Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen, insbesondere Rohren, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen, insbeson dere Rohren, aus vorgeformten Vorprofilen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, Rohre und andere Profile aus zwei oder mehreren, zu Ringen gehaspelten Blech streifen herzustellen. Hierbei werden die Blech streifen auf Formwalzmaschinen zu Vorprofilen, z. B. rinnenförmigen, winkelförmigen Profilen oder Schlitzrohren umgeformt und die zu verschweissen- den Kanten der Vorprofile konvergierend unter Bil dung eines langgezogenen Kerbes von konvexer Krümmung zusammengefügt.
An der Spitze des Ker- bes werden die aufeinandertreffenden Kanten ver- schweisst. Bei der Kerbnahtschweissung, die auf Grund früherer Vorschläge des Erfinders (österreichi sches Patent Nr. 200 889) bekannt ist, umfliesst der elektrische Strom den Kerb, der aus den zu ver- schweissenden Kanten gebildet wird. Um eine gleich mässige Naht zu erzielen, soll der Schweissstrom an der Schweissstelle eine möglichst konstante Dichte aufweisen. Die Stromdichte wird von einer Reihe von Faktoren beeinflusst.
Den grössten Einfluss auf die Konstanz der Schweissstromdichte haben Veränderun gen der Länge des Kerbes oder mit anderen Worten Schwankungen der Lage des Treffpunktes der Kan ten (Schweissnahtspitze). Wandert die Schweissnaht- spitze gegen die Produktionsrichtung, so nimmt die Stromdichte wegen des kürzer werdenden Stromwe ges zu. Wandert sie von den Stromzuführungen weg, also in Richtung des fertigen Endprofiles, so nimmt die Stromdichte ab.
Die Schwankungen in der Lage der Schweissnaht- spitze können verschiedene Ursachen haben. Kom men z. B. die Vorprofile infolge einer kleinen Exzen- trizität der Formwerkzeuge der Formwalzmaschinen (Passung: Welle-Formrolle) oder infolge anderer Ursachen leicht wellig aus der Formwalzmaschine, was oft mit freiem Auge gar nicht erkennbar ist, so hat dies beim Zusammentreffen der Kanten eine un ruhige Schweissnahtspitze zur Folge. Eine andere Ursache ergibt sich aus der Verwen dung warmgewalzter Stahlbleche. Diese laufen nicht mit einer konstanten Krümmung der Schweissstelle zu, sondern mit leichten Knicken.
Es ist dies eine Er scheinung, die auch beim Abhaspeln warmgewalzter Bunde auftritt und dort unter der Bezeichnung Coil- breaks in der Fachwelt bekannt ist. Dieser Erschei nung hat man bisher dadurch entgegengewirkt, dass man warmgewalzte Bänder einer einmaligen Kaltwal zung unterzog. Hierzu ist jedoch eine eigene teure Einrichtung erforderlich. Weitere Ursachen des Hin- und Herwanderns der Schweissnahtspitze sind Ände rungen der Breite des Ausgangsstreifens, Schwankun gen der Vorprofilmasse infolge von abwechselnder Links- bzw. Rechtstendenz des Vorprofiles in den Formwerkzeugen u. dgl.
Die Folge dieser Schwankungen der Lage der Schweissnahtspitze ist eine ungleiche Erhitzung der Schweissnaht und damit eine über die Rohrlänge un- gleichmässige Schweissnahtgüte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stationäre, in der Längsrichtung nicht hin- und her wandernde Schweissnahtspitze zu schaffen und da durch die Qualität der Schweissnähte zu verbessern. Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass in der Schweisszone die den Kerb bildenden Kanten durch Kraftausübung in der durch den Kerb gehenden Axialebene druckverformt werden und so die Kerbspitze unter Bildung eines wenigstens annä- hernd sinuslinienförmigen Kerbverlaufes in bezug auf die Stromzuführungszone lagefixiert wird.
Das Verfahren ist für Einnaht- und Zweinaht rundrohre sowie auf komplizierte Formrohre und Hohlprofile anwendbar.
Die Erfindung wird in den Zeichnungen näher er läutert. Fig. 1 erläutert schematisch die Form des Ker- bes bei einem bekannten Verfahren; Fig. 2 erläutert schematisch die Form des Kerbes bei dem erfindungs- gemässen Verfahren. Die Fig. 3 bis 6 zeigen Grund riss, Aufriss, einen Schnitt sowie einen Querriss durch die Schweisszone bei der Herstellung eines Rechteck rohres aus zwei rinnenförmigen Vorprofilen.
