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Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Widerstandsschweissen.
Es ist bekannt, Längsnähte, insbesondere von Rohren und Hohlkörpern, sowohl mit Gas-und
Flammbogenschweissung als auch nach dem Widerstandsschweissverfahren zu verschweissen. Es hat sich dabei erwiesen, dass das Widerstandsverfahren gegenüber den übrigen Verfahren wirtschaftlicher und einwandfreier arbeitet. Sowohl bei der Gas-als auch bei der Flammbogenschweissung ist eine starke
Oxydation der Schweissnaht unvermeidlich, so dass während der Schweissung diese Oxydschicht in die Schweissnaht eingeschlossen wird und die Festigkeit des Rohres beeinträchtigt. Anderseits kann diese Art der Erwärmung auch für die Vorerwärmung verwandt werden, wobei aber der beschriebene Übelstand noch stärker in Erscheinung tritt.
Bei der Vorerwärmung mittels des Widerstandsprinzips tritt zwar eine geringere Oxydation auf, aber es besteht die Gefahr, dass auch diese mit Oxyd belegte Naht unter die Schweissung eingeführt wird. Es war trotz früherer verwickelter maschineller Anordnung, wie z. B. Beschneiden der Kanten, die Möglichkeit nicht vorhanden, die Schweissnaht bereits in erwärmtem Zustande oxydfrei der Schweisszone zuzuführen.
Ursprünglich versuchte man die Schweissung von Längsnähten, beispielsweise von Rohren, aus warmgewalzten gebogenen Flaeheisen, ohne eine Bearbeitung der Kanten durchzuführen. Nun sind die Kanten von warm gewalzten Flacheisen im allgemeinen rund und rauh, bilden im Schlitz sehr verschiedene Entfernungen voneinander und bieten für den Stromübergang eine sehr ungünstige Fläche. Infolge dieser Unregelmässigkeiten kam es sogar häufig vor, dass die Kanten im Punkte der Schweissung nicht zur Berührung zu bringen waren. Man hat sieh infolgedessen, um das Verfahren nicht fallen lassen zu müssen, gezwungen gesehen, die Kanten mechanisch zu bearbeiten.
Dadurch wurden zwar wesentlich glattere Flächen erzielt als vorher, aber es konnte nicht die Ebenheit erzielt werden, die für ein unbedingt zweckmässiges Verschweissen ohne eine nennenswerte Schweissraupe notwendig war.
Die Erfindung behebt diese Übelstände und schafft darüber hinaus noch einige Vorteile, die zur Qualitätsverbesserung der Schweissung wie auch zur wirtschaftlicheren Ausnutzung des Verfahrens führen.
Die von der ersten Elektrode hervorgerufene Wärme wird gemäss der Erfindung teilweise dazu
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plastischem und warmem Zustande des Materials dicht geschlossen. Dieser Arbeitsgang muss jedoch in der Weise erfolgen, dass die Kanten weder sich miteinander verbinden, noch aneinander haften. Nun wird der zu schweissende Schlitz unter federnder Spannung geschlossen weitergeführt und erst unter den Schweisselektroden leicht geöffnet. Infolgedessen ist eine Oxydation der Nähte zwischen der Vorerwärmung und der Sehweissung nicht möglich. Die Öffnung des Schlitzes unter den Schweissrollen verfolgt den Zweck, an den Kanten ein Abschmelzen zu erreichen.
Diese Absehmelzung darf nicht schlagweise durchgeführt werden, vielmehr werden die Kanten in einem von Material und Wandstärke abhängigen steigenden Masse erwärmt. Wird auf diese Weise die Erwärmung durchgeführt, so ist die Abschmelzung eine derart ruhige, dass bei dem darauffolgenden Zusammendrücken der Kanten nur wenig Material aus der Schweissnaht herausgepresst wird und daher nennenswerte Schweissraupen nicht entstehen.
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Nach dem Schweissen wird das geschweisste Werkstück, falls erforderlich, dem Vergiitungsprozess zugeführt. Die Erwärmung des unter Raumtemperatur stehenden Materials unter den Elektroden ist eine plötzlich einsetzende und sehr grosse, die sich, da ihre Zufuhr schneller erfolgt als ihr Fluss ins Material. nur auf einen verhältnismässig engen Raum nahe der beiden Kanten beschränkt. Eine derart plötzlich zugeführte Wärme hat den Nachteil, dass sie räumlich eng begrenzt grosse Temperaturuntersehiede hervorruft. Eine plötzliche Erwärmung wird entstehen, wenn der Schweissung keine oder eine nur lungenügende Vorerwärmung voraufgegangen ist.
Durch die erwähnten Temperaturunterschiede entstehen im Material Spannungen, welche Risse in der Nähe der Schweissnaht verursachen. Die Vergütung bezweckt, durch Zuführung zusätzlicher Wärme in eine grössere Materialmenge den krassen Temperaturunterschied zu verhindern und die sich im Werkstoff befindlichen Spannungen auszugleichen.
