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Verfahren und Vorrichtung zum Zusammenschweissen von zwei
Metallteilen mit einer überlappten Schweissnaht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenschweissen der gegenüberliegenden Ränder von zwei Metallteilen entlang einer kontinuierlich durchgehenden Schweissnaht, z. B. bei einem Rohr oder bei zwei andern Metallstreifen. Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist insbesondere für das Zusammenschweissen von plattiertem Metall bestimmt.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei dem entlang der gewünschten Schweissnaht Hochfrequenzheizstrom derart und mit in solcher Weise angeordneten Teilen zugeführt wird, dass eine überlappte Schweissung gebildet wird und vorzugsweise eine überlappte Schweissung, die völlig abgeflacht ist und mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Es sind bereits verschiedene Einrichtungen bekanntgeworden, um Rohre aus einem Blechstreifen zu schweissen, indem die zu verschweissenden Ränder durch Hochfrequenz-Induktionserhitzung erwärmt und sodann gegeneinander gepresst werden. So sind in diesem Zusammenhang beispielsweise Apparate vorgeschlagen worden, bei denen die zu verschweissenden, sich überlappenden Ränder des Blechstreifens auf einem innerhalb des Rohres befindlichen Dorn oder sonstigen Widerlager aufruhen und unterhalb der Schweissstelle ein elektrisch isolierendes Widerlager angeordnet ist.
Gemäss einem andern Vorschlag zum Zusammenschweissen der gegenüberliegenden Ränder eines rohr- förmig gestalteten Metallstreifens mittels Hochfrequenzstrom ist auch vorgeschlagen worden, die gegen- überliegendenRänder einen V-förmigen Spalt zwischen sich einschliessen zu lassen und sie bei Erreichung des Schweisspunktes miteinander in Berührung zu bringen. Der Schweisspunkt liegt dabei an der Spitze des Spaltes, und der Hochfrequenzheizstrom wird durch Elektroden zugeführt, die an den gegenüberliegenden Rändern des Spaltes so angeordnet sind, dass der Strom von den Elektroden entlang den Spalträndern zu dem Schweisspunkt und wieder zurückfliesst, wobei die Spalt-bzw. Schweissränder auf Schweisstemperatur erhitzt und dann stumpf zusammengeschweisst werden.
Wenn auch besonders dieses zuletzt angeführte Verfahren zum Stumpfschweissen von Rohren oder ändern Metallteilen gut geeignet ist, so treten doch beim Zusammenschweissen von dünnen Metallteilen
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genden Schweissränder verursachen eine unbefriedigende Schweissung, da lediglich diejenigen Teile der Schweissränder, die tatsächlich in gute Berührung miteinander gebracht werden, miteinander verschweisst werden, und in den Fällen, in denen beispielsweise einer der Schweissränder stärker gebogenist als der andere Schweissrand, eine unbestimmte und unregelmässige Schweissung entsteht, selbst wenn es gelingen würde, die gegenüberliegenden Ränder der dünnen und. biegsamen Metallbleche mit genügendem Anpressdruck gegeneinander zu pressen.
Es sind weiterhin Überlappungsschweissungen unter Anwendung von andernBeheizungsverfahren vorgeschlagen worden. Die Ergebnisse dieser Verfahren waren aber im allgemeinen unbefriedigend, unregelmässig und gering. Auch waren diese bereits vorgeschlagenen Verfahren nicht zum überlappten Schweissen von plattiertem Metall, z. B. verzinntem Stahlblech, geeignet, weil mit ihnen eine wirkliche Schwei- ssung des Metalles gegenüber den verzinnten Oberflächen nicht erreicht werden konnte und auch keine
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abgeflachte Überlappung hergestellt werden konnte, bei der störende und unerwünschte Überlappungen mit vorstehenden Rändern vermieden waren.
Durch die vorliegende Erfindung soll demgegenüber ein Verfahren geschaffen werden, bei dem dünne Metallteile, z. B. dünne Bleche, und insbesondere plattierte Metallteile, z. B. verzinntes Stahlblech, mit einer Überlappungsnaht und vorzugsweise mit einer völlig abgeflachten Überlappungsnaht mit grosser Arbeitsgeschwindigkeit miteinander verschweisst werden können. Die Arbeitsgeschwindigkeit liegt dabei um 100 % oder mehrere 100 % höher als die bisher bei Schweissungen dieser Art bekannte Arbeitsgeschwindigkeit. Z. B. haben Versuche in Verbindung mit der Anwendung der Erfindung ergeben, dass sich eine ausserordentlich befriedigende überlappte Schweissung bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von etwa 213 m/min oder mehr ergibt. Diese hohen Arbeitsgeschwindigkeiten liegen zweifellos wesentlich höher als die bisher z.
B. bei der erwähnten Hochfrequenzstumpfschweissung erreichten Arbeitsgeschwindigkeiten.
Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet, um z. B. Rohrformlinge aus dünnem verzinntem Metallblech, z. B. Stahlblech oder Blechen aus Aluminium oder Legierungen aus diesem zu schweissen.
Solche rohrförmige Metallstücke werden beispielsweise bei der Herstellung von Konservenbüchsenoder Büchsen für Flüssigkeiten oder andern Materialien benötigt, wie sie im Kleinhandel verkauft werden, und bei denen das Metallblech nur beispielsweise eine Stärke von etwa zehntausendstel Zoll oder weniger hat.
Bei der Anwendung der Erfindung ergeben sich geschweisste Erzeugnisse mit überraschenden und völlig neuen Charakteristiken. Zunächst kann dadurch, dass die miteinander zu verschweissenden Metallteile in Überlappungsberührung miteinander gebracht werden, die Hitze und der Druck so angewendet werden, dass die Schweissnaht im Querschnitt gesehen diagonal zwischen den gegenüberliegenden Flächen liegt, wobei jedoch die Schweissung eine solche Qualität hat, dass die genaue Lage der Schweissnaht bei einem geätzten Querschnitt im Schweissbereich und auch bei hoher Vergrösserung nicht festgestellt werden kann.
Dabei kann das Metall im Schweissbereich so abgeflacht werden, dass es im wesentlichen die gleiche Dicke hat wie eine einzige Lage des Metallbleches. Auch in Fällen, in denen die Schweissung bei plattiertem Metall, z. B. verzinntem Stahlblech od. dgl. hergestellt wird, ist die diagonale Linie, in der die Schweissung stattgefunden hat, innerhalb der inneren Teile des Schweissbereiches nicht feststellbar. Dabei ist das den Überzug bildende Zinn im wesentlichen abgesondert, so dass Stahl mit Stahl verschweisst ist.
Bei dem Verschweissen von plattiertem Meta11 erscheint dagegen an denEnden der im Querschnitt diagonal verlaufenden Schweissnaht an der oberen und unteren Fläche des Metallbleches jeweils eine kleine Anhäufung von verdrängtem Zinn oder anderem Überzugsmaterial, wobei diese kleinen Anhäufungen im Querschnitt als kleine oberflächliche Mulden im Metall erscheinen, von denen eine Oberfläche jeweils mit dem sonstigen Teil der Fläche des Metallbleches bündig liegt. Diese Mulden gewährleisten, dass die Schweissnaht sowie die ändern Teile des Metallbleches plattiert bleiben, ohne dass die Plattierung infolge der Schweissung unterbrochen wird.
Sie gewährleisten ferner, dass weder an der oberen noch an der unteren Fläche des Metallbleches Risse oder Spalten entlang der Schweissnaht verbleiben, und dass die verschweissten Ränder gegen Korrosion geschützt sind.