Die Fi- gurengruppe 7 zeigt in vergrösserter Darstellung den Querschnitt von zwei Vorprofilen (Fig.7a), einen Aufriss der Druckrollen in der Schweisszone (Fig. 7b) und einen Querschnitt des hergestellten rechteckför- migen Endprofiles (Fig. 7c).
Die Figurengruppe 8 gibt eine ähnliche Darstel lung für ein Quadratrohr, die Figurengruppe 9 für ein Rundrohr und die Figurengruppe 10 für ein Rech teckrohr mit zwei Faltstegen wieder. Die Fig. 11, 12 und 13 zeigen Vorprofile und die entsprechenden Endprofile von etwas komplizierterer Form.
Die Fig. 14 bis 17 zeigen die Form der Druckrol len, die zur letzten Verformung der Vorprofile in der Schweisszone verwendet werden und verschiedene Verstellungsmöglichkeiten dieser Rollen; die Fig. 18 und 19 zeigen Einzelheiten des Aufbaues der Druck rollen.
In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 sind zwei rechteckige, U-förmige Vorprofile 1 in. Drauf sicht von oben zu sehen, die unter Bildung eines lang gestreckten konvexen Kerbes 2 zusammengeführt werden. Mit 3 ist die Schweissnahtspitze bezeichnet. Diese Schweissnahtspitze kann innerhalb der Distanz e bis 3' wandern, wenn Unregelmässigkeiten bei der Vorformung der Profile auftreten. Mit 4 sind die Stromzuführungsrollen bezeichnet, die den Schweiss strom liefern. Der Weg des Schweissstromes ist durch die strichlierte Linie 5 bezeichnet.
Fig. 2 zeigt die gleiche Darstellung bei Verwen dung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Form des Kerbes ist nahe der Spitze 3 im Bereich 5' wenig stens annähernd sinuslinienförmig ausgebildet. Es wird erfindungsgemäss die Länge des Kerbes verkürzt und die Schweissnahtspitze stationär gehal ten.
In den Fig. 3 bis 7 ist die Herstellung eines Recht eckrohres 6 (Fig. 5 und Fig. 7c) dargestellt, wobei zwei rinnenförmige Vorprofile 1 (Fig. 6 und Fig. 7a) mit den Kanten zusammengeführt werden. Die Vor profile werden durch die äusseren Rollen 7, 8 und die inneren Spreizrollen 9, 10 geführt. Innerhalb der Schweisszone, d. i. zwischen den Kontaktrollen 4 und der Schweissnahtspitze, erfolgt durch Einwirkung des Druckrollenpaares 11, 11' die letzte Verformung, wobei die Flanschen 12 der Vorprofile, die mit der Basis des Vorprofiles einen stumpfen Winkel bilden, eingedrückt und während der Verschweissung recht winklig gerichtet werden.
In Fig. 6 sind mit 13 und 14 die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators angedeutet, die den Schweisstrom an die Kontaktrollen 4 abge ben.
Die Fig. 8 bis 10 zeigen ähnliche Darstellungen für die Herstellung von Quadratrohren, Rundrohren und Rechteckrohren mit Faltstegen. Mit 1 sind jeweils die Vorprofile und mit 6 das Endprofil be zeichnet. Allen diesen Ausführungsformen ist ge meinsam, dass die letzte Verformung in der Schweiss- zone durch Druckeinwirkung der Druckrollen 11, 11' durchgeführt wird, wobei die Kanten einander genä hert werden, die Form des Kerbes aus dem sonst kon vexen Verlauf in einen wenigstens annähernd sinusli- nienförmigen Verlauf geändert und dadurch die Lage der Schweissnahtspitze konstant gehalten wird.
Die Figuren 11 bis 13 zeigen etwas komplizierter ausgebildete Endprofile 6, die aus Vorprofilen 1 zu- sammengeschweisst werden. Fig. 11 zeigt ein Kreuz formrohr, Fig. 12 ein Rechteckrohr mit diagonal ge genüberliegenden einspringenden Ecken und Fig. 13 ein Quadratrohr mit einem einfachen einspringenden Eck. Derartige Profilformen, die für besondere Kon struktionszwecke verwendet werden, konnten früher nur in umständlicher, kostspieliger Weise hergestellt werden.
Die Erfindung umfasst Vorrichtungen zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, dass min destens ein Druckrollenpaar für die letzte Verfor mung in der Schweisszone vorgesehen wird. Je nach der Art des gewünschten Endprofiles kann die Druckfläche dieser Rollen gerade ausgebildet sein (Fig. 5), profiliert sein oder Ausnehmungen besitzen. Um solche komplizierte Querschnittsformen, wie jene nach den Fig. 12 oder 13, oder ähnliche Quer schnittsformen bilden zu können, müssen die Druck rollen auch eine weitgehende Beweglichkeit besitzen.
