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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung geschweisster Rohre.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung geschweisster Metallrohre unmittelbar aus dem erhitzten Knüppel oder Barren in einem fortlaufenden Arbeitsvorgang, so dass die Herstellung eines Rohres in einer einzigen Hitze voll- kommen beendet ist.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, den heissen Knüppel oder Barren, wie er vom Ofen kommt, dadurch in einen Rohrstreifen von der für das Endprodukt erforderlichen Breite und Dicke auszustrecken, dass man ihn nacheinander durch die Gänge eines Walzwerkes schickt. hierauf den noch heissen Rohrstreifen, wie er aus, dem Fertigkaliber des Walzwerkes kommt. dadurch nahezu in Rohrform bringt, dass man ihn geeignete Biegewalzen passieren lässt.
alsdann den Kanten des gebogenen Rohrstreifens an mehreren getrennten Stellen längs seines Weges einen Teil der durch Wärmeleitung und Strahlung infolge Durchganges durch die Streck-und Biegewalzen verlorenen Wärme in dem Masse tviedergibt, dass die zu schweissenden Kanten des fortlaufenden Rohrstreifens allmählich bis zur Schweisstemperatur erhitzt werden. Hierauf bringt
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schweissen von Zunder und Oxyd in die Schweissnaht verhindert wird, so dass eine feste und homogeneMetallverbindungentsteht.
Bei Zuführung der noch zusätzlichen. Wärmemenge auf elektrischem Wege ist eine besondere Art der Kontaktgebung benutzt, welche ermöglicht, den genannten sekundären Strom eines Transformators lediglich den Schweissstellen selbst zuzuführen, ohne dass Verluste durch Strom- verzweigung eintreten. Es ist dies dadurch erreicht, dass die Kanten des zu verschweissenden
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Vorteil gegenüber jetzt bestehenden Rohrschweissverfahren bei der Anfertigung von Rohren aus gewöhnlichen kalten Rohrstreifen anwendbar.
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durch diese und seine Umformung bis zu dem fertigen Rohr gezeigt ist. In dieser Figur sind auch zwei Fertigwalzgänge veranschaulicht.
Fig. 9 stellt den Querschnitt durch den Rohrstreifen gemäss Fig. 7 dar, wie dieser nach Verlassen der Streckwalzen in die Vorrichtung eintritt, in welcher er zu einem Rohr umgeformt wird.
Die Fig. 10 bis 15 zeigen Querschnitte des Rohrstreifens während seiner Umbildung bis zu dem fertigen Rohr. In Fig. 16 ist in Seitenansicht und in Fig. 17 in Stirnansicht ein Teil des Gehäuses der Heizvorrichtungen und gleichzeitig die Rohrführungen und die Kontaktwalzen und deren Gestell dargestellt. Fig. 18 zeigt im vergrösserten Massstab einen Teil einer Kontaktwalze, die zum Beheizen der Kanten eines fertig gebogenen, jedoch noch offenen Rohres gemäss Fig. 11 dient. Fig. 19 veranschaulicht in ähnlicher Weise drei Kontaktwalzen, die zum Beheizen der Kanten eines vollkommen oder nahezu geschlossenen Rohres gemäss Fig. 11 dienen. Fig. 20 stellt das Schaltungsschema für den in der Vorrichtung zur Verwendung kommenden Strom dar,
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bei denen die den Kontakt herstellende Felge abnehmbar ist.
Fig. 25 und 26 zeigen ein oberes Konta. ktrad gemäss Fig. 19 in Seitenansicht und Querschnitt, das mit abnehmbaren Felgensektoren versehen ist. Die Fig. 27 und 28 veranschaulichen andere Ausführungsformen von Kontakträdern mit abnehmbaren Felgen, während Fig. 29 ein oberes Kontaktrad und das dieses Rad tragende Hängelager zeigt, bei dem das Rad und seine stromführende Nabe vollständig von seiner Achse heruntergenommen werden kann.