Gemäss der Erfindung werden die miteinander zu verschweissenden Metallteile, die vorzugsweise kontinuierlich in ihrer Längsrichtung vorwärts bewegt werden, z. B. die gegenüberliegenden Spaltränder eines längs verlaufenden Spaltes eines rohen Formlings, in eine derartige, sich schwach überlappende Lage gebracht, dass sie sich an einem Schweisspunkt treffen. Die sich überlappenden Ränder werden dann durch Anordnung von Elektroden an ihnen erhitzt, die jeweils in einem bestimmten kurzen Abstand vor dem Schweisspunkt angebracht werden und mit einer Hochfrequenzstromquelle verbunden sind. Der Hochfrequenzstrom fliesst dann von diesen Elektroden jeweils an Bereichen der sich überlappenden Ränder entlang bis zum Schweisspunkt.
(Die Stelle, an der die Schweissung stattfindet, ist hier als "Schweisspunkt" bezeichnet, tatsächlich findet aber die Schweissung entlang einer kurzen Linie statt, die im rechten Winkel zu den erhitzten Schichten verläuft. ) Die Elektrode, die an dem unteren Teil der Überlappung angewendet wird, kann in geringem Abstand von dem Rand dieses Metallteiles angeordnet sein, so dass sie denRand des oben liegenden überlappenden Metallteiles nicht beeinträchtigt. Die Elektrode für den oben liegenden überlappenden Teil kann vorzugsweise an der oberen Fläche dieses Teiles angeordnet sein, trotzdem geht aber der Hochfrequenzstrom von dort um den Rand herum zu der Unterseite und wird entlang der unteren Fläche des oben liegenden überlappenden Randes konzentriert, um diese Flächen zu erhitzen.
Der Strom von der Elektrode an dem unten liegenden Metallteil geht ebenso an einem Streifen an der oberen Fläche des unten liegenden Metallteiles entlang bis zum Schweisspunkt. Der Strom wird dabei gezwungen, in dichter Konzentration entlang diesen Schichten an den gegenüberliegenden, sich nähernden Flachen der Metallteile zu fliessen. Dabei werden diese Schichten in einer im wesentlichen der Breite der
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Überlappung entsprechenden Breite auf Schweisstemperatur erhitzt ; dies ist auf die gegenseitige Induktionswirkung der Ströme an der oberen und unteren gegenüberliegenden Fläche zurückzuführen, die mehr und mehr konzentriert und auf die tatsächlichen Oberflächen der Spaltränder beschränkt wird, je näher diese sich kommen.
Hiedurch wird erreicht, dass bei der vorerwähnten hohen Arbeitsgeschwindigkeit der Schweissung, die untere Fläche des in der Überlappung unten liegenden Metallteiles und die obere Fläche des oben liegendenMetallteiles auf einer unter derSchweisstemperatur liegenden Temperatur und somit in festem Zustand gehalten werden, jedoch in einem solchen Zustand, dass das Metall zum Abflachen der Überlappung zusammengeschmiedet werden kann, obgleich die gegenüberliegenden Flächen der Überlappungsränder, die auf Schweisstemperatur erhitzt werden, nur wenige tausendstel eines Zolles von den fest bleibenden Flächen der Überlappungsränder entfernt werden.
Dies ermöglicht gemäss der Erfindung, unmittelbar über dem Schweisspunkt und unmittelbar unter dem Schweisspunkt je eine Druckrolle anzuordnen, ohne das Metallblech an den Stellen, an denen die Druckrollen angreifen, zu beschädigen, zu verformen oder sonstwie zu beeinträchtigen. Durch die Anordnung dieser Rollen oder sonstiger druckaufnehmender bzw. druckausübender Teile wird erreicht, dass die sich überlappenden Flächen fest gegeneinander gepresst und gegebenenfalls auf das Dickenmass des einfachen Metallbleches abgeflacht werden können, wodurch eine sehr gute Schweissung gebildet wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Metall an der Schweissnaht Ausbauchungen oder sonstige Abweichungen aufweist, die eine unregelmässige Schwei- ssung bewirken könnten.
Die genannten Faktoren machen es in ihrer Zusammenwirkung möglich, dass die überraschend hohen Schweissgeschwindigkeiten erreicht werden können, wie sie oben erwähnt sind. Diese noch nie erreichten hohen Arbeitsgeschwindigkeiten sind für die praktische Anwendung der Erfindung von wesentlicher Bedeutung, da sonst die Hitze von den miteinander in Schweissberührung zu bringenden Oberflächenschichten infolge der Wärmeleitfähigkeit des Metalles eine Erhitzung und übermässige Erweichung der Metallflächen bewirken würde, an denen die Druckrollen angreifen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 eine schematische schaubildliche Ansicht einer Vorrichtung zur
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die Vorrichtung nach Fig. 1 ; Fig. 3 eine schaubildliche Teilansicht, in der die Wege bzw. Schichten dargestellt sind, in denen der Heizstrom gemäss der Erfindung fliesst ; Fig. 4 einen Teilquerschnitt entsprechend der Linie 4-4 der Fig. 3 ; Fig. 5 in einer der Fig. 1 entsprechenden schematischen Darstellung eine Anwendungsform der Erfindung zum Schweissen von Metallteilen, die zur Bildung eines andern Gegenstandes als einRohr dienen, wobei hier bestimmte zusätzliche Merkmale dargestellt sind ;
Fig. 6 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5 ; Fig. 7 einen sesitrschien Schnitt, der die Anordnung bestimmter Spreizmittel zeigt, die z. B. in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Fig. 1 - 6 angewendet werden können, um die gegenseitige Lage der sich überlappenden Ränder an bestimmten Stellen vor dem Schweisspunkt zu regeln, und Fig. 8 eine mikrophotographische Aufnahme eines geätzten Querschnittes im Schweissbereich einer Schweissung, die gemäss der Erfindung hergestellt ist. (Die dunklen Schichten entlang den Rändern dieser Figur liegen im Hintergrund.)
In Fig. 1 ist ein Rohrstück 10 dargestellt, das in Richtung des eingezeichneten Pfeiles z.
B. durch die Walzen 11 oder andere nicht dargestellte Walzen oder sonstige Vorrichtungen bekannter Art gegenüber der Schweissvorrichtung vorwärtsbewegt wird. Wie es bei Rohrwalzen od. dgl. bekannt ist, können solche Walzen an verschiedenen Stellen vor der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung angeordnet sein, durch die ein Rohrformling gebildet wird, der im oberen Teil einen in Fig. 1 mit 12 bezeichneten Spalt besitzt, dessen gegenüberliegende Spaltränder hier mit 13 und 14 bezeichnet sind. Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird der Rohrformling mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 90 - 213 m in der Minute oder auch mit einer grösseren Geschwindigkeit, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 300 bis 600 m in der Minute, vorwärts bewegt.
Im allgemeinen wird die obere Grenze der Schweiss- bzw. Arbeitsgeschwindigkeit durch die obere Geschwindigkeitsgrenze bestimmt, mit der der geschweisste Gegenstand weggenommen und in einzelne Stücke geschnitten werden kann. Dieses Arbeitstempo wird im allgemeinen massgebender sein als die Geschwindigkeit, mit der die Schweissung selbst durchgeführt werden kann.
Gemäss der Erfindung ist die Vorschubvorrichtung so bemessen und ausgebildet, dass die Ränder 13, 14 des Spaltes 12 in einer bestimmten Lage übereinander zur Überlappung kommen, wie es in dem Querschnitt nach Fig. 4 dargestellt ist. Bei der Vorschubbewegung verringert sich die Weite des Spaltes 12 vor dem "Schweisspunkt", der in Fig. 3 mit W bezeichnet ist, sehr rasch.