Die Rollenpaare können in der Richtung des herzu stellenden Profiles vor und zurück verstellbar sein; sie können heb- und senkbar sein; ausserdem sollen bevorzugterweise die Rollen eines Rollenpaares ge geneinander verstellbar, seitlich verstellbar und ein zeln um ihre Achse schwenkbar sein. Die verschiede nen Möglichkeiten der Rollenverstellung sind in den Fig. 14 bis 17 durch Pfeile angedeutet. In diesen Dar stellungen sind die Oberrollen mit 11, die Unterrollen mit 11' und die hergestellten Profile mit 6 bezeichnet.
Die Einstellung der Druckrollen in Rohrlängs richtung muss so erfolgen, dass sich die zu ver- schweissenden Kanten weder bereits vor, noch erst nach der Druckrolle treffen, sondern in einem Punkt, der etwa in der Mitte zwischen diesen beiden das Verfahren begrenzenden Extremen liegt. Es wird vor zugsweise so vorgegangen, dass die beiden Elektro- denrollen auf einen Abstand eingestellt werden, der merklich grösser ist, als den Abmessungen der Vor profile bzw. des fertigen Rohres entsprechen würde. Bei der Herstellung von Rechteckrohren kann er bei spielsweise auf zweimal U-Profil-Flanschbreite plus Blechdicke eingestellt werden.
Die dazu passende Längseinstellung der Druckrollen wird zunächst an nähernd vorgewählt und sodann empirisch während des Betriebes auf ein Optimum korrigiert. Bei Recht eckrohren wird der Abstand a der Elektrodenrollen mitte von der Druckrollenmitte (im Grundriss be trachtet) etwa der Breite b des fertigen Rechteckroh res entsprechen.
Die Druckrollen werden zweckmässig in einem eigenen Druckrollengerüst gelagert und mit diesem, z. B. mit Spindel und Mutter, in Längsrichtung ver stellt.
Durch die Eigenart der erfindungsgemässen Schweissung ist es bedingt, dass die beiden Vorpro file während der Schweissung verschiedenes Potential aufweisen. Die Druckrollen müssen daher so gestaltet sein, dass sie keinen Nebenschluss zum Schweissstrom bilden. Bei kleinen Schweissströmen (dünnen Rohr wänden) sind für die Herstellung der Druckrollen hochwertige keramische Stoffe, z. B. reines A1208, ge eignet. Höheren Belastungen halten diese jedoch nicht stand.
Die Erfindung sieht daher nach einer besonde ren Ausgestaltung die Schaffung von aus einzelnen Metall-Lamellen zusammengesetzten Druckrollen vor; die einzelnen Lamellen sind in der Schweissnaht- mitte dünner und werden nach aussen zu stärker; sie werden voneinander z. B. durch Glimmerplättchen isoliert. Nicht magnetisierbarem Material ist gegen über ferromagnetischem Stahl als Werkstoff für die Lamellen der Vorzug zu geben. Austenitische Stähle haben sich gut bewährt. Fig. 18 zeigt eine aus solchen Schichten gebildete Druckrolle zur Winkelschweis- sung, z. B. zur Herstellung von Quadratrohren, wobei die Metall-Lamellen mit 20 und die isolierenden Schichten mit 21 bezeichnet sind.
Die Schichten wer den durch eine Nabe 22 und eine Anzahl von Schrau ben 23 zusammengehalten.
Es ist nicht erforderlich, dass die Umformung unter den Druckrollen eine vollständige ist. Mit Vor teil kann man eine Restverformung für eine der Schweissung folgende Kalibrierung übrig lassen. Dies kann durch entsprechend geformte Druckrollen, wie solche in Fig. 19 dargestellt sind, unterstützt werden. Durch die Druckfläche, die den schwach einspringen den Winkel a aufweist, wird eine bombierte Profilflä che gebildet. Dies bringt den Vorteil, dass das Entfer nen, z. B. Abhobeln des äusseren Schweissgrates, wesentlich erleichtert wird.
Nach dem vorliegenden Verfahren geschweisste Rohre und Profile weisen ausserordentlich gleichmäs- sige und dichte Schweissnähte auf. Die Einstellung der Anlage bei Programmwechsel ist leichter vorzu nehmen und die Ausschussquote ist bedeutend gerin ger als bei bekannten Verfahren.