Hieraus ergibt sich die Tatsaehe, dass die Vergütung in innigem Zusammenhang mit der Vorerwärmung stehen muss, wenn eine einwandfreie, keine erhebliche Schweissraupen ergebende und im Werkstück keine unzulässige Spannungen hervorrufende Sehweissung erzielt werden soll.
Die Aufgabe der Vorerwärmung ist es demnach, die zu schweissende Naht vorzuerwärmen. Dadurch, dass durch die Vorerwärmung das Rohr bei Ankunft an den Schweisselektroden bereits eine gewisse Temperatur hat, ist auch die durch die Schweisselektrode hervorgerufene Wärmesteigerung nicht eine
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nicht, weil ja auch auf dem Wege von der Vorwärmeelektrode bis zu den Schweisselektroden das Rohr noch ständig unter Strom steht und demnach seine Wärme behält. Falls das erwähnte Vergütungverfahren erforderlich ist, braucht bei einer genügenden Vorerwärmung dem Rohr nur eine geringe Wärmemenge zugeführt zu werden.
Ist die Vorerwärmung zweckentsprechend gering, so leuchtet es jedem Fachmann ein, dass, um die beim Schweissen entstandenen Spannungen aus dem Rohr wieder herauszubringen, der Vergütungsprozess erfolgen muss. Dadurch ist das bestimmte Abhängigkeitverhältnis zwischen Vorwärme und Vergütungswärme klargestellt.
Die Erfindung ermöglicht es nun, durch eine einfache Einrichtung die Abhängigkeit zwischen den beiden genannten Prozessen zu wahren. Die Vorwärmeelektrode und die Vergütungseleh1 : rode sind an dieselbe Phase eines Drehstromnetzes angeschlossen. Wenn also durch das Material und die Dimension desselben der Schweissprozess bestimmt ist, so steht für die Phase, an der die Vorwärmerolle und die Ver-
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Strom gebraucht, so bleibt für die Vergütung weniger übrig und umgekehrt.
Durch eine besondere Anordnung, von der eine Ausführungsart im folgenden beschrieben wird. ist es nun möglich, einerseits die Stromverteilung zwischen der Vorwärmerolle und der Vergütungrolle vorzunehmen, anderseits die Strommenge für diese Phase zu beeinflussen.
Fig. 1 stellt die schematische Skizze einer gemäss Erfindung gebauten Schweissvorrichtung dar.
Das zu verschweissende Rohr 1 wird unter der Vorwärmeelektrode 2, dann unter den beiden Schweiss- elektroden. 3 und schliesslich unter der Vergütungselektrode 4 durchgezogen. Der Durchlauf erfolgt demnach in Pfeilriehtung. Die Führung des Rohres wird durch mehrere horizontal und vertikal angeordnete Rollen 5, 6 und 7'bewirkt. Das Rohr gelangt in vorgeformtem Zustande mit geöffnetem Schlitz zur Vorwärmeelektrode 2. Hier wird es zusammengedrückt, so dass der Schlitz sich in der vorher beschriebenen Weise schliesst und vorerwärmt.
Nachdem die Kanten gemäss der vorstehenden Beschreibung geglättet sind, öffnet sich das Rohr infolge seiner federnden Spannung wieder und gelangt alsdann unter die Schweisselektroden 3. wo die Abschmelzung und die anschliessende Zusammendrückung zwecks Verschweissung stattfindet. Unter der Elektrodenrolle 4 erfolgt schliesslich die Vergütung. Die Vorwärmeelektrode 2 und die Vergütungseleh1 : rode 4 sind gleichartig ausgebildet und in Fig. 4 in Vorderansicht und Fig. 5 in Seitenansicht gezeichnet. Jede der beiden genannten Elektrodenrollen wird von zwei Elektrodenhaltern 7, 7 geführt. Diese Elektrodenhalter haben einen horizontalen Schlitz, der durch eine Schraube mit zwisehengelegter Feder zusammengehalten wird.
Dadurch ist die Gewähr gegeben. dass das Lager immer satt auf der Elektrodenrolle anliegt. Bei den bisherigen Ausführungen war ent-
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der Halter war zweiteilig mit abnehmbaren Lagerhälften. Das hatte wieder den Nachteil, dass die Stromzuführung eine ungünstige war, weil der Querschnitt für den Stromzut1uss zum Elektrodenzapfen prak- tisch nur auf dem halben Umkreis erfolgte, da der Strom nur in geringem Masse zu der losen Lagerschale gelangte.
