Vorrichtung zum Schweissen von Rohren Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich tung zum Schweissen von Metallrohren durch Ver wendung elektrischer Hochfrequenzerwärmung und im besondern für das kontinuierliche Schweissen einer Längsnaht an Metallrohren.
Im Schweizer Patent Nr.331299 und im bel gischen Patent Nr. 530877 sind ein Verfahren und Mittel dargelegt zum Zusammenschweissen der den Längsspalt im Metallrohr begrenzenden Ränder, wobei das Rohr bei gleichzeitiger Einwirkung eines Druckes zum Schliessen des Spaltes an der Stelle des Schweissens in der Längsrichtung vorgeschoben wird. Nach dem erwähnten Verfahren wird die Erwärmung der Spaltränder durch Verwendung von Elektroden erzielt, die an der Quelle eines Schwingungsstromes angeschlossen und je an den Spalträndern an in geringem Abstand vor der Schweissstelle liegenden Punkten angelegt werden, wobei der Strom eine genügend hohe Frequenz aufweist, so dass der Weg geringster Impedanz zwischen den Elektroden ent lang den Spalträndern zu und von der Schweiss stelle verläuft.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Weiterbildung dieser Vorrichtung.
Wie in den obenerwähnten älteren Publikationen erläutert ist, besteht in gewissen Fällen, insbesondere, wenn der Rohrdurchmesser relativ klein ist, die Tendenz, dass mindestens ein Teil des Stromes umfangsmässig um das Rohr fliesst, anstatt entlang den Rändern des V-förmigen Spalts. Eventuell besteht auch die Tendenz, dass die Stelle der Schweissung sich in bezug auf ihre Lage in der Bewegungsrichtung des Rohres verändert, was dann eine Verringerung des Wirkungsgrades und Unregel mässigkeiten in der Schweissung zur Folge hat.
Wie ferner in den genannten früheren Publikationen erläutert ist, können diese Schwierigkeiten durch Erhöhung der Impedanz des Stromweges vom einen der Kontakte umfangsmässig um das Rohr herum zum andern verringert werden, indem innerhalb des Rohres oder nahe an demselben magnetische Kern mittel montiert werden mit dem Ergebnis, dass diese erhöhte Impedanz dieses Stromweges bewirkt, dass der Hochfrequenzstrom noch weiter konzentriert wird, wo er entlang den V-förmigen Spalträndern erwünscht ist, und gleichzeitig sich der Ort des kleinen Lichtbogens, der an der Schweissstelle auf tritt, zuverlässiger an einer bestimmten Stelle stabi lisiert.
Die mögliche Geschwindigkeit des Schweissens des Rohres kann deshalb stark gesteigert und die Qualität und Gleichmässigkeit der Schweissung ver bessert werden.
Wie früher schon dargelegt wurde, besteht das verwendete magnetische Kernmittel zweckmässiger weise z. B. aus Stäben gesinterten magnetischen Oxyds und Isoliermaterial bekannter Arten, welche einen geringen Verlustfaktor und einen hochvolumi- gen spezifischen Widerstand aufweisen, wie beispiels weise das unter der Fabrikmarke Ferramic von der Firma General Ceramics & Steatite Corp., New Jersey, USA, auf den Markt gebrachte Material. Dieses Material ist ein nichtelektrischer Leiter und weist einen Curie-Punkt im Bereiche von etwa 93 bis 150 auf.
Da jedoch die erwärmten Rohrränder und der Lichtbogen an der Schweissstelle sehr nahe an ein derartiges Material zu liegen kommen, insbe sondere wenn der Rohrdurchmesser klein ist, kann unter Umständen genügend Strahlungswärme ein derartiges Kernmaterial erreichen, was zur Folge hat, dass dasselbe reisst, oder dass seine Temperatur über die Curie-Punkttemperatur erhöht wird, so dass es nicht mehr richtig wirkt.
Es wurde nun erfindungsgemäss gefunden, dass diese Probleme zufriedenstellend gelöst werden kön nen, wenn das magnetische Kernmaterial von einem Behältermittel umgeben wird, das seinerseits inner halb des vorrückenden zu schweissenden Rohres mon tiert ist, wobei dieses Behältermittel zudem zweck mässigerweise so ausgebildet ist, dass es dauernd von einer Flüssigkeit gekühlt wird.
In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Längsschnitt in einer Vertikalebene durch die Anordnung von Fig. 1, Fig. 3 und 4 Querschnitte nach den Linien 3-3 resp. 4-4 von Fig. 2, Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus führungsform, Fig. 6 und 7 Querschnitte nach den Linien 6-6 resp. 7-7 von Fig. 5.
