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Vorrichtung zum Längs-oder Spiralnahtschweissen von Metallrohren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Längs-oder Spiralnahtschweissen von insbesondere dickwandigen Metallrohren mittels HF-Stroms, bei der das Rohr in einer Rohrwalze vorgeformt und vorwärtsbewegt wird, wobei durch die Stossflächen des Metallbandes ein V-förmiger Spalt gebildet ist und im Berührungspunkt der Stossflächen die Verschweissung erfolgt und bei der ein Längsinduktor, dessen Spulenachse wenigstens angenähert senkrecht zur Rohrachse liegt und zwischen Längsinduktor und Berührungspunkt der Stossfläche ein zweiter, ringförmiger Induktor vorgesehen ist.
Bekannt ist beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1099664 eine Vorrichtung, bei der die Schweisstemperatur am Ende des V-förmigen Spaltes durch konduktive Erhitzung erzeugt wird.
Nachteilig ist hiebei, dass die benötigten Schleifkontakte sich schnell abnutzen, dass der Kontaktwiderstand sehr gross ist und dass bevorzugt die oberen Kanten der Stossflächen des Metallbandes erhitzt werden. Das vorgeformte Rohr muss mit einer entsprechend geringen Geschwindigkeit bewegt werden, um eine genügende Erhitzung der gesamten Stossfläche zu erhalten.
Der Ausstoss ist entsprechend klein. Zur Verringerung des Kanteneffektes ist in der deutschen Auslegeschrift 1099664 ein induktiver Vorerhitzer vorgeschlagen, der im V-förmigen Spalt angeordnet ist. Die Windungen dieses Längsinduktors überdecken die Kanten des Spaltes teilweise und durch die Vorerhitzung werden sowohl die Stossflächen als auch ein grösserer Bereich des Metallbandes in der Nähe der Stossflächen erhitzt. Dies birgt die Gefahr in sich, dass beim Zusammenpressen der Stossflächen eine Verformung der Schweissnaht und des Metallbandes auftritt und eine inhomogene Naht erzeugt wird.
Beispielsweise aus der USA-PAtentschrift Nr. 3, 248, 512 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der zwischen dem als Längsinduktor ausgebildeten Vorerhitzer und dem Berührungspunkt der Stossflächen ein zweiter ringförmiger Induktor vorgesehen ist, der die Schweisstemperatur am Ende des V-förmigen Spaltes erzeugt. Als Vorerhitzer ist jedoch ein Längsinduktor vorgesehen, der sich nicht im Spalt, sondern oberhalb des Spaltes befindet und der die Kanten des Spaltes überdeckt. Mit diesem Längsinduktor werden daher ebenfalls die inneren Kanten des Spaltes und die Spaltflächen geringer erhitzt als die oberen Kanten des Spaltes, was, wie bereits beschrieben, zu einer schlechten Schweissnaht, und da ein grösserer Bereich an der Rohraussenwandung erhitzt wird, auch zu einer Verformung der Schweissnaht und zu einer inhomogenen Naht führt.
Es besteht die Aufgabe, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art den Kanteneffekt zu verringern und damit den Ausstoss zu vergrössern, wobei die oben genannten Nachteile zu vermeiden sind. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Längsinduktor in an sich bekannter Weise im Spalt angeordnet ist und dass die Windungsfläche des Längsinduktors in jedem Rohrquerschnitt parallel zu den Stossflächen verläuft.
Der induktiven Erhitzung, wie sie bei der erfindungsgemässen Vorrichtung durchgeführt wird, haften die Nachteile des konduktiven Erhitzens nicht an. Ausserdem wird die Schweisstemperatur in erheblich kürzerer Zeit erreicht, wobei vor allem die obere und untere Kante beider Stossflächen
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aufgeheizt werden. Für die Erhitzung der Stossfläche selbst ist der Längsinduktor vorgesehen. Mit ihm wird eine Temperatur der Stossflächen erzeugt, die über dem Curiepunkt liegt. Es wird jedoch, da die Windungen des Längsinduktors die Kanten der Stossflächen nicht überdecken, kein grösserer Bereich in der Nähe der Stossflächen erwärmt und die Gefahr einer Verformung der Schweissnaht besteht nicht.
Es kann der Längsinduktor mit MF-Strom und der ringförmige Induktor mit HF-Strom gespeist sein. Durch die Mittelfrequenz werden die Stossflächen mit grösserer Eindringtiefe vorerwärmt. Die nachgeschaltete HF-Erwärmung bringt die Stosskanten mit möglichst geringer Eindringtiefe auf Schweisstemperatur.
