DE1142672B

DE1142672B - Device and method for inductive welding of the longitudinal seam of a pipe in a continuous process

Info

Publication number: DE1142672B
Application number: DEM40883A
Authority: DE
Inventors: Nicholas Vincent Ross
Original assignee: Ajax Magnethermic Corp
Current assignee: Park Ohio Holdings Corp
Priority date: 1958-03-31
Filing date: 1959-03-19
Publication date: 1963-01-24

Description

Vorrichtung und Verfahren zum induktiven Schweißen der Längsnaht eines Rohres im Durchlaufverfahren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum induktiven Schweißen der Längsnaht eines Rohres im Durchlaufverfahren mit einem einzigen Induktionsleiter zwischen den Schweißkanten und mit Magnetrückschluß.Device and method for inductive welding of the longitudinal seam of a The invention relates to a device and a method for inductive welding of the longitudinal seam of a pipe in a continuous process with a single induction conductor between the welding edges and with magnetic yoke.

Es sind Verfahren zum induktiven Aufheizen der Kanten eines vorgeformten Rohres bekannt, nach denen ein Induktionsleiter mittels verschiedener Vorrichtungen an die Kanten des Rohres gelegt wird, wobei die Rückstromleiter der Vorrichtung in Abständen über dem Umfang des Rohres verteilt sind. Dabei wollte man nur eine Oberflächen- oder Hautaufheizung bewirken, während das übrige Metall in seiner gesamten Dicke durch Wärmeleitung erhitzt werden sollte. Der in der Nähe der Oberfläche liegende Teil der Kanten wird dadurch vor dem inneren Kern auf Schmelztemperatur erwärmt, wodurch eine ungleichmäßige Schweißnaht entsteht. Mit den bekannten Vorrichtungen wird auch eine größere Fläche erwärmt als notwendig oder erwünscht ist, weil zur Erzielung der besten Schweißnaht der Rand nur bis zu einem Mindestabstand auf dem Rohrumfang von der Kante erwärmt werden darf. Durch eine auf dem Umfang zu weit reichende Erwärmung wird eine zu große Stauchung des geschmolzenen Metalls bewirkt. Zur Erzielung der besten Stumpfnaht ist es erforderlich, nur die Kanten der einander gegenüberliegenden Flächen des vorgeformten Rohres längs der zu verbindenden Flächen schnell auf Schmelztemperatur zu erwärmen. Ferner muß die Erwärmung gleichmäßig in radialer Richtung bzw. quer durch die Ränder des Rohres fortschreiten, damit eine gleichmäßige Erwärmung im gesamten Querschnitt der Ränder unabhängig von der Dicke des Werkstoffes erreicht wird. Bei den bekannten Vorrichtungen ist auch der magnetische Kraftfluß nicht hinreichend auf die zu erwärmende Zone konzentriert, wodurch erhebliche Kraftflußverluste entstehen.There are methods of inductively heating the edges of a preformed Rohres known, according to which an induction conductor by means of various devices is placed on the edges of the pipe, with the return current conductor of the device are distributed at intervals around the circumference of the pipe. You only wanted one Surface or skin heating, while the rest of the metal in its entirety Thickness should be heated by conduction. The one lying near the surface As a result, part of the edges is heated to the melting temperature in front of the inner core, creating an uneven weld seam. With the known devices a larger area is also heated than is necessary or desired, because for Achieving the best weld seam only up to a minimum distance on the edge Pipe circumference may be heated from the edge. By one on the circumference too far sufficient heating causes too great a compression of the molten metal. To achieve the best butt weld it is necessary to only use the edges of each other opposing surfaces of the preformed tube along the surfaces to be joined to warm up quickly to melting temperature. Furthermore, the heating must be uniform to progress in the radial direction or across the edges of the tube so that uniform heating in the entire cross-section of the edges regardless of the Thickness of the material is achieved. In the known devices is also the magnetic flux is not sufficiently concentrated on the zone to be heated, whereby considerable power flow losses arise.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum induktiven Schweißen der Längsnaht eines Rohres im Durchlaufverfahren zu schaffen, mit der ein schmaler Rand eines Werkstükkes schnell auf Schmelztemperatur zum Zusammenschweißen gebracht werden kann. Die Vorrichtung soll einen hohen Wirkungsgrad haben und mit geringem Verlust an magnetischem Kraftfluß arbeiten. Ferner soll der Werkstoff an den Kanten beim Schweißen so wenig wie möglich gestaucht werden.The object of the invention is to provide an apparatus and a method for to create inductive welding of the longitudinal seam of a pipe in a continuous process, with which a narrow edge of a workpiece quickly reaches the melting temperature for welding can be brought. The device should have a high efficiency and with work with little loss of magnetic flux. Furthermore, the material should be the edges are compressed as little as possible during welding.