Das Rohr 10, das verschweisst werden soll, wird in der Richtung des gezeigten Pfeils durch Transport rollen bewegt, welche durch ein Paar Druckanlege- rollen 11 und 12 gebildet werden, die an gegen überliegenden Seiten des Rohrs in der Nähe der Zone der Schweissstelle w angreifen, und zwar so, dass die gegenüberliegenden Ränder 13 und 14 inner halb des V-förmigen Spalts 15 fest zusammenge drückt werden.
Durch Elektroden 16 und 17 wird Hochfrequenzstrom in die Spaltränder geleitet, wobei dieselben zweckmässigerweise flüssigkeitsgekühlt sind, wie dies in den obenerwähnten früheren Publika tionen erwähnt ist und gleitbar angeordnet sind, und an den oder nahe den Spalträndern in einem geeigne ten Abstand vor der Schweissstelle am Rohr anliegen.
Der Anschaulichkeit wegen ist bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung der V-förmige Spalt 15 als sich entlang der obern Seite des Rohres erstreckend gezeigt; doch kann der Spalt auch an andern Stellen angeordnet sein - an der einen der Seiten oder an der Unterseite des Rohres.
Im Rohr 10 ist ein Stab 18 aus magnetischem Kernmaterial angeordnet, welcher von einem rohr- förmigen Metallbehälter 19 umgeben und in diesen gelagert ist. Dieser Behälter 19 ist aus einem Kupfer rohr gebildet und der einen Seite entlang, bei 20, geschlitzt, um den umfangsmässigen Fluss eines darin induzierten Hochfrequenzstromes zu unterbinden. Das Rohr 19 liegt auf einem Streifen 21 aus Isolier material auf, wobei das Isoliermaterial sich durch den Schlitz in das Innere des Rohres 19 erstreckt und so geformt ist, dass es eine Stütze 22 für den Kernstab 18 bildet und sich unterhalb desselben auf seiner ganzen Länge erstreckt.
Ein Stift 23 erstreckt sich quer durch das Ende des Behälters 19, um ein Herausgleiten des Kernstabes zu verhindern.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist an das linke Ende des Behälters 19 ein Isolierverbindungs- glied 24 angeschlossen, in welches eine Leitung 25 zur Zufuhr von Kühlflüssigkeit einmündet. Die Lei tung 25 bildet eine Stütze für den Stab 18 und seinen Behälter 19. Wie ferner in Fig. 1 angedeutet, ist die Leitung 25 durch verstellbare Abstützmittel 26 be festigt, was eine Einstellung der Lage des Kerns 18 und seines Behälters 19 sowohl in der Längsrichtung des Rohres 10 als auch vertikal in bezug auf den Spalt 15 gestattet.
Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, kann der Leitung 25 zugeführt werden, um durch dieselbe und durch den Behälter 19 im darin vorgesehenen Zwi schenraum um den Stab 18 herum und dann aus dem rechten Ende des Behälters herauszufliessen, wobei die Kühlflüssigkeit aus demselben durch das Rohr 10 weggeführt wird. Auf diese Weise werden der Stab 18 wie auch sein Behälter 19 gegen Be schädigung durch überhitzen geschützt und demzu folge besteht keine Gefahr, dass das Kernmaterial bei Dauerbetrieb des Apparates den Curie-Punkt erreichen oder gar überschreiten wird.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Anordnung, welche die Vorteile beschriebener Ausführungsform aufweist und gleichzeitig auch eine Einstellung der Längslage des magnetischen Kern elements gestattet, wobei das Stützmittel desselben in einer feststehenden Lage bleibt, gleichzeitig weiter vorn jenseits der Schweissstelle im Rohr verwendet wird, um Ausglättmittel im Rohr zu halten, welche Mittel zum Ausglätten von allfälligen Unregelmässig keiten an der Unterseite der Schweissnaht dienen.
Das Rohr 10' wird analog dem Rohr in Fig. 1 in der Längsrichtung vorgeschoben. Die eine der beiden Druckrollen ist mit 12', die Schweissstelle mit w und die Hochfrequenzelektroden mit 16', 17' bezeichnet. Das ferromagnetische Kernelement 18' ist innerhalb eines Behälters 19' angeordnet, wobei letzterer sich rückwärts bis zu einem Stützpunkt (nicht gezeigt) rechts in Fig. 5 erstreckt.
Dieser Be hälter 19' kann aus unmagnetischem Metall, beispiels weise Kupfer oder rostfreiem Stahl, bestehen und weist einen Innenhohlraum 30 auf, der so ausgebildet ist, dass er einen Durchfluss von Kühlflüssigkeit, die von einer Quelle herkommt und in der Richtung des bei 31 angedeuteten Pfeils fliesst, zulässt. Die Kühl flüssigkeit fliesst im Hohlraum 30 bis zu dessen linkem Ende, wo sie durch eine Auslassöffnung 32 ausfliessen und dann im Rohr 10' weiterfliessen kann.
