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Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenschweissverfahren zur Herstellung rohrförmiger Werkstücke, z. B.
Rohre mit gerader oder spiralförmiger Schweissnaht, bei dem ein Flachband in eine Schweissmaschine eingespannt wird, danach das Flachband eingerollt oder verwunden und gleichzeitig benachbarte Kanten des Bandes verschweisst werden, wobei der Schweissstelle eine Elektrode zugeführt wird, anschliessend im Bereich der
Schweissstelle ein transversales Magnetfeld erzeugt wird, das Flachband und die Elektrode an eine
Starkstromquelle angeschlossen werden und nach Auftreten eines Lichtbogens zwischen der Elektrode und dem
Flachband beide relativ zueinander verschoben werden. Die Erfindung kann für die Herstellung von geschweissten
Rohren mit gerader Naht sowie mit spiralförmiger Naht verwendet werden.
Bei dem bekannten Lichtbogenschweissverfahren zur Herstellung rohrförmiger Werkstücke wird das
Magnetfeld durch einen oder mehrere aus einer Spule und einem Magnetleiter bestehende Elektromagneten erzeugt, wobei die Pole des Magnetleiters in unmittelbarer Nähe vom Schweissbogen untergebracht sind.
Infolge einer intensiven Erhitzung entsteht in der Schweisszone eine Metallschmelze, die mit fortschreitender Abkühlung zu einer Schweissnaht kristallisiert wird.
Die Schweissgeschwindigkeitssteigerung ohne Einwirkung auf den Lichtbogen des Magnetfeldes führt zur
Verschlechterung der Schweissnahtgestaltung und-gute : die Naht wird schmaler, es enstehen Einbrandkerben, ungeschmolzene Stellen und andere Defekte.
Die Einwirkung des transversalen Magnetfeldes verformt den Lichtbogen, wobei er nach der einen oder andern Seite abweicht, d. h. der Schweissvorgang wird gesteuert. Als günstig wird die Abweichung des Lichtbogens in der Schweissrichtung angesehen. Eine derartige Abweichung des Lichtbogens erhöht die Nahtqualität und schafft Voraussetzungen für eine Schweissgeschwindigkeitssteigerung. Die Wirkung des transversalen Magnetfeldes auf den Lichtbogen wird ebenfalls zur Nahtformänderung bei gleichbleibender Schweissgeschwindigkeit ausgenutzt.
Das bekannte Verfahren wird beim Schweissen von Werkstücken aus unmagnetischen Stählen und
Legierungen weit genutzt. Die Anwendung dieses Verfahrens beim Schweissen von Werkstücken aus ferromagnetischen Werkstoffen ist jedoch mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden, die seiner Verwendung
Grenzen setzen.
Diese Schwierigkeiten laufen darauf hinaus, dass das ferromagnetische Material des Werkstückes einen den
Lichtbogen steuernden Magnetfluss überbrückt, wodurch dessen Intensität in der Lichtbogenzone herabgesetzt wird.
Dies macht eine bedeutende Leistungserhöhung der Elektromagneten erforderlich.
Der Überbrückungsgrad des Magnetflusses ist von der Grösse der Luftspalte zwischen den Polen des
Elektromagneten und den Schweisskanten des ferromagnetischen Werkstückes abhängig. Beim Verschweissen der
Kanten von Werkstücken, insbesondere von Röhrenstreifen, erfolgt auf Grund einer Ungenauigkeit der
Schweissung sowie aus andern Gründen eine Vergrösserung bzw. Verkleinerung dieser Spalte infolge einer Änderung der räumlichen Lage der Schweisskanten.
Die Instabilität der Grösse der genannten Spalte hat eine Instabilität des magnetischen Steuerfeldes im
Lichtbogenbereich zur Folge, was die Wirksamkeit der Magnetsteuerung verringert.
Zweck der Erfindung ist es, die genannten Mängel zu überwinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lichtbogenschweissverfahren für rohrförmige Werkstücke mit magnetischer Steuerung des Lichtbogens zu schaffen, das beim Schweissen von Werkstücken aus Materialien mit beliebiger magnetischer Permeabilität vorteilhaft angewendet werden kann. Dabei soll das neue Verfahren von einer Verschiebung der Schweisskanten beim Schweissen nicht abhängig sein und eine Verbesserung der Schweissnahtgestaltung und-gute bei gleichbleibender Schweissgeschwindigkeit oder eine Schweissgeschwindigkeitssteigerung bei einer guten Nahtqualität gewährleisten.