Der Heizofen 1 (Fig. 3) besitzt eine Öffnung 2, die vermittelst der Tür J abgeschlossen werden kann. Der Ofen wird in üblicher Weise in der Regel mit Eisen-oder Stahlknüppeln oder-barren beschickt, die in ihm bis zu der für das Auswalzen der Rohrstreifen erforderlichen Temperatur erhitzt werden. Ein Knüppel wie er den Ofen nach Erhitzen verlässt, ist in Fig. 4 dargestellt, während die verschiedenen Formen des Knüppels während des Streckvorganges bis zum Auswalzen im Rohrstreifen in den Fig. 5 bis 7 veranschaulicht ist.
Die Vorrichtung zum Herstellen des Rohres besteht im wesentlichen aus einem Trio- walzwerk j (Fig. 1, 2 und 8), einem Fertigwalzwerk 6 für den Rohrstreifen 4, den Biegewalzgängen 7 und 8. einem Führungstrichter 9, durch welchen der gebogene Rohrstreifen den verschiedenen stromführenden Schuhen oder Kontaktwalzen zugeführt wird. Jeder Kontaktwalzen- satz besteht aus einer oberen Kontaktrolle 10, die mit dem einen Pol des Heizstromes in Verbindung steht, und zwei seitlichen Halte- und Führungsrollen 11, welche mit dem anderen Pol des Heizstromes verbunden sind ; die Sekundärklemmen der Transformatoren 12 sind mit den beiden verschiedenartigen Kontaktwalzen 10 und 11 vermittelst eines isolierenden Walzen- traggestelles verbunden. das auf die Deckplatte der Transformatoren aufgesetzt ist.
Die verschiedenen, zu jedem Transformator gehörigen Kontaktwalzensätze sind zweckmässig in parabel- schaltungen verbungen. Schliesslich wird das nahezu fertige Rohr durch einen zweiten Führungtrichter mit kegelförmigem Einlauf geführt, der die hocherhitzte Kanten des nur noch wenig
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überfihrt und flas Schweissen vorbereitet. Der Schweissvorgang wird alsdann vermittelst der Schweisswalzen 14 vollendet, zwischen denen sich ein Dorn 15 (Fig. 8) befindet. Hierauf kann das geschweisste Rohr gegebenenfalls unmittelbar aus den Schweisswalzen in die Fertigwalzen 16 übergeführt werden, zwischen denen ein dünner Dorn 17 angeordnet ist.
In dem Folgenden sollen die verschiedenen, zum Antrieb der Walzwerke dienenden Vorrichtungen und die Einwirkung der Walzwerke auf den Rohrstreifen beschrieben werden.
Die den gebogenen Rohrstreifen führenden Walzen, die gleichzeitig als Zuführung des
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genauer dargestellt. Die seitlichen Kontaktwalzen 11 (Fig. 16 und 17), welche gleichzeitig als FÜhrung für den gebogenen Rohrstreifen dienen, liegen wagerecht auf der Tragplatte 18 und drehen sich um die lotrechten Achsen 19, während die oberen Kontaktwalzen 10 von Hängelagern getragen werden. welche ihrerseits in Lagern 21 drehbar gelagert sind. die in gewissen Abständen längs des Rahmens ; ? 2 angeordnet sind.
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oben sseschohen wlrd. bis es durch die Klinke 26 (Fig. 21 und 22) gehalten wird.
Alle Kontaktwalzen und das zur Stromführung dienends Gestell werden zweckmässig aus Kupfer hergestellt. Die Lagerung der Walzen sowie der Hängelager innerhalb des Gestelles muss eine sehr gute sein, und die Lagerfläche muss genügend gross sein, um ohne unzulässige Er-
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Sitzung den sehr starken elektrischen Heizstrom zu den Kontaktwalzen überzuführen. Die Kupfertragplatte J-späterhin soll sie der Einfachheit wegen als negative Elektrode bezeichnet werden, wobei selbstverständlich bei Verwendung von Wechselstrom die Polarität der Elektroden dauernd wechselt und die Bezeichnung als negative Elektrode stets nur für einen Augenblick zutreffend sein würde-besitzt einen geschlitzten, nach unten herabhängenden Lappen 27,
der unmittelbar in die ebenfalls geschlitzten negativen Klemmen 28 des Transformators 12 eingreift (Fig. 16 und 17).