Kurz vor dem Schweisspunkt W sind an beliebigen, nicht dargestellten Haltemitteln zwei flüssigkeit-
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gekühlte Kontaktglieder oder Elektroden 15, 16 so angeordnet, dass sie in Gleitberührung mit den mit- einander zu verschweissenden Metallteilen stehen. Diese Elektroden 15, 16 sind jeweils an die Klemmen einer Hochfrequenzstromquelle angeschlossen und können die gleiche Ausbildung aufweisen wie die Kontaktglieder oder Elektroden des oben erwähnten, bereits vorgeschlagenen Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung. Wie bei diesem Verfahren kann die Hochfrequenzstromquelle einen Strom mit der Frequenz in der Grössenordnung von etwa 100 Kilohertz oder vorzugsweise mehr liefern z. B. mit einer Frequenz von 300 bis 500 Kilohertz.
Der solche Frequenzen aufweisende Strom folgt Wegen in Form von Schichten, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Die Elektrode 15 ist, wie dargestellt, so angeordnet, dass sie die obere Fläche des überlappenden Teiles berührt, wobei die Elektrode gegebenenfalls etwas hinter der tatsächlichen Kante 13 dieses Teiles angeordnet sein kann. Obgleich die Elektrode 15 die obere Fläche des überlappenden Teiles berührt, folgt der Stromfluss zu und von der Elektrode weg einem Weg an der Oberfläche des Metalles in Form eines Streifens, der sich nach dem Rand 13 in und über diesen weg, wie bei 17 eingezeichnet, erstreckt und dann um den Rand 13 herum an die Unterseite des überlappenden Teiles läuft, so dass ein erhitzter Streifen des Heizstromes an der Unterfläche des überlappenden Teiles entsteht, wie er bei 18 eingezeichnet ist.
Die Elektrode bzw. das Kontaktglied 16 kann so angeordnet sein, dass es die obere Fläche des unten liegenden Metallteiles berührt, wobei das Kontaktglied ebenfalls vorzugsweise etwas hinter dem Rand 14 angeordnet ist, so dass es nicht mit dem oberen Randteil 13 in Berührung kommen kann. Der Stromfluss zu und von der Elektrode 16 verläuft unmittelbar von der Elektrode über einenHeizstreifen 19 zu einem Streifen 20 an der oberen Fläche dieses unten liegendenMetallteiles.
Infolge der starken gegenseitigenInduktionswirkung zwischen den Heizstromstreifen 18 und 20 und infolge der vorerwähnten hohen Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Vorschubgeschwindigkeit und der damit verbundenen nur kurzfristigen Anwendung des Heizstromes wird die Erwärmung auf die sich nähernden Streifenflächen beschränkt und konzentriert, so dass diese auf die tatsächliche Schweisstemperatur nur in einer Tiefe von etwa 0,025 mm oder möglicherweise noch weniger erhitzt werden. Auf diese Weise werden die andern Metallteile, d. h. die Unterfläche des unten liegenden Metallteiles und die obere Fläche des oben liegenden überlappenden Metallteiles mit Sicherheit gegen Erweichung geschützt.
Demgemäss ist es ohne Beschädigung oder sonstige Beeinträchtigung der Metallflächen möglich, innerhalb des Rohres unmittelbar unter dem Schweisspunkt W Stützmittel, z. B. eine Metallrolle 21, anzuordnen, gegen die der überlappende Metallteil z. B. durch eine obere Druckrolle oder sonstige Anpressmittel 22 fest angepresst werden kann, die unmittelbar über dem Schweisspunkt W angeordnet sind. Die Druckrolle 22 oder das entsprechende Anpressmittel kann durch Feder- oder Gewichtslcraft angepresst werden, die in der Richtung des bei 23 eingezeichneten Pfeiles zur Wirkung kommt.
Auf diese Weise werden die Druckrollen 21,22 od. dgl. jeweils unmittelbare ex und über dem Schweiss punkt gegeneinandergepresst, so dass, obwohl die miteinander zu verschweissenden Metallteile sehr dünn sind, keine Möglichkeit besteht, dass die sich überlappendenMetallteile keinen Druck erhalten oder vibrieren und ihre Lage in einer solchen Weise än- dern können, dass eine unregelmässige Schweissung entsteht. Obwohl auf diese Weise die zur Durchführung der Schweissung erweichten Ränder der Metallteile zwischen den Druckrollen liegen, kommen sie zu keinem Zeitpunkt mit diesen Druckrollen in Berührung, da die Druckrollen lediglich diejenigen Flächen der Metallteile berühren, die unter der Schweisstemperatur bleiben.
Es kann daher ein derart starker und gleichmässiger Anpressdruck ausgeübt werden, dass eine ausgezeichnete Schweissung mit einer sehr guten Verschmiedung der beiden Metallteile entsteht.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass es zweckmässig ist, wenn der Streifen 18 in der Zeit bis er den Schweisspunkt erreicht, auf dieselbe Schweisstemperatur wie der erhitzte Streifen 20 erhitzt wird. Da jedoch der Stromweg für den Streifen 18 zunächst bei 17 über die Kante des Randes 13 verläuft, ist der Stromweg für diesen Streifen etwas grösser. Um aber zu gewährleisten, dass der Streifen 18 auf dieselbe Temperatur erhitzt wie der Streifen 20, wird die Elektrode 16 vorzugsweise etwas näher an dem Schweisspunkt W angeordnet als die Elektrode 15.
Die erhitzten Flächenstreifen 18 und 20 sind in Fig. 4 im Querschnitt durch Anwendung von etwas stärker ausgezogenen Linien dargestellt. Zwischen diesen beidenStreifen entsteht naturgemäss ein elektromagnetisches Feld. Infolge der kräftigen gegenseitigen Induktionswirkung zwischen diesen beiden Streifen und infolge des Umstandes, dass das elektromagnetische Feld konzentriert und weitestgehend in dem Raum zwischen diesen beiden Streifen beschränkt wird, kann die Erhitzung der Oberflächenteile auf Schweisstemperatur im wesentlichen gerade auf die Flächenteile begrenzt werden, die sich überlappen.
Auf diese Weise werden die überlappten Teile trotz Änderungen, die in der Überlappung vorgenommen werden können, restlos miteinander verschweisst, ohne dass etwa unverschweisste Randteile oder Spalten an der Innen- oder Aussenwandung des Rohres verbleiben. Demgegenüber wurde bei der bisherigen An-
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wendung von Niederfrequenzstrom zum Erhitzen des Metalles für das Schweissen oder von Gleichstrom oder gewöhnlichem Wechselstrom der Strom über den gesamten Überlappungsbereich verteilt, so dass das Metall im gesamten Überlappungsbereich erweicht wurde und nur eine langsame unsichere und unregelmässige Schweissung erreicht werden konnte, die im Gegensatz zu der vorbeschriebenen Anwendung von
Hochfrequenzstrom nicht auf die sich überlappenden Flächen beschränkt war.
Zur Lagerung der inneren Druckmittel, d. h. der Druckrolle 21 können-innerhalb des Rohres geeignete Isolierende Lagermittel 30 fest angeordnet sein, die sich mittels Rollen 31 auf der Innenfläche des Rohres 10 abstützen. Diese Lagermittel werden durch einen Schaft 32 in ihrer Stellung gehalten, der an einer vor der Zusammenführung der Spaltränder gelegenen Stelle verankert ist. Nach der Zeichnung ist die Stützrolle 21 vorzugsweise unmittelbar unter dem Schweisspunkt W angeordnet, sie kann jedoch ge- gebenenfallsauchetwas vor dem Schweisspunkt derart angeordnet sein, dass sie die untere Fläche des unten liegenden Metallteiles in einer bestimmten Höhe zu der oberen Druckrolle 22 hält.