Diese Aufgabe wird gemäß .der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei parallele Rückstromleiter nebst zwei den Induktionsleiter umfassenden Magnetrückschlüssen sowohl symmetrisch zur radialen wie auch symmetrisch zur tangentialen Mittelebene der Schweißnaht angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved in that two parallel Return current conductor together with two magnetic back circuits that encompass the induction conductor both symmetrical to the radial and symmetrical to the tangential center plane the weld seam are arranged.

Bei der praktischen Ausführung sind der Induktionsleiter und die zwei Rückstromleiter parallel zueinander und in einer Ebene angeordnet, die durch die Mittelachse des zu schweißenden Rohres geht. Zweckmäßig sind die Magnetrückschlüsse an den Innenseiten der Rückstromleiter befestigt.In the practical version are the induction conductor and the two Return current conductors parallel to each other and arranged in a plane that passes through the Central axis of the pipe to be welded goes. The magnetic inferences are useful attached to the insides of the return current conductors.

Mit einer solchen Anordnung wird gemäß der Erfindung der magnetische Induktionsfluß in den Schweißkanten mittels eines Hauptstromes erzeugt, der in an sich bekannter Weise über den einzigen Induktionsleiter zwischen den Schweißkanten des Rohrbleches fließt, und im wesentlichen über den Magnetrückschluß gleichmäßig über den Querschnitt verteilt und in an sich bekannter Weise im rechten Winkel zu den waagerechten Oberflächen der zwei einander gegenüberliegenden Schweißkanten des Rohrbleches geführt wird.With such an arrangement, according to the invention, the magnetic Induction flux generated in the weld edges by means of a main current flowing in at known way via the single induction conductor between the welding edges of the tube sheet flows, and essentially evenly over the magnetic yoke Distributed over the cross-section and in a manner known per se at right angles the horizontal surfaces of the two opposite welding edges of the pipe sheet is guided.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht, und zwar zeigt Fig.1 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Vorderansicht zu Fig.1, in der ein Teil der einander gegenüberliegenden Kanten des Rohrbleches im Schnitt gezeigt ist, Fig. 3 eine Rückansicht der Vorrichtung nach den Fig.1 und 2, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 1, Fig.5 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung beim Schweißen der Längsnaht eines Rohres und Fig. 6 einen Ausschnitt der Ränder des induktiv zu erwärmenden Rohrbleches in schaubildlicher Ansicht.The invention is shown in the drawing using an exemplary embodiment illustrates, namely Fig.1 shows a side view of the device according to FIG Invention, Fig. 2 is a front view of Fig.1, in which part of the opposing Edges of the tube sheet is shown in section, Fig. 3 is a rear view of the device according to Figures 1 and 2, Fig. 4 is a section along line 4-4 of Fig. 1, Fig.5 a schematic plan view of the device according to the invention at Welding the longitudinal seam of a pipe and FIG. 6 shows a section of the edges of the pipe sheet to be inductively heated in a diagrammatic view.

Fig. 5 zeigt ein vorgeformtes Rohr A, dessen Längsnaht mit einer Vorrichtung zum induktiven Schweißen im Durchlaufverfahren gemäß der Erfindung geschweißt wird. Anschließend wird das Rohr A zwischen zwei Druckrollen C hindurchbewegt. Das Rohr A kann verschieden geformte Querschnitte haben und ist mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Kanten 10 und 11 versehen. Die Antriebs-und Druckrollen C bilden Teile einer komplizierten Maschine. Sie sind lediglich schematisch dargestellt. Die Rollen C können beliebig ausgebildet sein. Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin, die Kanten 10 und 11 gegeneinanderzupressen, nachdem sie mittels der VorrichtungB induktiv erwärmt worden sind.Fig. 5 shows a preformed tube A, the longitudinal seam with a device is welded for inductive welding in a continuous process according to the invention. The pipe A is then moved through between two pressure rollers C. The pipe A can have variously shaped cross-sections and is spaced apart by two arranged edges 10 and 11 provided. The drive and pressure rollers C form parts a complicated machine. They are only shown schematically. The roles C can be designed in any way. Your main job is the edges 10 and 11 to be pressed against one another after they have been inductively have been heated.

