating current taken from the tube generator is fed to the high-frequency welding transformer 7 via the two leads 6 and 6a, the two leads 6 and 6a simultaneously forming the primary winding 7 or being mounted with it to form a stationary unit.

Die Sekundärwicklung 7 b wird durch eine einzige Windung in Form eines geschlitzten Kupferzylinders gebildet. Primärwicklung 7a und Sekundärwicklung 7 b sind unter Verzicht auf Eisenjoche ausschließlich magnetisch miteinander gekoppelt. Um ein Streuen der Kraftlinien in die nachfolgende Gleichrichtereinheit bzw. die an dieser Stelle befindlichen Lagerungsteile zu vermeiden, ist dem Transformator eine magnetischeAbschirmung 8 zugeordnet, die vorzugsweise aus gesintertem Hochfrequenz-Kernmaterial besteht und an dieser Stelle zugleich den magnetischen Rückschluß bildet.The secondary winding 7 b is in the form of a single turn slotted copper cylinder formed. Primary winding 7a and secondary winding 7 b are only magnetically coupled to one another, dispensing with iron yokes. In order to scatter the lines of force in the subsequent rectifier unit or the Storage parts located at this point must be avoided on the transformer associated with a magnetic shield 8, preferably made of high frequency sintered core material exists and at the same time forms the magnetic return path at this point.

Die Sekundärwicklung 7 b des Schweißtransformators 7 ist mittels der Leitungen 9, 9 a (vgl. Fig. 1) an die Siliziumdioden 11 der auf einer Montageplatte 12 montierten Gleichrichterschaltung angeschlossen, die in bekannter Weise durch eine Einphasen-Brücken-Schaltung gebildet ist.The secondary winding 7 b of the welding transformer 7 is by means of Lines 9, 9 a (see. Fig. 1) to the silicon diodes 11 on a mounting plate 12 mounted rectifier circuit connected in a known manner by a single-phase bridge circuit is formed.

Der in der Gleichrichterschaltung entstehende Gleichstrom (Schweißstrom) wird über die beiden Leitungen 13, 13 a den beiden Scheiben 3, 3 a der Scheibenelektrode zugeführt.The direct current generated in the rectifier circuit (welding current) is via the two lines 13, 13 a of the two disks 3, 3 a of the disk electrode fed.

Wie aus der schematisch gehaltenen Prinzipanordnung gemäß Fig. 2 ersichtlich, sind die Scheibenelektrode 3, 3a, die Montageplatte 12 des Gleichrichters 10 sowie die Sekundärwindung 7 b des Schweißtransformators einschließlich der dieser zugeordneteil Abschirmung 8 mit axialem Abstand in Drehrichtung starr auf einer gemeinsamen Welle 14 verankert, deren Lagerungsteile mit 15, 15 a bezeichnet sind.As can be seen from the schematic arrangement of the principle according to FIG. 2, the disk electrode 3, 3a, the mounting plate 12 of the rectifier 10 and the secondary winding 7b of the welding transformer, including the shielding 8 associated therewith, are rigidly anchored on a common shaft 14 at an axial distance in the direction of rotation , the bearing parts are designated by 15, 15 a.

Aus der schematischen Darstellung gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Scheibenelektrode 3, 3a von dem Schlitzrohr 1 während seiner Längsbewegung durch Reibungsschluß in Drehrichtung mitgenommen wird. die dann ihrerseits infolge der in Drehrichtung starren Kupplung über die Welle 14 gleichzeitig den Gleichrichter 10 und die Sekundärwindung 7 b des Schweißtransformators 7 mitnimmt, so daß mit Ausnahme der stationär verankerten Teile, nämlich des Hochfrequenzgenerators und der Primärwicklung des Transformators, die übrigen Teile während des Schweißvorganges mit einer der Rohrgeschwindigkeit entsprechenden, gleichförmigen und gleichsinnigen Umdrehungsgeschwindigkeit rotieren.From the schematic representation according to FIG. 2 it can be seen that the disk electrode 3, 3a is carried along by the slotted tube 1 during its longitudinal movement by frictional engagement in the direction of rotation. which in turn, as a result of the coupling rigid in the direction of rotation via the shaft 14, simultaneously entrains the rectifier 10 and the secondary winding 7b of the welding transformer 7, so that with the exception of the stationary anchored parts, namely the high-frequency generator and the primary winding of the transformer, the remaining parts during the Rotate the welding process at a speed of rotation that corresponds to the pipe speed, uniform and in the same direction.

Claims

PATENT CLAIMS: Arrangement for the continuous welding of the longitudinal seam of metal pipes of small dimensions using the resistance butt welding process by means of direct current, in which the direct current passes the slot edges of the strip material deformed into the slot tube via an insulation that can be carried along by the pipe using frictional forces and through an insulation that bridges the slot area bipolar disk electrode is supplied and the current is fed to the two electrode disks via a dry rectifier coupled with this in the direction of rotation and rotating in the same direction as well as a transformer assigned to it, which converts the mains alternating current to welding voltage, characterized in that the two-phase mains alternating current through a frequency converter set up separately from the rotating parts is converted into high frequency and into the also stationary primary winding of an ironless high frequency transformer ators was initiated and that the low-voltage high-frequency current of the secondary winding of the transformer rotating with respect to the stationary primary winding by means of the likewise rotating semiconductor rectifier, e.g. B. a silicon diode rectifier, converted into high-frequency pulsating direct current and fed to the two electrode disks of the disk electrode. Publications considered: German Auslegeschriften No. 1007 900, 1 044 307.