Damit bei der Durchführung der Schweissung der Verlust an Heizstrom durch Abfliessen desselben in der Umfangsrichtung des Rohres auf ein Geringstmass zurückgeführt wird, können in dem festen Rollenlager 30 Kernelemente 33,33' angeordnet sein, durch welche die Induktanz der Stromwege in der Umfangsrichtung des Rohrmaterials gesteigert wird. Diese Kernmittel können, wie bei dem bereits vorgeschlagenen Verfahren bzw. der entsprechenden Vorrichtungen bestimmter Anzahl angeordnet sein, und aus gesintertem magnetischem Oxyd bestehen, einem Isoliermaterial, das einen niedrigen Verlustfaktor sowie einen hohen spezifischen Widerstand hat. Beispielsweise kann das unter der Handelsbezeichnung "Ferramic"bekannte Material der General Ceramic und Steatite Corporation verwendet werden.
Im Hinblick auf die grossen Verluste, die sonst bei der Anwesenheit des oben erwähnten Hochfrequenzfeldes entstehen würden, soll das Kernmaterial derart sein, dass in ihm Wirbelstromverluste verringert werden, während die Permeabilität des Materiales wesentlich grösser als 1 sein soll. Damit das Überhitzen dieser Kernmittel verhindert wird, kann in dem festen Rollenlager 30 an ihnen eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, zirkulieren, das durch die Rohre 35 und 36 zu- und abgeführt wird.
Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie bedeutend für die Durchführung von Überlappungsschweissungen bei Material, das nur einige tausendstel Zoll dick ist und z. B. eine Dicke in der Grössenordnung von zehntausendstel Zoll haben kann. In vielen Fällen ist aber die Erfindung auch für das Zusammenschweissen von dickerem Metall gut geeignet.
Zum Schweissen von z. B. aus dünnen Stahlblechen bestehenden Rohrformlingen, wie sie für die Herstellung von Büchsen aus Metallblech mit einer Wanddicke von beispielsweise etwa 0,075 mm bis etwa 0, 42 mm benötigt werden, kann das zu dem Rohrformling geformte Material so vorwärtsbewegt werden, dass die Ränder des Metalles sich an dem Schweisspunkt etwa um 0, 42 mm bis etwa 0,50 mm überlappen. Das Kontaktglied 16, das den unten liegenden Metallteil berührt, kann dabei so angeordnet sein, dass sein dem Schweisspunkt W zugekehrter Rand von dem Schweisspunkt etwa 25 mm entfernt ist. Dieses Kontaktglied kann dabei z. B. 3 mm hinter der Kante 14 des unten liegenden Metallteiles angeordnet sein.
Das andere Kontaktglied 15 kann an oder dicht an dem Rand 13 des oben liegenden Überlappungsmetalles in einem etwas weiteren Abstand von dem Schweisspunkt als das Kontaktglied 16 angeordnet sein, z. B.
26, 5 mm vor dem Schweisspunkt. Die sich überlappenden Metallteile können in einem solchen Winkel zusammengebracht werden, dass in einer Entfernung von 48 mm vor dem Schweisspunkt W die gegenüberliegenden Flächen der sich überlappenden Bereiche etwa 6 mm auseinanderliegen. Bei dieser Anordnung bzw. Ausbildung kann Hochfrequenzstrom mit einer Frequenz von z. B. 400 Kilohertz den Kontaktgliedern zugeleitet werden, wobei ein 50 Watt Hochfrequenzgenerator verwendet wird, der den Strom mit einer Spannung von 200 Volt über einen Hochfrequenztransformator liefert, der eine Abwärtstransformierung im Verhältnis von 8 : 1 bewirkt. Unter diesen Bedingungen wird der Rohrformling vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 91 bis 152, gegebenenfalls auch einer Geschwindigkeit bis zu 600 m in der Minute. vorwärtsbewegt.
Wenn der Rohrformling aus Aluminium statt aus Stahl besteht, können diese Faktoren wie folgt geändert werden : Der Abstand der Kontaktglieder von dem Schweisspunkt kann verkürzt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit kann gesteigert und der Druck an den Druckrollen reduziert werden.
Bei der in Fig. 5 dargestellten abgeändertenAusführungsform der Erfindung sind die miteinander durch Überlappungsschweissung zu verschweissenden Metallteile mit 10a und 10b bezeichnet, während die andern Teile, die auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 vorhanden sind, mit demselben Bezugszeichen be- - zeichnet sind wie in den andern Figuren. Fig. 6 zeigt in einem senkrechten Querschnitt, in welcher Weise die Druckrollen die überlappten Metallteile an dem Schweisspunkt berühren. Für den Fall, dass die miteinander zu verschweissenden Metallteile aus demselben Metall bestehen und ihre Randteile dieselbe Dicke haben, können die Elektroden 15'und 16'nach Fig. 5 etwa in dem gleichen Abstand von dem Schweiss-
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punkt angeordnet werden.
Wenn jedoch der eine oder der andere der Metallteile eine grössere Wärmestreuung oder wärmeabsorbierende Eigenschaft hat als der andere, so dass er eine etwas längere Zeit braucht, um auf die genaue'Schweisstemperatur erhitzt zu werden, so wird die Elektrode für diesen Metallteil in etwas grösserem Abstand von dem Schweisspunkt angeordnet als die andere Elektrode. Dies ist auch dann erforderlich, wenn einer der Metallteile aus einem Metall besteht, das zur Durchführung einer wirkungsvollen Schweissung auf eine höhere Schweisstemperatur erhitzt werden muss als das andere Metall.
In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, Mittel zur weiteren Konzentrierung des Stromes entlang den zu erhitzenden Flächenstreifen anzuordnen und den höchstmöglichen Grad der in Fig. 4 dargestellten und in bezug auf diese Figur erläuterten Bedingungen zu erreichen. Wenn Schwierigkeiten für die Beschränkung der Erhitzung auf diese Oberflächenstreifen in der erläuterten Weise auftreten, so können Elemente 38 und 39 aus dem bereits oben beschriebenen magnetischen Material angeordnet werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.
Die Elemente werden etwas hinter dem Rand der sich überlappenden Metallteile angeordnet und haben jeweils auch einen geringen Abstand von der oberen bzw. der unteren Fläche der Metallteile 10a und 10b. Hiedurch wird die Impedanz der Stromwege hinter den sich überlappenden Metallteilen gesteigert.
Damit das Mass der Überlappung der zu verschweissenden Metallteile bei ihrer Annäherung an die Schweissvorrichtung genau eingehalten werden kann, können an geeigneten, nicht dargestellten Trägern isolierende Abstandhalter 40, 41 in den aus Fig. 7 ersichtlichen Stellungen angeordnet sein. Diese Elemente 40, 41 können z. B. aus Kunstharz oder einem keramischen Material bestehen, das temperaturund verschleissfest ist. Die Elemente 40, 41 können kurz vor den Elektroden 15, 16 bzw. 15', 16' ange- ordnet sein.
Gegebenenfalls können die zu verschweissenden Ränder statt mit rechtwinklig zu den Oberflächen des Metallbleches verlaufenden Kanten mit gegenseitig abgeschrägten. Schweisskanten versehen sein. Auch können die tatsächlichen Schweissränder des einen oder der beiden miteinander zu verschweissenden Metallteile in dem Überlappungsbereich in Richtung auf den andern Metallteil leicht gefaltet sein. Hiedurch wird gewährleistet, dass die tatsächlichen Schweisskanten bei ihrer Annäherung dicht vor dem Schweisspunkt in dem für eine gute Schweissung erforderlichen Masse erhitzt werden.