Method for the continuous production of profiles, in particular pipes, and device for carrying out the method The invention relates to a method for the continuous production of profiles, in particular pipes, from preformed pre-profiles. The invention also relates to a device for implementing this method.
It is known to produce strips of tubes and other profiles from two or more sheet metal coiled into rings. Here, the sheet metal strips on form rolling machines to pre-profiles, z. B. channel-shaped, angular profiles or slotted tubes are formed and the edges of the preliminary profiles to be welded are joined together converging to form an elongated notch of convex curvature.
The edges that meet at the tip of the notch are welded. In the notch seam welding, which is known from previous proposals by the inventor (Austrian patent no. 200 889), the electric current flows around the notch that is formed from the edges to be welded. In order to achieve a uniform seam, the welding current at the welding point should have a density that is as constant as possible. The current density is influenced by a number of factors.
Changes in the length of the notch or, in other words, fluctuations in the position of the meeting point of the edges (weld seam tip) have the greatest influence on the constancy of the welding current density. If the weld seam tip moves against the production direction, the current density increases because of the shorter current path. If it moves away from the power supply lines, i.e. in the direction of the finished end profile, the current density decreases.
The fluctuations in the position of the weld seam tip can have various causes. Come z. B. the pre-profiles due to a small eccentricity of the forming tools of the forming machines (fit: wave-forming roller) or slightly wavy from the forming machine due to other causes, which is often not visible to the naked eye, this has an unlikely effect when the edges meet result in a quiet weld seam tip. Another cause arises from the use of hot-rolled steel sheets. These do not approach the welding point with a constant curvature, but with slight kinks.
This is a phenomenon that also occurs when uncoiling hot-rolled coils and is known there in the specialist world as coil breaks. This phenomenon has hitherto been counteracted by subjecting hot-rolled strips to a single cold rolling. However, this requires its own expensive facility. Other causes of the back and forth wandering of the weld seam tip are changes in the width of the initial strip, fluctuations in the pre-profile mass due to the alternating left and right tendency of the pre-profile in the molds and. like
The consequence of these fluctuations in the position of the weld seam tip is uneven heating of the weld seam and thus an uneven weld seam quality over the length of the pipe.
The invention is based on the object of creating a stationary weld seam tip that does not move back and forth in the longitudinal direction and thereby improving the quality of the weld seams. The method according to the invention consists in that in the welding zone the edges forming the notch are pressure deformed by exertion of force in the axial plane passing through the notch and so the notch tip is positionally fixed with respect to the power supply zone, forming an at least approximately sinusoidal notch profile.
The process can be used for single-seam and double-seam round tubes as well as for complicated shaped tubes and hollow profiles.
The invention is explained in more detail in the drawings. 1 schematically explains the shape of the notch in a known method; 2 schematically explains the shape of the notch in the method according to the invention. 3 to 6 show a floor plan, elevation, a section and a transverse view through the welding zone in the production of a rectangular tube from two channel-shaped preliminary profiles.
The group of figures 7 shows in an enlarged representation the cross-section of two preliminary profiles (FIG. 7a), an outline of the pressure rollers in the welding zone (FIG. 7b) and a cross-section of the rectangular end profile produced (FIG. 7c).
The group of figures 8 shows a similar presen- tation for a square pipe, the group of figures 9 for a round pipe and the group of figures 10 for a rectangular pipe with two folding bars. Figs. 11, 12 and 13 show preliminary profiles and the corresponding end profiles of somewhat more complicated shape.
14 to 17 show the shape of the Druckrol len that are used for the last deformation of the pre-profiles in the welding zone and various adjustment options for these roles; Figs. 18 and 19 show details of the structure of the pressure rollers.
In the schematic representation of FIG. 1, two rectangular, U-shaped pre-profiles 1 can be seen in. Top view from above, which are brought together to form an elongated convex notch 2. The weld seam tip is designated by 3. This weld seam tip can move within the distance e up to 3 'if irregularities occur in the preforming of the profiles. With 4 the power supply rollers are designated, which supply the welding current. The path of the welding current is indicated by the dashed line 5.
Fig. 2 shows the same representation when using the method according to the invention. The shape of the notch is at least approximately sinusoidal near the tip 3 in the area 5 '. According to the invention, the length of the notch is shortened and the weld seam tip is kept stationary.