Wie in Fig. 7 veranschaulicht wird, ist das Be hälterrohr 19' der einen Seite entlang geschlitzt und dieser Schlitz ist mit einem Isolierstreifen 21', bei spielsweise aus Nylon, ausgefüllt, wodurch ein um fangsmässiger Fluss induzierter Ströme in den Zonen des Behälterrohres 19' in der Nähe der Elektroden 16', 17' verhindert wird. Die Oberseite des Streifens 21' ist mit einer Stützfläche 22' ausgebildet, auf welcher ein Tragglied 33 für das magnetische Kern element verschiebbar abgestützt ist. Das Tragglied 33 ist mit Zähnen 34, 35 ausgebildet, die an den beiden Enden des Kerngliedes 18' angreifen, so dass, wenn das Glied 33 in der einen oder andern Rich tung im Rohr 10' längsverschoben wird, das Kern glied entsprechend verstellt wird.
Für die Längsver stellung des Trägergliedes 33 von aussen her dient ein Ritzel 36 mit Zahnstange, das einen aufwärts durch den V-förmigen Spalt 37 im Rohr 10' heraus tretenden Drehgriff 36' besitzt.
Im linken Teil (Fig. 5) des Rohres 10' wird eine Rollengruppe 40 angeordnet, welche in einem Ver längerungsteil 41 des Behältergliedes 19' gelagert ist. Diese Rollengruppe 40 besteht (Fig.6) aus den Rollen 43 und 44, wobei die Rolle 43 mit der Innenfläche der geschweissten Zone 42 des Rohres 10' in Berührung gebracht wird, wobei die Rolle 43 von einem Paar unteren Rollen 44 aufwärts gedrückt wird, so dass die Rolle 43 die Innenflächenzonen der Schweissnaht glättet. An der Aussenseite dieser Zone kann das Rohr 10' abgestützt sein, beispielsweise durch die obere und untere Druckrolle 45 und 46.
Demgemäss kann man mit der in Fig. 5 bis 7 gezeig ten Ausrüstung die Lage des magnetischen Kernmittels, wie im Falle der Verkörperung von Fig. 1, verstellen, und gleichzeitig stellt das Behältermittel 19' ein dorn ähnliches Mittel dar, durch welches ein Ausglättmittel innerhalb des Rohres an einer gewünschten Stelle jenseits der Schweissstelle in der richtigen Lage ge halten wird.
Es ist festgestellt worden, dass die Verwendung eines derartigen Kernmaterials bei diesem Verfahren von Hochfrequenzwiderstandsschweissung für das erfolgreiche Verschweissen von Rohren mit relativ kleinen Durchmessern von Wichtigkeit ist, und das leichte, gleichmässige und zuverlässige Schweissen von Aluminiumrohren mit Durchmessern bis zu 5jä' hinab mit Geschwindigkeiten im Bereiche von 60 bis 120 m pro Minute möglich macht. Soweit bekannt ist, war es bis jetzt nicht möglich, kleine Rohre dieser Art mittels ähnlicher Verfahren und bei nur annähernd gleicher Raschheit zu schweissen.
Bei der beschriebenen Vorrichtung kann man die Wärmemenge an der Schweissstelle leicht regu lieren, indem man den magnetischen Kern in bezug auf die Lage der Elektroden und der Schweissstelle in der Längsrichtung entsprechend verschiebt. Zudem kann man durch die Anordnung und Lage des Kerns mit Leichtigkeit das Ausmass der inneren Stauchung des Metalls an der Schweissnaht des zu schweissenden Rohres regulieren.
Mit anderen Worten kann man durch Veränderung der Anordnung des Kerns den in der Umgebung der zu schweissenden Spaltränder fliessenden Strom so verändern, dass die Bahnen des maximalen Stromflusses mehr oder weniger eng um die Ränder herum beschränkt sein werden, wodurch das Aüsmass der inneren Stauchung des Metalls ent lang der Schweissnaht verändert wird.
Allgemein gesprochen wird, wenn der Kern in einem grösseren Abstand von den Spalträndern angeordnet wird, die innere Stauchung des Metalls geringer oder vernach- lässigbar klein gemacht, und wenn der Kern näher an die Spaltränder herangebracht wird, wird ein grösseres Ausmass von innerer Stauchung vorhanden sein. Die in dieser Hinsicht wünschenswerteste Ein stellung der Lage des Kerns kann für Rohre aus ver schiedenen Metallen und verschiedener Wanddicken verschieden sein und kann durch Versuche ermittelt werden.
Im besondern bei dünnwandigem Stahlrohr ermöglicht die vorliegende Erfindung eine vollstän dige Verschweissung der einander gegenüberliegenden Spaltflächenränder, ohne eine sehr breite Wärme zeichnung entlang diesen Rändern hervorzurufen.