Der kupferne Tragrahmen 22, der die positive Elektrode bildet, steht mit der ebenfalls geschlitzten positiven Klemme 29 des Transformators entweder unmittelbar oder vermittelst biegsamer Kabel 30 in Verbindung, welche an den Lappen 31 angeschlossen sind, die an einem oder an beiden Enden der Hängelagertragwelle 32 sitzen. Die unteren Walzen 11 bilden also die negativen Elektroden, wenn die oberen Walzen 10 positiven Strom führen und umgekehrt. Ausserdem stehen die Walzen, wie im folgenden beschrieben werden soll, in Mehrfachbogenanordnung zueinander. In der Fig. 18 ist eine zweckmässige Form der Oberkanten der Seitenwalzen dargestellt, die zum Bearbeiten des zu erhitzenden Rohrstreifens-) dienen, solange dieser noch teilweise offen ist.
In diesem Falle besitzen die oberen Rollen einen keilförmigen Führungs- hanses. 14 und Kontaktflächen, mittels deren gleichzeitig Kontakt mit dem zusammenzuschweissenden Stirnseiten der beiderseitig aus den seitlichen Führungswalzen etwas hervorragenden Lappen der Rohrstreifens gebildet wird. Diese Lappen sind so breit gewählt, dass ein genügender Teil des Rohrstreifens zwischen den Walzen ungeführt bleibt, durch den ein gewisser elektrischer Widerstand zwischen der Kontaktlinie der oberen Walze und des oberen Endes der beiden Seitenwalzen gebildet wird.
In Fig. 19 ist eine etwas anders ausgebildete Form der oberen Walzen dargestellt, welche dazu dient, dep Rohrstreifen zu erhitzen, wenn seine beiden Stirnflächen bereits in Berührung miteinander gekommen sind.
Aus Fig. 18 ist ersichtlich, dass, wenn der nahezu rohrförmige Rohrstreifen 33 durch die seitlichen Kontaktwalzen 11 hindurchgeht und die obere Kontaktwalze. 70 gegen die noch ge- trennten Stirnflächen 35 des Rohrstreifens drückt und für den Fall. dass hiebei Strom in den
Sekundärstromkreis des Transformators fliesst, der aus der oberen Rolle austretende positive
Strom sich teilen wird, derart, dass der eine Teil des Stromes durch den rechten Rohrstreifen- lappen zur rechten Kontaktrolle 11 fliesst, während der andere Teil des Stromes nach links zu
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Strom wieder in der Tragplatte 18 und fliesst durch den Lappen 27 zu der negativen Klemme 28 des Transformators 12.
Dieser Stromverlauf zwischen jedem Kontaktsatz innerhalb des Rohrstreifens bewirkt, dass die hervorstehenden Lappen des Rohrstreifens infolge ihres inneren Widerstandes erhitzt werden. Da der kürzeste Weg für den Strom von den Kontaktstellen des Flansches. 34 der Walze 7
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dass hauptsächtich die ungeführten Lappen des Rohrstreifens 3. 3 durch den Strom erhitzt werden, da die unteren Teile des Rohrstreifens nicht in dem kürzesten Wege des Stromes liegen.
Jeder Trausformator hefert Strom für drei der beschriebenen Kontaktsätze. Die Kanten des sich fortbewegenden Rohrstreifens werden also an drei getrennten Stellen während ihres Weges über jeden Transformator erhitzt. Die gesamte Zahl der Heizstellen hängt also nur von der Zahl der wirksamen Transformatoren ab, üben welche der Rohrstreifen geführt wird, oder auch von der Zahl der oberen Kontaktwalzen, die zu jeder Zeit den sich fortbewegenden Rohrstreifen berühren.
Wenn man die Bewegung des Rohrstreifens, die in Fig. 1, 2 und besonders in Fig. 8 dar- gestellt ist, weiter verfolgt, so erkennt man, dass, nachdem der heisse Rohrstreifen das Streck- walzwerk 6 mit hoher Geschwindigkeit. in der Regel mit mindestens 90 bis 120 m in der Minute, verlassen hat, os den verschiedenen Biege-. Form-, Heiz-, Schweiss-und Fertigoperationen unter- worfen wird, und zwar gehen diese Operationen in schneller Aufeinanderfolge und ohne Unter- hrel'hll1g vor sich, ebenso wie die zusätzliche Zuführung der Wärme zu den Rohrstreifenkanten zurErhitzungderselbenbiszurSchweisstemperaturmitausserordentlichgrosserGeschwindigkeit und Sicherheit erfolgen muss.