Dieser technologische Effekt wird durch die Verformung des Lichtbogens durch das transversale Magnetfeld sowie die Ausnutzung der an das dünnflüssige Schweissbad angelegten und bei dem Zusammenwirken des Magnetfeldes mit dem über die Metallschmelze fliessenden Strom entstehenden Kräfte erreicht.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Erzeugung des Magnetfeldes im Bereich der Schweissstelle der elektrische Strom einer andern Stromquelle über die Schweissstelle in Längsrichtung jedes Werkstückes geleitet wird.
Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Steuerung und zur Vermeidung einer Überbrückung dieses Stromes über das Gehäuse der Schweissmaschine ist es zweckmässig, das Werkstück gegen die Schweissmaschine wenigstens einseitig einer normal zur Längsachse des Werkstückes und durch die Schweissstelle verlaufenden Ebene elektrisch zu isolieren.
Das Wesen der Erfindung besteht in folgendem. Der während der Schweissung in Längsrichtung des Werkstückes über die Schweissstelle geführte Strom bildet in der Lichtbogenzone ein transversales Magnetfeld aus, das sowohl unmittelbar auf den Lichtbogen als auch auf die Metallschmelze einwirkt.
Wenn bei Verwendung der im bekannten Schweissverfahren zum Einsatz kommenden Elektromagneten der ungewärmte Teil des geschlossenen magnetischen Kreises des ferromagnetischen rohrförmigen Werkstückes einen die magnetische Feldstärke in der Schweisszone herabsetzenden magnetischen Nebenschluss darstellt, so wird im
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vorgeschlagenen Verfahren dieser Teil des Werkstückes als ein die magnetische Feldstärke im Bereich des Lichtbogens verstärkender ferromagnetischer Pfad verwendet.
Eine Änderung der räumlichen Lage der Schweisskanten beeinflusst hiebei keineswegs die Stärke eines zu dem Werkstück von der zusätzlichen Stromquelle zugeführten Stromes und folglich die magnetische Feldstärke in der Schweisszone. Dadurch wird die Stabilität eines die Schweissung steuernden Magnetfeldes unabhängig von der Lage der Schweisskanten im Schweissverfahren erreicht.
Durch die Wahl der erforderlichen Richtung eines längs des Werkstückes geführten Stromes wird eine Abweichung des Lichtbogens in der Schweissrichtung gesichert, und dank der Stabilität des magnetischen Steuerfeldes wird die Nahtqualität erhöht und es werden Voraussetzungen für eine Schweissgeschwindigkeitssteigerung geschaffen.
Darüber hinaus fliesst beim Leiten des Stromes über das Werkstück ein Teil davon über die Metallschmelze.
Das Zusammenwirken des genannten Stromanteiles mit einem sowohl durch den Schweissstrom als auch durch den über das Werkstück fliessenden Strom erzeugten Magnetfeld führt zu einer Änderung des Schweissbades, was gleichfalls eine der Voraussetzungen für die Verbesserung der Schweissnahtgestaltung ist. Je nach dem Verwendungszweck kann der von der Hilfsquelle abgegebene Strom in Form eines Gleich-, Wechsel-, Impulsoder gemischten Stromes auftreten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung folgen aus der nachstehenden erläuternden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte spiralgeschweisste Rohre zeigen. Fig. l zeigt schematisch den Vorgang zur Herstellung eines spiralgeschweissten Rohres aus Flachstahl im Grundriss, wobei jedoch keine Hilfseinrichtungen gezeigt sind und Fig. 2 zeigt einen Aufriss gemäss Fig. l, jedoch mit sämtlichen notwendigen Hilfseinrichtungen.
Bei der Herstellung spiralförmig geschweisster Rohre wird ein Stahlband--l-- (Fig. l) mit Hilfe einer Formeinrichtung (in den Zeichnungen nicht gezeigt)'eines Rohrschweisswalzwerkes (einer Schweissmaschine) --2-- spiralförmig zu einem Rohr --3-- gewickelt (die Vorschubrichtung des Stahlbandes ist durch den Pfeil-A-angedeutet) und dann innen-und aussengeschweisst.