In Fig. 8 ist eine mikrophotographische Aufnahme eines geätzten Querschnittsteiles im Bereich einer gemäss der Erfindung hergestellten Schweissung dargestellt. Dabei wurden zwei Teile aus dünnem Stahlblech, wie es gewöhnlich für die Herstellung von Büchsen verwendet wird, miteinander verschweisst, die an beiden Flächen mit einer sehr dünnen Schicht aus Zinn überzogen bzw. plattiert waren. Das Metallblech hatte dabei eine Dicke von etwa 0, 275 mm. Bei der Herstellung der Schweissung wurde durch die Druckrollen ein solcher Anpressdruck auf die überlappten Teile ausgeübt, dass sie beim Zusammenschwei- ssen im wesentlichen auf eine Stärke zusammengepresst wurden, die der Dicke eines einzigen Metallbleches entsprach.
Die obere und die untere Fläche im Schweissbereich lagen daher im wesentlichen bündig mit den oberen und unteren Flächen des Metallbleches in den übrigen Bereichen. Hiebei ergab sich eine Schweissung, die im Querschnitt gesehen, entlang einer diagonalen Linie zwischen den Oberflächen des Metallbleches und im wesentlichen in der durch die Pfeile 45 angedeuteten Richtung verlief. Die genaue Lage der Schweissnaht im mittleren Teil des Metallbleches ist dabei, wie sich aus Fig. 8 ergibt, nicht zu erkennen, obwohl diese Figur eine mikrophotographische Aufnahme mit einer über 100-fachen Vergrösserung darstellt.
Berücksichtigt man, dass die überlappten und zur Herstellung der Schweissung in Berührung miteinander gebrachten Flächen ursprünglich mit einem Zinnüberzug versehen waren, so ergibt sich, dass die schnelle und konzentrierte Erhitzung der tatsächlichen Schweissflächen der sich überlappenden Streifen auf Schweisstemperatur ein Abschmelzen des Zinnüberzuges an diesem Streifen hervorgerufen haben muss, und dass der Druck der Druckrollen die Zinnüberzüge zwischen diesem Streifen herausgequetscht hat, wodurch ermöglicht wurde, dass die entsprechenden Streifen des Stahlbleches auf Schweisstemperatur erhitzt wurden. Diese Streifen werden also in unmittelbare Berührung miteinander gebracht und miteinander verschweisst, ohne dass sich Zinn von dem Zinnüberzug zwischen ihnen befindet.
Beim Erhitzen der Oberflächen dieser Streifen auf Schweisstemperatur wird das Metall, das sich dichter an der oberen und unteren Fläche des Stahlbleches befindet, ebenfalls in beträchtlichem Masse erhitzt. Es bleibt jedoch auf einer unter der Schweisstemperatur liegenden Temperatur, die tief genug ist, um zu verhindern, dass die von den Druckrollen berührten Metallflächen erweichen. Trotzdem kann aber das Metall an diesen Flächen durch den Druck der Rollen leicht verschmiedet werden, so dass das Metall im Überlappungsbereich auf die Dicke des Metallbleches zusammengepresst wird, wobei sich die oben erläuterte, diagonal verlau- fende Schweissnaht bildet.
Der Zinnüberzug wird dabei aus dem Bereich der diagonalen Schweissnaht
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herausgequetscht und bildet dabei die eingangs erwähnten Mulden, die bei 46 und 47 in Fig. 8 ersichtlich sind. Diese Mulden gewährleisten, dass der dünne Zinnüberzug im Schweissbereich an den Oberflächen des Metalles kontinuierlich durchgeht, und gewährleisten ferner, dass etwaige Risse, Spalten oder feine Randteile, die sich sonst entlang der Schweissung bilden könnten, überdeckt und gegen Korrosion geschützt werden. Es werden somit im Schweissbereich völlig glatte Oberflächen gebildet, zumal da die Aussenflächen dieser Mulden mit den Metallflächen in andern Bereichen bündig gepresst werden. Wenn das Stahlblech nicht plattiert oder mit einem Zinnüberzug versehen ist, treten die Mulden 46,47 nicht auf.
Zusätzlich zu den vorher erläuterten Vorteilen bietet die Erfindung die weitere Möglichkeit ihrer Anwendung zum Längsverschweissen von Rohrformlingen, wie sie für die Herstellung von Konservenbüchsen od. dgl. verwendet werden, und die vor dem Schweissen auf ihrer Aussenfläche mit Aufdrucken versehen sind. Z. B. kann ein solcher Aufdruck sich bis zum Rand des überlappenden Teiles der Schweissnaht und an dem unten liegenden Teil des Metalles bis zu dem von dem überlappenden Teil frei gelassenenRand erstrecken, wobei die Elektroden oder Kontaktglieder 15, 16 die Lage einnehmen können, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt und im Zusammenhang mit diesen Figuren beschrieben ist.
Wenn bei dieser Anordnung der Kontaktglieder Hochfrequenzstrom in der erläuterten Weise angewendet wird, so wird der Strom, obwohl die Elektroden oder Kontaktglieder nicht das reine Metall, sondern die Aufdruckteile berühren, auf das Metall übergeleitet. Wenn der Aufdruck stromleitenden Charakter hat, wird der Strom von den Kontaktgliedern auf das Metall übergeleitet, ohne dass bei den erwähnten Frequenzen Lichtbogenstörungen eintreten. Wenn der Aufdruck mehr oder weniger isolierender Art ist, so wird doch ein erheblicher Teil des Stromes von den Kontaktgliedern dem Metall zugeführt, da verschiedene Faktoren in günstiger Weise zusammenwirken. Diese Faktoren sind z. B. Durchschlageffekt, der Überschlagwiderstand, kapazitiv oder durch andere Ursachen.
Das Verfahren nach der Erfindung und die hiemit hergestellten Schweissungen beziehen sich nicht nur auf das Schweissen von mit Zinn plattiertem oder überzogenem Stahlblech, sondern sind für Schwci- ssungen überhaupt anwendbar. Auch kann anderes Metall als Metallblech verschweisst werden, das. ent- weder auf einer oder auf beiden Seiten mit Metall plattiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Grundmetall hat, auf das der Überzug oder die Plattierung aufgebracht ist. Beispielsweise kann die Erfindung mit einigen ihrer Merkmale für die Herstellung von Schweissungen bei sogenanntem galvanisiertemEisen angewendet werden, d. h. für die Verschweissung von Eisen- oder Stahlblechen, die beispielsweise mit einem Zinkilberzug versehen sind.
Das Verfahren nach der Erfindung wurde in der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit Anordnungen beschrieben, bei denen die Schweissung einesRohrformlings bei seiner Vorwärtsbewegung in seinem oberen Teil erfolgt oder bei denen die obere Randfläche eines unten liegenden Streifens mit einem oben liegenden Streifen verschweisst wird. Die zur Durchführung des erfind ungsgemässen Verfahrens dienende Vorrichtung kann jedoch auch in anderer Lage angewendet werden. Demgemäss sind die verwendeten Ausdrücke"unten liegende"oder"oben liegende"Teile oder"obere"und"untere"Flächen relativ zu verstehen und gelten sinngemäss für alle Lagen der dargestellten Vorrichtungen, bei denen diese um die Längsachse der vorwärtsbewegten Metallteile verschwenkt sind.