In Figs. 3 to 7, the production of a rectangular tube 6 (Fig. 5 and Fig. 7c) is shown, with two channel-shaped preliminary profiles 1 (Fig. 6 and Fig. 7a) are brought together with the edges. The front profiles are passed through the outer rollers 7, 8 and the inner expanding rollers 9, 10. Within the welding zone, d. i. between the contact rollers 4 and the weld seam tip, the last deformation takes place through the action of the pressure roller pair 11, 11 ', whereby the flanges 12 of the pre-profiles, which form an obtuse angle with the base of the pre-profile, are pressed in and directed at right angles during the welding.
In Fig. 6 with 13 and 14, the primary and secondary windings of the transformer are indicated, which ben the welding current to the contact rollers 4 abge.
8 to 10 show similar representations for the production of square tubes, round tubes and rectangular tubes with folding webs. With 1 each the preliminary profiles and with 6 the end profile be distinguished. All these embodiments have in common that the last deformation in the welding zone is carried out by the action of pressure from the pressure rollers 11, 11 ', the edges being brought closer to one another, the shape of the notch from the otherwise convex course into an at least approximately sinusoidal - Changed linear course and thereby the position of the weld seam tip is kept constant.
FIGS. 11 to 13 show somewhat more complicated end profiles 6 which are welded together from preliminary profiles 1. Fig. 11 shows a cross shape tube, Fig. 12 a rectangular tube with diagonally ge opposite re-entrant corners and Fig. 13 a square tube with a simple re-entrant corner. Such profile shapes, which are used for special construction purposes, could previously only be produced in a cumbersome, expensive manner.
The invention comprises devices for performing the described method, which are essentially characterized in that at least one pair of pressure rollers is provided for the last deformation in the welding zone. Depending on the type of end profile desired, the pressure surface of these rollers can be straight (FIG. 5), profiled or have recesses. In order to be able to form such complicated cross-sectional shapes, such as those according to FIGS. 12 or 13, or similar cross-sectional shapes, the pressure rollers must also have a high degree of mobility.
The pairs of rollers can be adjustable back and forth in the direction of the profile to be produced; they can be raised and lowered; In addition, the roles of a pair of rollers should preferably be ge mutually adjustable, laterally adjustable and individually pivotable about their axis. The various possibilities of roller adjustment are indicated in FIGS. 14 to 17 by arrows. In these Dar positions, the upper rollers are indicated by 11, the lower rollers by 11 'and the profiles produced by 6.
The setting of the pressure rollers in the longitudinal direction of the pipe must be such that the edges to be welded meet neither before nor after the pressure roller, but at a point that lies roughly in the middle between these two extremes that limit the process. It is preferred to proceed in such a way that the two electrode rolls are set to a distance which is noticeably greater than the dimensions of the pre-profiles or of the finished pipe would correspond. For example, when manufacturing rectangular tubes, it can be set to twice the U-profile flange width plus the sheet thickness.
The matching longitudinal setting of the pressure rollers is first preselected to approximate and then empirically corrected to an optimum during operation. In the case of rectangular tubes, the distance a between the center of the electrode rollers and the center of the pressure roller (viewed in the plan) corresponds approximately to the width b of the finished rectangular tube.
The pressure rollers are expediently stored in their own pressure roller frame and with this, for. B. with spindle and nut, ver in the longitudinal direction.
The nature of the weld according to the invention means that the two pre-profiles have different potentials during the welding. The pressure rollers must therefore be designed in such a way that they do not form a shunt to the welding current. In the case of small welding currents (thin pipe walls) high-quality ceramic materials such. B. pure A1208, ge suitable. However, they cannot withstand higher loads.
The invention therefore provides for a particular embodiment of the creation of pressure rollers composed of individual metal slats; the individual lamellae are thinner in the middle of the weld seam and become stronger towards the outside; they are from each other z. B. isolated by mica platelets. Non-magnetizable material should be given preference over ferromagnetic steel as the material for the lamellae. Austenitic steels have proven themselves well. 18 shows a pressure roller formed from such layers for angle welding, e.g. B. for the production of square tubes, the metal lamellas are denoted by 20 and the insulating layers by 21.
The layers are held together by a hub 22 and a number of screws 23.
It is not necessary that the deformation under the pressure rollers is complete. With advantage you can leave a residual deformation for a calibration following the welding. This can be supported by appropriately shaped pressure rollers, such as those shown in FIG. 19. A cambered Profilflä surface is formed by the pressure surface, which has the weak jump in angle a. This has the advantage that the Entfer, z. B. planing off the outer weld burr, is made much easier.
Pipes and profiles welded according to the present process have extraordinarily even and tight weld seams. The setting of the system when changing programs is easier to do and the reject rate is significantly lower than with known methods.