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung. Sie gewährt, wie besonders aus Fig. 4 ohne weiteres zu erkennen ist, einen guten Stromübergang von dem Elektrodenhalter auf den Elektrodenzapfen auf fast dem ganzen Umfange. Ausserdem sorgt die Schraube mit der untergelegte Feder für eine dauernde. schliessende, aber dennoch elastische Verbindung zwischen dem Elektrodenhalter und dem Zapfen der Elektrodenrolle. Die beiden Elektrodenrollenhalter 7,7 werden durch die Schrauben 8 zusammengehalten. Die Stromzuführung erfolgt durch die Kabel 9 und 10, die aber beide an der gleichen Phase liegen. Erfordert der Prozess bei einer der beiden Elektrodenrollen mehr Strom als bei der andern. so wird das Handrad 11 oder 12 gedreht.
Dadurch wird die Elektrodenrolle mehr oder minder stark auf das Rohr aufgedrückt und bietet somit dem Strom eine mehr oder weniger gute Durchgangsmnglichkeit.
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umgekehrt. Die Steigerung bzw. Minderung des Druckes, der durch die beiden Elektrodenrollen, 3 und 4 ausgeübt wird, wird durch die beiden Federn 18 und 14 bewirkt ; ausserdem bietet die federnde Anordnung der Elektrodenrollen den Vorteil, dass diese den Unebenheiten des Rohres ausweichen können. Je nachdem, wie die Handräder 11 und-M gedreht werden, werden die Spiralfedern entsprechend gespannt oder entspannt und üben entsprechend Druck aus.
Die beiden Elektrodenrollen 2 und 4 können unabhängig voneinander derart verstellt werden, dass ihre Entfernung von der Sehweisselektrode. 3 sich ändert. Bei einer Vergrösserung dieser Entfernung
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Durchführung des erforderlichen Prozesses zugeführt, damit bei dem veränderten Widerstand die erforderliche Temperatur erreicht wird. Die Elektrodenhalter 7, 7 sind an zwei Böeken 15 und 16 befestigt, die sieh durch eine Handkurbel mit Gewindespindel, wie in Fig. 1 dargestellt, oder ähnliche Vorrichtungen verstellen lassen.
Die Stromzuführung zu den Schweisselektroden-3.. 3 geschah bisher in der Weise, dass die Kabel bzw. an ihnen befestigte Schleifkontakte auf der Elektrodenrollenachse auf der Seite der Lagerung derselben zugeführt wurden. Fig. 3 zeigt die beiden Schweissrollen in Ansicht, Fig. 2 eine derselben in Seitenansicht.
Bei der Anordnung gemäss der Erfindung greift das Kabel bzw. der daran befestigte Schleifring 17 an die Elektrodenachse 18 an der der Lagerung entgegengesetzten Seite der Elektrodenrolle an, d. h. an denjenigen Stellen der beiden Schweisselektrodenrolleii, die einander zugekehrt sind. Der
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gepresst. Der Ring 17 ist innen und die Achse 18 aussen konisch ausgebildet, so dass beim Anziehen der Schrauben 19 der Ring 17 nicht nur ständig gegen den Konus der Achse 18, sondern auch gegen die Aussenseite der Elektrodenrolle gedrückt wird. Durch diese Vorrichtung wird also ein ständiger und möglichst grosser Kontakt zwischen dem Schleifring 17 und der Elektrodenrolle geschaffen.
Die Anpressung ist elastisch, d. h. die Federn 20 bewirken, dass bei eventuellem Verschleiss die beiden Ringhälften sich immer wieder gegen den Konus der Achse 18 fest anlegen. Durch diese konisehe Ausgestaltung des Ringes und der Elektrodenachse ist die bisher notwendig gewesene umständliche Vorrichtung zur Befestigung des Schleifringes auf der zylindrischen Achse der Elektrodenrolle überflüssig geworden.
Dadurch, dass die Schleifringe nunmehr an den beiden einander zugekehrten Seiten der Elektrodenrollen befestigt sind, ist das Kabel zu den beiden Elektrodenrollen verkürzt, die Konstruktion vereinfacht und der Stromverlust geringer.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum elektrischen Widerstandssehweissen. insbesondere der Nähte von Rohren, Hohlkörpern u. dgl., wobei die zu schweissende Naht zunächst unter einer Elektrodenrolle vorgewärmt, dann zwischen zwei je rechts und links neben der Naht angeordneten Elektrodenrollen geschweisst und schliesslich unter einer weiteren Elektrodenrolle vergütet wird.
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorerwärmung durch gleichzeitiges Zusammendrücken des Rohres die Kanten des Schlitzes glatt und zueinander passend und dann voneinander entfernt werden, worauf sie unter den beiden sich gegen- über liegenden Elektrodenrollen abgeschmolzen und darauf neuerlich zusammengedrückt werden und der Vergütungsprozess, falls er erforderlich ist, in ein Abhängigkeitsverhältnis von der Vorerwärmung gebracht wird.