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Method and device for welding two together
Metal parts with an overlapped weld seam
The invention relates to a method for welding the opposite edges of two metal parts together along a continuously continuous weld seam, e.g. B. with a pipe or two other metal strips. The invention also relates to the device for carrying out the method. It is particularly designed for welding plated metal together.
In particular, the invention relates to a method in which high-frequency heating current is supplied along the desired weld seam in such a way and with parts arranged in such a way that an overlapped weld is formed and preferably an overlapped weld that is completely flattened and can be carried out at high speed .
Various devices have already become known for welding tubes from a sheet metal strip by heating the edges to be welded by high-frequency induction heating and then pressing them against one another. In this context, for example, apparatuses have been proposed in which the overlapping edges of the sheet metal strip to be welded rest on a mandrel or other abutment located inside the pipe and an electrically insulating abutment is arranged below the welding point.
According to another proposal for welding together the opposite edges of a tubular metal strip by means of high-frequency current, it has also been proposed to have the opposite edges enclose a V-shaped gap between them and to bring them into contact with each other when the welding point is reached. The welding point is at the tip of the gap, and the high-frequency heating current is supplied by electrodes that are arranged on the opposite edges of the gap in such a way that the current flows from the electrodes along the gap edges to the welding point and back again, with the gap or . Welding edges are heated to welding temperature and then butt welded together.
Even if this last-mentioned method is particularly well suited for butt welding pipes or other metal parts, it does occur when thin metal parts are welded together
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Welding edges that tend to be welded together cause an unsatisfactory weld, since only those parts of the welding edges that are actually brought into good contact with each other are welded together, and in cases where, for example, one of the welding edges is more curved than the other welding edge, an indefinite and irregular weld arises even if it were to succeed the opposite edges of the thin and. to press flexible metal sheets against each other with sufficient contact pressure.
Overlap welds using other heating methods have also been proposed. The results of these procedures, however, were generally unsatisfactory, irregular and poor. Also, these previously proposed methods were not for the lap welding of clad metal, e.g. B. tinned steel sheet, suitable because with them a real welding of the metal to the tinned surfaces could not be achieved and also none
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flattened overlap could be produced, in which annoying and undesirable overlaps with protruding edges were avoided.
By contrast, the present invention is intended to provide a method in which thin metal parts, e.g. B. thin sheets, and in particular plated metal parts, e.g. B. tinned steel sheet, can be welded together with an overlap seam and preferably with a completely flattened overlap seam at high working speed. The working speed is 100% or several 100% higher than the working speed previously known for welding of this type. For example, tests in connection with the application of the invention have shown that an extremely satisfactory overlapped weld results at an operating speed of about 213 m / min or more. These high working speeds are undoubtedly much higher than the previous z.
B. achieved working speeds in the aforementioned high-frequency butt welding.
The present invention is particularly suitable to use e.g. B. pipe blanks made of thin tin-plated sheet metal, z. B. to weld sheet steel or sheets made of aluminum or alloys from this.
Such tubular metal pieces are required, for example, in the manufacture of tins or cans for liquids or other materials such as are sold in retail stores and in which the metal sheet is only, for example, about ten-thousandths of an inch or less thick.
When the invention is used, welded products with surprising and completely new characteristics result. First, because the metal parts to be welded together are brought into overlapping contact with one another, the heat and pressure can be applied in such a way that the weld seam, viewed in cross section, lies diagonally between the opposing surfaces, but the weld has such a quality that the exact The position of the weld seam with an etched cross-section in the weld area and even at high magnification cannot be determined.
The metal can be flattened in the welding area so that it has essentially the same thickness as a single layer of the metal sheet. Also in cases where the welding of clad metal, e.g. B. tin-plated sheet steel or the like is produced, the diagonal line in which the weld took place cannot be determined within the inner parts of the weld area. The tin forming the coating is essentially separated out, so that steel is welded to steel.
When welding plated Meta11, on the other hand, a small accumulation of displaced tin or other coating material appears at the ends of the weld seam, which runs diagonally in cross section, on the upper and lower surface of the metal sheet, these small accumulations appearing in cross section as small superficial depressions in the metal each of which has one surface flush with the rest of the surface of the sheet metal. These troughs ensure that the weld seam and the other parts of the metal sheet remain plated without the plating being interrupted as a result of the weld.
They also ensure that there are no cracks or gaps along the weld seam either on the upper or the lower surface of the metal sheet, and that the welded edges are protected against corrosion.
According to the invention, the metal parts to be welded together, which are preferably continuously moved forward in their longitudinal direction, z. B. the opposite gap edges of a longitudinal gap of a raw molding, brought into such a weakly overlapping position that they meet at a welding point. The overlapping edges are then heated by arranging electrodes on them, which are each attached at a certain short distance in front of the welding point and are connected to a high-frequency power source. The high-frequency current then flows from these electrodes along areas of the overlapping edges up to the welding point.
(The place where the weld takes place is referred to here as the "weld point", but actually the weld takes place along a short line that runs at right angles to the heated layers.) The electrode, which is on the lower part of the overlap is applied, can be arranged at a small distance from the edge of this metal part, so that it does not affect the edge of the overlying overlapping metal part. The electrode for the overlying overlapping part may preferably be located on the upper surface of that part, but nevertheless the high frequency current from there goes around the edge to the bottom and is concentrated along the lower surface of the overlying overlapping edge to these areas heat.
The current from the electrode on the metal part below also goes along a strip on the upper surface of the metal part below up to the welding point. The current is forced to flow in dense concentration along these layers on the opposite, approaching surfaces of the metal parts. These layers are in a substantially the width of the
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Overlap corresponding width heated to welding temperature; this is due to the mutual induction of the currents on the upper and lower opposing surfaces, which become more and more concentrated and confined to the actual surfaces of the gap edges as they get closer.
This ensures that at the above-mentioned high working speed of the welding, the lower surface of the metal part located below in the overlap and the upper surface of the upper metal part are kept at a temperature below the welding temperature and thus in a solid state, but in such a state, that the metal can be forged together to flatten the lap, although the opposing faces of the lap edges that are heated to welding temperature are only a few thousandths of an inch away from the permanent faces of the lap edges.
According to the invention, this enables a pressure roller to be arranged directly above the welding point and immediately below the welding point without damaging, deforming or otherwise impairing the metal sheet at the points where the pressure rollers attack. The arrangement of these rollers or other pressure-absorbing or pressure-exerting parts ensures that the overlapping surfaces can be firmly pressed against each other and, if necessary, flattened to the thickness of the simple metal sheet, whereby a very good weld is formed without the risk of the metal has bulges or other deviations at the weld seam that could cause an irregular weld.
The factors mentioned make it possible in their interaction that the surprisingly high welding speeds can be achieved, as mentioned above. These high working speeds, which have never been achieved before, are of essential importance for the practical application of the invention, since otherwise the heat from the surface layers to be brought into welding contact would cause the metal surfaces to be heated and excessively softened due to the thermal conductivity of the metal surfaces on which the pressure rollers attack.
Further features and advantages of the invention emerge from the following description of the preferred embodiments of the invention shown as examples in the drawing.
The drawing shows: FIG. 1 a schematic perspective view of a device for
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the device of Figure 1; 3 is a diagrammatic partial view in which the paths or layers are shown in which the heating current flows according to the invention; Fig. 4 is a partial cross-section along the line 4-4 of Fig. 3; Fig. 5 shows, in a schematic representation corresponding to Fig. 1, an embodiment of the invention for welding metal parts which are used to form an object other than a pipe, certain additional features being shown here;
Figure 6 is a vertical section along line 6-6 of Figure 5; Fig. 7 is a lateral section showing the arrangement of certain expansion means which, for. B. can be used in connection with the embodiments according to FIGS. 1 - 6 in order to regulate the mutual position of the overlapping edges at certain points in front of the welding point, and FIG. 8 is a photomicrograph of an etched cross-section in the welding area of a weld, which is manufactured according to the invention. (The dark layers along the edges of this figure are in the background.)