Hieraus erfolgt also, dass die Menge der zusätzlichen Wärme, die @ innerhalb des Rohrstreifens erzeugt wird, infolge der sehr kurzen wirksamen Zeit. die den einzelnen
Stromkontakten zur Erhitzung des Rohrstreifens gegeben ist. ausserordentlich genau den einzelnen bestehenden Arbeitsbedingungen angepasst und geregelt werden muss, um einerseits die
Entwicklung einer genügenden Wärmemenge innerhalb dieser kurzen Ziw zu ermöglichen und andererseits ein Überhitzen des Metalles infolge der Änderung der Anfangstemperatur des Rohr-
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Das Hindurchtreiben des Rohrstreifens durch die verschiedenen Walzenvorgänge geschieht folgendermassen :
Die Walzensätze 6 und 7 erhalten Kraftantrieb, wobei die Geschwindigkeit des Walzenganges 7 derart geregelt werden muss, dass er den Rohrstreifen mit derselben Geschwindigkeit aufnimmt, wie dieser den Walzengang 6 verlässt. Eine geeignete Führungsform oder ein Führungsschuh 36 (Fig. 2) ist zwischen den beiden Walzengängen 6 und 7 angeordnet, um dem Rohrstreifen etwas gebogene Form zu geben und seine gute Einführung in den Walzengang 7 zu sichern, in welchem der Rohrstreifen eine etwa U-förmige Gestalt annimmt. Durch diesen U-förmigen Querschnitt wird der heisse Rohrstreifen derart versteift, dass ihm der Walzengang 7 ohne Knickgefahr durch die Heizwalzengänge hindurchtreiben kann.
Der Walzengang 8, welcher den U-förmigen Rohrstreifen in die geeignete Form biegt, bevor derselbe nacheinander die Heiz- kontaktsätze 10 und 11 passiert, kann ebenfalls einen Kraftantrieb erhalten. Es kann aber auch an Stelle dieses Walzenganges eine geeignete Führungsform verwendet werden, durch welche der Rohrstreifen ebenso wie durch die Form 9 vermittelst der von dem Walzengang 7 herrührenden Reibungskraft hindurchgedrückt wird.
Diese Kraft genügt auch in der Regel, um den gebogenen Rohrstreifen nacheinander durch die verschiedenen Heizkontaktsätze hindurchzudrücken. anderenfalls wird noch ein Hilfsantriebswalzengang an einer beliebigen geeigneten Stelle zwischen den Heiztransformat. oren zwischengeschaltet werden, um den Reibungwiderstand der Heizkontakte zu überwinden. Das an seinen Kanten durch die Heizkontakte hocherhitzte Rohr erreicht schliesslich den Schweisstrichter 13, durch welchen es in die Schweisswalzen 14 tritt. Diese Walzen erhalten ebenfalls Kraftantrieb und unterstützen durch ihren auf den Rohrstreifen ausgeübten Zug den Durchgang desselben durch die Heizwalze ohne Geschwindigkeitsverminderung.
Die hinter diesem Walzengang aufgestellten Fertig-und Reduzierwalzen 16 erhalten zweckmässigerweise ebenfalls Kraftantrieb, so dass ihre Geschwindigkeit etwas grösser als die des Walzenganges 14 ist, und zwar muss die Geschwindigkeit von dem Betrag der Rednxierung und Verlängerung des fertigen Rohres abhängen, den dieses in dem Walzengang 16 erhält.
Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit aller Walzengänge den Arbeitsoperationen des Rohrstreifens angepasst, welche dieser in den Walzengängen erfährt. Die Antriebswellen sämtlicher Walzengänge können beispielsweise mittels Zahnräder in eine gemeinsame Antriebswelle eingreifen oder auch jede unabhängig angetrieben werden.
Um die Temperatur der sich schnell vorwärtsbewegenden Rolirstreifenkanten auf oder etwas über den Schweisspunkt zu bringen, sind die Heizkontakte in einer Reihe längs des sich bewegenden Rohrstreifens angeordnet. Die Zahl der zur Verwendung kommenden Heizkontakte hängt von der Geschwindigkeit des Rohrstreifens, von der Dicke und Breite der zu beheizenden Lappen desselben, von dem Betrag der in dem ausgewalzten und gebogenen Rohrstreifen noch ver- bleibenden Anfanshitze (falls mit warmen Rohrstreifen gearbeitet wird) und, abgesehen von anderen Nebenumständen, auch noch von dem Betrag der Wärme ab, die von jedem Heizkontakt dem Rohrstreifenlappen zugeführt wird.