Die Vorrichtung B ist zum induktiven Schweißen in den Fig. 1, 2, 3 und 4 näher dargestellt. Sie ist mit zwei Klemmleisten 12 und 13 versehen, die sich mittels nicht weiter dargestellter, durch die Bohrungen 14, 15 reichender Stiftschrauben an einem Transformator befestigt sind. Senkrecht auf der Klemmleiste 12 ist ein Induktionsleiter 16 angeordnet, der einen rechtwinkligen Arm 17 hat, der parallel zur Rohrachse zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 10 und 11 verläuft. Senkrecht auf der Klemmleiste 13 sind Rückstromleiter 18; 19 angeordnet, deren rechtwinklige Arme 20, 21 parallel zum Induktionsleiter 17 und den einander gegenüberliegenden Kanten 10, 11 des Rohres verlaufen. Die Rückstromleiter 20, 21 sind mit dem Induktionsleiter 17 mittels eines elektrischen Leiters 22 verbunden, durch den die beiden Teile fest zusammengehalten werden. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Leiter 21 oberhalb des Induktionsleiters 17 und oberhalb des induktiv zu erwärmenden Rohrbleches angeordnet, während der Leiter 20 unterhalb des Induktionsleiters 17 und innerhalb des vorgeformten Rohrbleches angeordnet ist. Die Rückstromleiter 20 und 21 sind im Abstand vom Induktionsleiter 17 angeordnet, der seinerseits im Abstand von den einander gegenüberliegenden Kanten 10 und 11 des Rohres angeordnet ist.The device B for inductive welding is shown in more detail in FIGS. 1, 2, 3 and 4. It is provided with two terminal strips 12 and 13, which are fastened to a transformer by means of studs not shown and reaching through the bores 14, 15. An induction conductor 16 is arranged vertically on the terminal strip 12 and has a right-angled arm 17 which runs parallel to the pipe axis between the mutually opposite edges 10 and 11. Return current conductors 18 are perpendicular to the terminal strip 13; 19 arranged, the right-angled arms 20, 21 parallel to the induction conductor 17 and the opposite edges 10, 11 of the tube. The return current conductors 20, 21 are connected to the induction conductor 17 by means of an electrical conductor 22, by means of which the two parts are firmly held together. As FIG. 4 shows, the conductor 21 is arranged above the induction conductor 17 and above the tubular sheet to be inductively heated, while the conductor 20 is arranged below the induction conductor 17 and within the preformed tubular sheet. The return current conductors 20 and 21 are arranged at a distance from the induction conductor 17, which in turn is arranged at a distance from the opposite edges 10 and 11 of the pipe.

Der Induktionsleiter 17 befindet sich dort, wo die Kanten am stärksten erwärmt werden sollen. Der Induktionsleiter 17 ist länglich ausgebildet und erstreckt sich über einen endlichen Bereich in Längsrichtung zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 10 und 11. Je nach Länge des Induktionsleiters 17 kann jede beliebige Länge der Kanten erwärmt werden. Die in den einander gegenüberliegenden Kanten des Rohres induzierten Ströme verlaufen durch die Anordnung und Ausbildung der Vorrichtung zum induktiven Schweißen gemäß der Erfindung so, daß die Kanten quer und senkrecht zu ihren Stirnflächen induktiv erwärmt werden, die später beim Schweißen miteinander verbunden werden.The induction conductor 17 is located where the edges are to be heated the most. The induction conductor 17 is elongated and extends over a finite area in the longitudinal direction between the opposing edges 10 and 11. Depending on the length of the induction conductor 17, any desired length of the edges can be heated. The currents induced in the opposite edges of the pipe run through the arrangement and design of the device for inductive welding according to the invention in such a way that the edges are inductively heated transversely and perpendicularly to their end faces, which are later joined together during welding.