In Fig. 1, a pipe section 10 is shown, which in the direction of the arrow z.
B. is moved forward relative to the welding device by the rollers 11 or other rollers, not shown, or other devices of known type. As is known for pipe rollers or the like, such rollers can be arranged at various points in front of the device shown in FIG. 1, by means of which a pipe blank is formed which has a gap designated in FIG. 1 with 12 in the upper part, the opposite gap edges are denoted here by 13 and 14. To carry out the method according to the invention, the pipe molding is driven at a speed of preferably 90-213 m per minute or at a greater speed, e.g. B. at a speed of 300 to 600 m per minute, moved forward.
In general, the upper limit of the welding or working speed is determined by the upper speed limit with which the welded object can be removed and cut into individual pieces. This working speed will generally be more decisive than the speed at which the welding itself can be carried out.
According to the invention, the feed device is dimensioned and designed such that the edges 13, 14 of the gap 12 overlap in a certain position one above the other, as is shown in the cross section according to FIG. 4. During the advance movement, the width of the gap 12 in front of the "welding point", which is designated by W in FIG. 3, very rapidly.
Shortly before the welding point W, two liquid-
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cooled contact members or electrodes 15, 16 arranged so that they are in sliding contact with the metal parts to be welded together. These electrodes 15, 16 are each connected to the terminals of a high-frequency power source and can have the same design as the contact members or electrodes of the above-mentioned, already proposed method or the corresponding device. As with this method, the high frequency power source can deliver a current at the frequency on the order of about 100 kilohertz or preferably more, e.g. B. at a frequency of 300 to 500 kilohertz.
The current having such frequencies follows paths in the form of layers as shown in FIG. The electrode 15 is arranged, as shown, so that it contacts the upper surface of the overlapping part, the electrode optionally being arranged somewhat behind the actual edge 13 of this part. Although the electrode 15 contacts the upper surface of the overlapping portion, the flow of current to and from the electrode follows a path on the surface of the metal in the form of a strip that extends into and over the edge 13 as indicated at 17, extends and then runs around the edge 13 to the underside of the overlapping part, so that a heated strip of the heating current is created on the lower surface of the overlapping part, as shown at 18.
The electrode or the contact member 16 can be arranged in such a way that it touches the upper surface of the underlying metal part, the contact member also preferably being arranged somewhat behind the edge 14 so that it cannot come into contact with the upper edge part 13. Current flow to and from the electrode 16 is directly from the electrode via a heating strip 19 to a strip 20 on the top surface of this underlying metal part.
As a result of the strong mutual induction between the heating current strips 18 and 20 and due to the above-mentioned high working speed or feed rate and the associated only short-term application of the heating current, the heating is limited and concentrated on the approaching strip surfaces, so that this is limited to the actual welding temperature only in one Depth of about 0.025 mm or possibly less. In this way the other metal parts, i.e. H. the lower surface of the underlying metal part and the upper surface of the overlying overlapping metal part are reliably protected against softening.
Accordingly, it is possible without damage or other impairment of the metal surfaces, within the pipe directly below the welding point W support means, for. B. a metal roller 21 to be arranged against which the overlapping metal part z. B. can be firmly pressed by an upper pressure roller or other pressing means 22 which are arranged directly above the welding point W. The pressure roller 22 or the corresponding pressing means can be pressed on by means of a spring or weight device which comes into effect in the direction of the arrow drawn in at 23.
In this way, the pressure rollers 21, 22 or the like are pressed against one another immediately ex and above the welding point, so that although the metal parts to be welded together are very thin, there is no possibility that the overlapping metal parts will not receive any pressure or vibrate and can change their position in such a way that an irregular weld occurs. Although the edges of the metal parts softened in this way to carry out the welding lie between the pressure rollers, they never come into contact with these pressure rollers, since the pressure rollers only touch those surfaces of the metal parts that remain below the welding temperature.
Such a strong and even contact pressure can therefore be exerted that an excellent weld with very good forging of the two metal parts is produced.
In this connection it should be noted that it is useful if the strip 18 is heated to the same welding temperature as the heated strip 20 in the time until it reaches the welding point. However, since the current path for the strip 18 initially runs at 17 over the edge of the edge 13, the current path for this strip is somewhat larger. However, in order to ensure that the strip 18 is heated to the same temperature as the strip 20, the electrode 16 is preferably arranged somewhat closer to the welding point W than the electrode 15.
The heated surface strips 18 and 20 are shown in cross section in FIG. 4 by using somewhat more solid lines. An electromagnetic field naturally arises between these two strips. As a result of the strong mutual induction effect between these two strips and as a result of the fact that the electromagnetic field is concentrated and largely restricted in the space between these two strips, the heating of the surface parts to the welding temperature can essentially be limited to the surface parts that overlap .
In this way, the overlapped parts are completely welded to one another, despite changes that can be made in the overlap, without any unwelded edge parts or gaps remaining on the inner or outer wall of the pipe. In contrast, the previous arrival
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The use of low-frequency current to heat the metal for welding or direct current or ordinary alternating current distributes the current over the entire overlap area, so that the metal is softened in the entire overlap area and only a slow, unsafe and irregular weld could be achieved, which in contrast to the above-described application of
High frequency power was not limited to the overlapping areas.
To store the internal pressure medium, d. H. of the pressure roller 21, suitable insulating bearing means 30 can be fixedly arranged within the pipe, which are supported on the inner surface of the pipe 10 by means of rollers 31. These bearing means are held in place by a shaft 32 which is anchored at a point located in front of the merging of the gap edges. According to the drawing, the support roller 21 is preferably arranged directly below the welding point W, but it can also be arranged a little in front of the welding point in such a way that it holds the lower surface of the metal part below at a certain height to the upper pressure roller 22.
So that the loss of heating current is reduced to a minimum when the welding is carried out by it flowing away in the circumferential direction of the pipe, core elements 33, 33 'can be arranged in the fixed roller bearing 30, which increase the inductance of the current paths in the circumferential direction of the pipe material becomes. These core means can, as in the already proposed method or the corresponding devices, be arranged in a certain number and consist of sintered magnetic oxide, an insulating material which has a low loss factor and a high specific resistance. For example, the material known under the trade name "Ferramic" from General Ceramic and Steatite Corporation can be used.
In view of the large losses that would otherwise arise in the presence of the above-mentioned high-frequency field, the core material should be such that eddy current losses are reduced in it, while the permeability of the material should be significantly greater than 1. In order to prevent overheating of these core means, a cooling liquid, e.g. B. water, which is supplied and discharged through pipes 35 and 36.
The advantages of the invention are primarily significant for making lap welds on material that is only a few thousandths of an inch thick and e.g. B. may have a thickness on the order of ten thousandths of an inch. In many cases, however, the invention is also well suited for welding thicker metal together.
For welding z. B. from thin steel sheets existing pipe blanks, as they are required for the production of cans made of sheet metal with a wall thickness of, for example, about 0.075 mm to about 0.42 mm, the material formed into the tubular blank can be moved forward so that the edges of the metal overlap at the weld point by about 0.42 mm to about 0.50 mm. The contact member 16, which touches the metal part lying below, can be arranged in such a way that its edge facing the welding point W is about 25 mm away from the welding point. This contact member can, for. B. 3 mm behind the edge 14 of the underlying metal part.