Dem Punkt--B--, der der Schweissstelle entspricht und an dem die Kanten des Stahlbandes--l-- und des gewickelten Rohres --3-- zusammenlaufen, wird mit Hilfe einer Schweisseinrichtung--4-- (Fig. 2) eine Elektrode -5-- zugeführt.
In der Schweisszone. der Innennaht wird ein Magnetfeld von einem von einer an das Rohr --3-- über Stromzuführungen-7 und 8-angeschlossenen Stromquelle-6-in Längsrichtung des Rohres-3-
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innennahtgeschweisstes Rohr.
Zur Erhöhung der Wirksamkeit der magnetischen Steuerung des Schweissverfahrens mit Hilfe eines in Längsrichtung des Werkstückes über die Schweissstelle geleiteten Stromes wird das Schweissrohr--3--gegen das Gehäuse des Rohrschweisswalzwerkes-2--durch Zwischenlagen--11--isoliert.
Die Magnetsteuerung des Innennahtschweissverfahrens besteht bei der Herstellung eines Rohres in der Ablenkung des Lichtbogens in der Schweissrichtung und in der Verringerung des Abfliessens der Metallschmelze unter der Wirkung magnetohydrodynamischer Kräfte auf das dünnflüssige Schweissbad.
Dies wird durch die entsprechende Auswahl der Polarität der Stromquellen--10 und 6--erreicht. In der Fig. 2, wo die Elektrode --5-- an den Pluspol der Stromquelle --10-- angeschlossen ist, ist die Polarität der Stromquelle --6-- gezeigt. In diesem Fall lenkt der von der Stromquelle --6-- über das Werkstück fliessende Strom den Lichtbogen in der Schweissrichtung ab. Darüber hinaus kann man nach den in der Elektrotechnik bekannten Regeln feststellen, dass die bei der in der Fig. 2 gezeigten Polarität der Stromquellen-10 und 6-- auf die Metallschmelze einwirkenden Kräfte nach oben, zur Rohrachse hin, gerichtet sind.
Dadurch verringern diese Kräfte das Abfliessen der Metallschmelze, was eine Verbesserung der Nahtqualität bewirkt und eine notwendige Voraussetzung für die Rohrschweissgeschwindigkeitssteigerung bedeutet.
Die Aussennaht des rohrförmigen Werkstückes wird oben in einem eineinhalb Nahtwindungen betragenden
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einrichtung --12-- durchIn der Fig. 2 ist die Magnetsteuerung der Aussennahtschweissung des rohrförmigen Werkstückes nicht gezeigt. Im Bedarfsfall kann dies in Analogie zum Innennahtschweissen vorgenommen werden.
Im gezeigten Beispiel ist ein Lichtbogen magnetisch gesteuert, der eine Innennaht schweisst, deren Gestaltung besonders erschwert ist.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei einer Schweissgeschwindigkeitssteigerung eine qualitätsgerechte
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Aussennahtgestaltung durch Verschiebung des Schweisspunktes entlang den Kanten gegen ihre Bewegungsrichtung gewährleistet werden kann, während beim Innennahtschweissen eine derartige Möglichkeit fehlt.
Das vorgeschlagene Lichtbogenschweissverfahren gestattet es, die Schweissgeschwindigkeit der spiralförmig geschweissten rohrförmigen Werkstücke beträchtlich zu erhöhen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtbogenschweissverfahren zur Herstellung rohrförmiger Werkstücke, z. B. Rohre mit gerader oder spiralförmiger Schweissnaht, bei dem ein Flachband in eine Schweissmaschine eingespannt wird, danach das Flachband eingerollt oder verwunden und gleichzeitig benachbarte Kanten des Bandes verschweisst werden, wobei der Schweissstelle eine Elektrode zugeführt wird, anschliessend im Bereich der Schweissstelle ein transversales Magnetfeld erzeugt wird, das Flachband und die Elektrode an eine Starkstromquelle angeschlossen werden und nach Auftreten eines Lichtbogens zwischen der Elektrode und dem Flachband beide relativ zueinander
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Schweissstelle der elektrische Strom einer andern Stromquelle über die Schweissstelle in Längsrichtung jedes Werkstückes (3) geleitet wird.
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