Zweckmäßig fließen elektrische Ströme hoher Frequenz von der Klemmleiste 12 aus durch den Induktionsleiter 16; 17 über den Leiter 22 durch die Rückstronfeiter 18, 20 und 19, 21 zur Klemmleiste 13 zurück, wobei durch jeden Rückstromleiter die halbe Strommenge fließt: Dadurch werden Ströme in den einander gegegenüberliegenden Kanten des Rohres induziert, wie Fig. 6 zeigt. Die Richtung des magnetischen Feldes ist jeweils durch die Pfeile in Fig.4 angedeutet.Expediently, high-frequency electrical currents flow from the terminal strip 12 through the induction conductor 16; 17 via the conductor 22 through the return current conductors 18, 20 and 19, 21 back to the terminal strip 13 , with half the amount of current flowing through each return current conductor: This induces currents in the opposite edges of the pipe, as FIG. 6 shows. The direction of the magnetic field is indicated in each case by the arrows in FIG.

An den Innenseiten 20 a und 21 a der Rückstromleiter 20, 21 sind Magnetrückschlüsse 25 befestigt, die aus magnetisierbaren, in Längsrichtung geschichteten und im wesentlichen rechteckigen Eisenblechen bestehen. Die Innenkanten der Bleche haben Ausnehmungen 25 a, in die der Induktionsleiter 17 in einem solchen Abstand eingreift, daß er die Bleche nicht berührt. Falls erforderlich, können die Ausnehmungen 25 a auch wegfallen.On the inner sides 20 a and 21 a of the return current conductors 20, 21 magnetic yokes 25 are attached, which consist of magnetizable, layered in the longitudinal direction and essentially rectangular iron sheets. The inner edges of the sheets have recesses 25 a, into which the induction conductor 17 engages at such a distance that it does not touch the sheets. If necessary, the recesses 25 a can also be omitted.

Die Bleche werden von magnetischen Strömen durchflossen, die, wie in Fig.4 durch Pfeile angedeutet ist, um den Induktionsleiter 17 herumlaufen, die zu erwärmenden Kanten 10 und 11 schneiden und die in Fig.6 angedeuteten Ströme in den einander gegenüberliegenden Kanten des Rohres induzieren. In Fig. 4 ist der Strom im Induktionsleiter 17 durch den Punkt 30 angedeutet, und zwar fließt der Strom in Richtung vom Beschauer weg und durch die Rückstromleiter 20 und 21 zurück, wie durch die Pluszeichen 31 angedeutet ist. Die liegenden Kreuze 32 stellen die in Längsrichtung in den einander gegegenüberliegenden Kanten 10 und 11 induzierten Ströme dar, und zwar an diametral entgegengesetzten Punkten im magnetischen Feld, entsprechend den in Fig. 6 eingezeichneten Pfeilen.The sheets are traversed by magnetic currents that, like is indicated in Figure 4 by arrows to run around the induction conductor 17, the to be heated edges 10 and 11 cut and the currents indicated in Fig. 6 in induce the opposite edges of the pipe. In Fig. 4 is the Current in the induction conductor 17 indicated by the point 30, namely the flows Current in the direction away from the viewer and back through the return current conductors 20 and 21, as indicated by the plus sign 31. The lying crosses 32 represent the induced in the longitudinal direction in the opposite edges 10 and 11 Currents at diametrically opposite points in the magnetic field, corresponding to the arrows shown in FIG. 6.

Die Vorrichtung zum induktiven Erwärmen gemäß der Erfindung zeichnet sich aus durch geringe Verluste an magnetischem Fluß infolge der besonderen Ausführung des Induktors, der Schichtung der Magnetrückschlüsse und der Ausbildung des Rohres. Ferner können Gegenstände von unterschiedlicher Dicke erwärmt werden. Dabei werden die einander gegenüberliegenden Kanten des Rohres gleichmäßig über ihren Querschnitt erwärmt, wie Fig. 6 zeigt.The device for inductive heating according to the invention is characterized from low losses of magnetic flux due to the special design the inductor, the stratification of the magnetic backs and the formation of the tube. Furthermore, objects of different thicknesses can be heated. Be there the opposite edges of the tube evenly over their cross-section heated, as Fig. 6 shows.