The other contact member 15 can be arranged on or close to the edge 13 of the overlapping metal located above at a slightly further distance from the welding point than the contact member 16, e.g. B.
26.5 mm in front of the welding point. The overlapping metal parts can be brought together at such an angle that at a distance of 48 mm in front of the welding point W, the opposite surfaces of the overlapping areas are about 6 mm apart. With this arrangement or training, high frequency current with a frequency of z. B. 400 kilohertz are fed to the contact members, a 50 watt high frequency generator is used, which supplies the current with a voltage of 200 volts via a high frequency transformer, which causes a step-down transformation in the ratio of 8: 1. Under these conditions, the pipe molding is preferably produced at a speed of 91 to 152, if necessary also at a speed of up to 600 m per minute. moved forward.
If the pipe molding is made of aluminum instead of steel, these factors can be changed as follows: The distance between the contact members and the welding point can be shortened. The feed speed can be increased and the pressure on the pressure rollers reduced.
In the modified embodiment of the invention shown in FIG. 5, the metal parts to be welded together by lap welding are denoted by 10a and 10b, while the other parts, which are also present in the embodiment according to FIG. 1, are denoted by the same reference symbols in the other figures. Fig. 6 shows in a vertical cross-section in which way the pressure rollers touch the overlapped metal parts at the welding point. In the event that the metal parts to be welded together consist of the same metal and their edge parts have the same thickness, the electrodes 15 ′ and 16 ′ according to FIG. 5 can be approximately at the same distance from the welding
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point.
However, if one or the other of the metal parts has a greater heat dissipation or heat-absorbing property than the other, so that it takes a somewhat longer time to be heated to the exact welding temperature, the electrode for this metal part will be at a somewhat greater distance arranged from the welding point than the other electrode. This is also necessary if one of the metal parts consists of a metal that has to be heated to a higher welding temperature than the other metal in order to carry out an effective weld.
In some cases it may be desirable to arrange means for further concentrating the flow along the strip of surface to be heated and to achieve the highest possible degree of the conditions shown in FIG. 4 and explained in relation to that figure. If difficulties arise in restricting the heating to these surface strips in the manner explained, elements 38 and 39 made of the magnetic material already described above can be arranged, as is shown in FIG.
The elements are arranged somewhat behind the edge of the overlapping metal parts and each also have a small distance from the upper and the lower surface of the metal parts 10a and 10b. This increases the impedance of the current paths behind the overlapping metal parts.
So that the extent of the overlap of the metal parts to be welded can be precisely maintained when they approach the welding device, insulating spacers 40, 41 can be arranged in the positions shown in FIG. 7 on suitable supports (not shown). These elements 40, 41 can, for. B. made of synthetic resin or a ceramic material that is temperature and wear resistant. The elements 40, 41 can be arranged shortly in front of the electrodes 15, 16 or 15 ', 16'.
If necessary, the edges to be welded can have mutually beveled edges instead of edges running at right angles to the surfaces of the metal sheet. Be provided with welding edges. The actual welding edges of one or the two metal parts to be welded to one another can also be slightly folded in the overlapping area in the direction of the other metal part. This ensures that the actual weld edges are heated to the extent necessary for a good weld when they approach close to the weld point.
8 shows a photomicrograph of an etched cross-sectional part in the area of a weld produced according to the invention. Two parts made of thin sheet steel, as it is usually used for the production of cans, were welded together, which were coated or plated on both surfaces with a very thin layer of tin. The metal sheet had a thickness of about 0.275 mm. During the production of the weld, the pressure rollers exerted such a pressure on the overlapped parts that when they were welded together they were essentially pressed together to a thickness that corresponded to the thickness of a single metal sheet.
The upper and lower surfaces in the weld area were therefore essentially flush with the upper and lower surfaces of the sheet metal in the remaining areas. This resulted in a weld which, seen in cross section, ran along a diagonal line between the surfaces of the metal sheet and essentially in the direction indicated by the arrows 45. The exact position of the weld seam in the middle part of the metal sheet cannot be seen, as can be seen from FIG. 8, although this figure shows a microphotograph with a magnification of over 100 times.
If one takes into account that the overlapped surfaces which were brought into contact with one another to produce the weld were originally provided with a tin coating, it follows that the rapid and concentrated heating of the actual welding surfaces of the overlapping strips to welding temperature causes the tin coating on this strip to melt must have, and that the pressure of the pressure rollers squeezed out the tin coatings between this strip, which enabled the corresponding strips of the steel sheet to be heated to welding temperature. These strips are thus brought into direct contact with one another and welded to one another without any tin from the tin coating between them.
When the surfaces of these strips are heated to welding temperature, the metal closer to the top and bottom surfaces of the steel sheet is also heated to a considerable extent. However, it remains at a temperature below the welding temperature, which is low enough to prevent the metal surfaces touched by the pressure rollers from softening. Nevertheless, the metal on these surfaces can easily be forged by the pressure of the rollers, so that the metal is pressed together in the overlapping area to the thickness of the metal sheet, with the above-mentioned, diagonally running weld seam being formed.
The tin coating is made from the area of the diagonal weld seam
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squeezed out and thereby forms the depressions mentioned at the beginning, which can be seen at 46 and 47 in FIG. These troughs ensure that the thin tin coating in the weld area goes through continuously on the surfaces of the metal, and also ensure that any cracks, gaps or fine edge parts that could otherwise form along the weld are covered and protected against corrosion. Completely smooth surfaces are thus formed in the welding area, especially since the outer surfaces of these troughs are pressed flush with the metal surfaces in other areas. If the steel sheet is not plated or tin-plated, the pits 46, 47 will not occur.
In addition to the advantages explained above, the invention offers the further possibility of its application for the longitudinal welding of pipe blanks, such as are used for the production of cans or the like, and which are provided with imprints on their outer surface before welding. For example, such an imprint can extend to the edge of the overlapping part of the weld seam and, on the part of the metal lying below, to the edge left free by the overlapping part, the electrodes or contact members 15, 16 being able to assume the position as they are in FIGS 1 and 3 and is described in connection with these figures.
If, with this arrangement of the contact members, high-frequency current is applied in the manner explained, the current is transferred to the metal even though the electrodes or contact members do not touch the pure metal, but rather the printed parts. If the imprint is electrically conductive, the current is transferred from the contact elements to the metal without arcing disturbances occurring at the frequencies mentioned. If the imprint is more or less insulating in nature, a considerable part of the current is fed from the contact members to the metal, since various factors interact in a favorable manner. These factors are e.g. B. flashover effect, flashover resistance, capacitive or other causes.
The method according to the invention and the welds produced with it relate not only to the welding of tin-plated or coated steel sheet, but can also be used for welds in general. It is also possible to weld metal other than sheet metal which is clad on either one or both sides with metal that has a lower melting point than the base metal to which the coating or the cladding is applied. For example, the invention with some of its features can be applied to the production of welds in so-called galvanized iron, i.e. H. for the welding of iron or steel sheets, which are provided with a zinc silver coating, for example.
The method according to the invention has been described in the foregoing description in connection with arrangements in which the welding of a tubular blank occurs in its upper part as it moves forward, or in which the upper edge surface of a strip lying below is welded to a strip lying above. The device used to carry out the method according to the invention can, however, also be used in a different position. Accordingly, the terms "lower" or "upper" parts or "upper" and "lower" surfaces are to be understood relatively and apply mutatis mutandis to all positions of the devices shown in which they are pivoted about the longitudinal axis of the forward moving metal parts.
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