Im folgenden wird die erfindungsgemässe Vorrichtung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt : Fig. 1 eine Rohrschweissanlage in Draufsicht, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Erfindung im Schnitt.
Das aus einem Metallband vorgeformte Rohr--l--wird durch die Druckrollen--9--
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V-förmigerSchweissnaht --5--. Zur Erzeugung der Schweisstemperatur ist ein ringförmiger Induktor--6-vorgesehen, der mit Hochfrequenzstrom einer Frequenz von ungefähr 200 bis 450 kHz gespeist ist. Durch diesen Induktor wird ein Ringstrom im vorgeformten Rohr erzeugt, der vor allem die obere und untere Kante der Stossflächen--3--sehr schnell erhitzt. Mit dem Längsinduktor--7--, der vor dem ringförmigen Induktor --6-- angeordnet ist, wird vor allem der mittlere Bereich der Stossflächen auf eine Temperatur erhitzt, die unterhalb der Schweisstemperatur liegt. Der Kanteneffekt, der bei der Erwärmung mit dem ringförmigen Induktor erhalten wird, wird so herabgesetzt.
Die Aufheizung auf Schweisstemperatur mit dem ringförmigen Induktor --6-- wird daher sehr schnell erfolgen und die Schweissgeschwindigkeit und damit der Ausstoss sind wesentlich gesteigert.
Aus Fig. 2 ist die Form des Längsinduktors --7-- ersichtlich, der zwischen den Stossflächen --3-- angeordnet ist. Im Inneren der Spule--7--ist als magnetischer Rückschluss ein Eisenkern --12- vorgesehen, der beispielsweise aus geschichteten Eisenblechen hergestellt sein kann.
Der Fig. 2 ist weiterhin zu entnehmen, dass die Stromzuführungen --10 und 11-- für den Längsinduktor --7-- von der Einspeisung für den ringförmigen Induktor --6 -- getrennt sind. über diese Zuleitungen wird dem Längsinduktor--7--ein MF-Strom der ungefähren Frequenz 10 kHz eingespeist. Durch die Verwendung des MF-Stromes erreicht man eine Vorerhitzung mit grösserer Eindringtiefe, wobei jedoch zu betonen ist, dass der erhitzte Bereich noch so klein bleibt, dass keine Verformung der Schweissnaht bei der Erhitzung auftritt.
Zu erwähnen sind weiterhin die Kühlkanäle--8--, die sowohl durch die Windung des Längsinduktors --7-- als auch durch die Windungen des ringförmigen Induktors--6--geführt sind. Mit ihnen wird eine intensive Kühlung der Induktoren erreicht, die deren Verschleiss herabsetzt.
In Fig. 3 ist in einem Querschnitt durch die erfindungsgemässe Vorrichtung die Lage des Längsinduktors --7-- im Spalt--2--dargestellt. Die Windungsfläche des Längsinduktors --7-verläuft im wesentlichen parallel zu den Stossflächen--3--. Die Kanten der Stossflächen werden vom Induktor nicht überdeckt. Es wird dadurch, wie bereits betont, verhindert, dass ein grösserer Bereich des Metallrohres in der Nähe der Stossflächen erhitzt wird, was zu Verformungen und inhomogenen Schweissnähten führen würde. Es ist daher nochmals hervorzuheben, dass mit der erfindungsgemässen Vorrichtung einerseits der Kanteneffekt verringert und damit die Schweissgeschwindigkeit und der Ausstoss vergrössert wird, dass aber anderseits die Schweissnaht auch homogenisiert wird.
In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, in der der Längsinduktor --7-- elektrisch leitend mit dem ringförmigen Induktor --6-- verbunden ist. Der ringförmige Induktor --6-- und der Längsinduktor--7--werden in diesem Fall aus der gleichen Hochfrequenzquelle gespeist, dies kann für besondere Anwendungsfälle von Vorteil sein.
Zu erwähnen ist noch, dass abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen der Längsinduktor teilweise oder ganz im Bereich des ringförmigen Induktors angeordnet sein kann.
Ausserdem kann bei einer Ausführung gemäss Fig. 2 die Stellung des Längsinduktors gegenüber dem ringförmigen Induktor veränderbar sein. Hiedurch kann die Rohrschweissanlage an unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Arbeitsbedingungen in einfachster Weise angepasst werden. Schliesslich sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen sowohl der Längsinduktor als auch der ringförmige Induktor mit MF-oder HF-Strom betrieben ist oder bei denen dem Längsinduktor ein HF-Strom und dem ringförmigen Induktor ein MF-Strom zugeführt ist.