Die einander gegenüberliegenden geschichteten Magnetrückschlüsse 25 sind im Abstand zueinander in radialer Richtung des Rohres hintereinander angeordnet, wie Fig. 4 zeigt. Dadurch entstehen beiderseits des Induktionsleiters 17 Zwischenräume, in die die Kanten des Rohres ragen. Die einander gegenüberliegenden Kanten 10 und 11 des Rohres berühren, während sie weiterbewegt werden, weder die Magnetrückschlüsse 25 noch den Induktionsleiter 17. Wie schon erwähnt, bewirkt der Induktionsleiter 17 den Hauptanteil der Erwärmung, und der Strom ist auf die Kanten des Rohrbleches konzentriert, die anschließend zusammengeschweißt werden.The stacked magnetic yokes 25 lying opposite one another are arranged one behind the other at a distance from one another in the radial direction of the pipe, as Fig. 4 shows. This creates 17 spaces on both sides of the induction conductor, into which the edges of the pipe protrude. The opposite edges 10 and 11 of the tube touch neither the magnetic conclusions while they are being moved 25 nor the induction conductor 17. As already mentioned, the induction conductor has the effect 17 most of the heating, and the current is on the edges of the pipe sheet concentrated, which are then welded together.

Durch die Anordnung des Induktionsleiters 17 zwischen den Kanten 10 und 11 und der Rückstromleiter 20, 21 oberhalb bzw. unterhalb dieser Kanten, wird der aus Fig. 4 ersichtliche magnetische Fluß erzeugt und, wie vorstehend beschrieben, nur durch die zu erwärmenden Kanten geleitet. Da sich das magnetische Feld mit zunehmender Entfernung vom Induktionsleiter 17 abschwächt, befindet sich seine größte Dichte an den Rohrkanten, wie in Fig. 6 angedeutet ist, wodurch jede unerwünschte Erwärmung auf dem Rohrumfang ausgeschaltet wird. Die Breite der Erwärmungszone für die Kanten wird. somit auf dem für eine - Schweißung dieser Art erwünschten Mindestmaß gehalten. Da die zu erwärmenden Ränder dünn und schmal sind und die magnetischen Kraftlinien an dieser Stelle sehr dicht verlaufen, werden die Kanten 10, 11 schnell und gleichmäßig in der gewünschten Breite erwärmt. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen der Patentansprüche vielfach abgewandelt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.The arrangement of the induction conductor 17 between the edges 10 and 11 and the return current conductor 20, 21 above and below these edges, respectively the magnetic flux shown in FIG. 4 is generated and, as described above, only passed through the edges to be heated. As the magnetic field increases with Distance from the induction conductor 17 weakens, is its greatest density at the pipe edges, as indicated in Fig. 6, whereby any undesirable heating is switched off on the pipe circumference. The width of the heating zone for the edges will. thus kept to the minimum required for a weld of this type. Because the edges to be heated are thin and narrow and the magnetic lines of force run very densely at this point, the edges 10, 11 are quickly and evenly heated to the desired width. The invention is not based on that illustrated and described embodiment is limited, but can within the framework the claims can be modified many times without deviating from the inventive concept.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for inductive welding of the longitudinal seam a pipe in a continuous process with a single induction conductor between the welding edges and with magnetic yoke, characterized in that two parallel Return current conductors (20, 21) together with two magnetic back circuits encompassing the induction conductor (17) (25) both symmetrical to the radial and symmetrical to the tangential center plane the weld seam are arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the induction conductor (17) and the two return current conductors (20, 21) parallel to one another and arranged in a plane passing through the central axis of the to be welded Rohres (A) goes.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the magnetic inference (25) on the inside of the return current conductor (20, 21) are attached.

4. Process for inductive continuous welding of the longitudinal seam of a pipe by means of a single induction conductor between the welding edges and two return current conductors with magnetic yoke with a device according to the claims 1 to 3, characterized in that the magnetic induction flux in the welding edges is generated by means of a main stream, which in a known manner via a single induction conductor flows between the welded edges of the tubular sheet and substantially evenly distributed over the cross section via the magnetic yoke and in a manner known per se at right angles to the horizontal surfaces the two mutually opposite welding edges of the tubular sheet is performed. _ Documents considered: British Patent No. 666,381; UNITED STATES: Patent Nos. 2,582,955, 2,762,892.