Um alle diese Umstände genügend berücksichtigen zu können, sind in den einzelnen zur Verwendung kommenden Stromkreisen verschiedene Regel- vorrichtungen eingeschaltet (Fig. 20). Diese Figur zeigt ein Schaltungsschema des primären und der sekundären Stromkreise sowie der Transformierung, der Stromregulier-und Heiz- vorrichtungen und von acht getrennten Heiztransformatoren, welche mit den Bezugszeichen J7 bis 44 gekennzeichnet sind. Diese Transformatoren stehen in der Vorrichtung tatsächlich dicht beieinander (Fig. 1 und 2), um übermässigen Hitzeverlust durch Strahlung und dgl. in dem heissen
Rohrstreifen nach Verlassen der Biegewalzen 7 und 8 und vor Eintritt in die Schweisswalzen 14 zu vermeiden.
Ist jeder dieser Transformatoren, wie gezeichnet. mit drei wirksamen Heizkontakt- sÅatzen ausgerüstet, so bestehen innerhalb einer kurzen Strecke im Ganzen 24 getrennte Heiz- stellen, an denen der Rohrstreifen oder vielmehr seine zu vereinigenden Lappen elektrisch erhitzt werden.
In dem Schaltungsschema Fig. 20 stellt 45 die Leitung des zugeführten, hochgespannten
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Sekundarwindung 47 mit. den Sammel- und Verteilschienen 48 in Verbindung steht. Im Stromkreis is-t ein geeigneter Induktionsregulator 4. 9 eingeschaltet, um die Spannung in dem Stromkreis 48 regeln zu können. Zum gleichen Zwecke dienen die an dem Transformator 46 und 47 angeordneten Klemmen 50 und 51, die durch Schalter 52 und 53 wahlweise in den Stromkreis einschaltbar sind.
Die einzelnen Heiztransformatoren werden dulcl Reaktnzregler 54, 55 und 56 beeinflusst und können einzeln durch geeignete Schalter 57 und 58 vollkommen ausgeschaltet werden, falls die gesamte Heizwirkung der Anlage nicht voll ausgenutzt werder soll. Ausserdem kann. wie schon erwähnt, jeder Heizkontakt 10 einzeln ausser Eingriff mit dem Rohrstreifen gebracht werden, so dass eine weitgehende Regulierung d Heizwirkung möglich ist.
In Fig. 29 ist eine etwas andere Ausführungsform der oberen Kontaktwalze dargestellt. bei der eine Kurbel mit einer doppelten KoDtaktfläche verwendet wird, welche in ihrem Lager 59
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Durch diese Anordnung wird es auch möglich, das nach oben ausladende Kontaktrad 10 mit seiner Nabe auszuwechseln, ohne die elektrische Verbindung zwischen seiner Welle und dem Transformator zu stören.
In den Fig. 22 bis 28 sind verschiedene Ausführungsformen der oberen Kontaktwalze dargestellt, welche abnehmbare Felgen M (Fig. 24), 60 und 61 (Fig. 25 und 27) besitzen. Diese Kontaktwalze eignen sich besonders für die Ausführungsform des Hängelagers gemäss Fig. 22, da bei ihnen die Felge bei erfolgter Abnutzung ausgewechselt werden kann, ohne dass die Walze 10 mit ihrer Nabe aus dem Hängelage 20 herausgenommen zu werden braucht.
Von den drei Koutakträdern. M und 11 (Fig. 17 bis 19) können die beiden Seitenrollen 11 auch mit den beiden entgegengesetzten Polen des Heizstroms verbunden sein, so dass durch Heben der mittleren Rolle 10 letztere ausser Wirksamkeit tritt, während die beiden seitlichen Kontakte 11, 11 beim Verschweissen als zweipolige Kontakte weiterwirken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung geschweisster Rohre, dadurch gekennzeichnet, dass aus heissen
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Erhitzung ihrer Kanten auf Schweisshitze zum fertigen Rohr verschweisst werden.