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Verfahren und Vorrichtung zur Nachbehandlung von elektrisch stumpfgeschweißten
Quernähten von Metallbändern, z. B. Bandeisen Es ist bekannt, elektrisch stumpfgeschweißte
Quernähte von Metallbändern, z. B. von Bandeisen, nach dem Schweißen und Stauchen
einer elektrischen Wärmebehandlung zu unterziehen, welche in einer von der Stumpfschweißmaschine
getrennten, besonderere Vorrichtung durchgeführt wird, in die das Metallband nach
dem Schweißen zur Durchführung der Nachbehandlung gespannt werden muß. Dabei sollen
die Schweißnähte einem Spannungsfreiglühen unterworfen werden. Ferner ist es auf
anderen Gebieten, nämlich für Stahlprofile, insbesondere Rohre, laelcannt, diese
unmittelbar nach der Schweißeng in einer elektrischen Stumpfschweißmaschine nochmals
auf elektrischem Wege zu erwärmen bzw. auszuglühen.
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Diese bekannten Vorschläge setzen, eine verhältnismäßig umständliche
Verfahrensweise voraus bzw. genügen meist nicht den die an Metallbänder gestellt
werden, welche zur fortlaufenden Herstellung von geschlossenen oder offenen Profilen
verwendet werden sollen. Bei der Profilformung sind die geschweißten Quernähte solcher
Metallbänder bzw. Bandeisen nämlich erheblichen Beanspruchungen unterworfen, die
in Verbindung mit den Festigkeitsunterschieden zwischen dem Nahtbereich einerseits
und den anschließenden Teilen des Metallbandes andererseits sowie den bisher nicht
in ausreichendem Maße zu beseitigenden Schrumpfspannungen während der fortlaufenden
Herstellung von Bandprofilen häufig zu Brüchen führen und daher nachteilige Betriebsstörungen
nach sich ziehen können.
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Die Erfindung geht zur Verbesserung der Nachbehandlung von elektrisch
stumpfgeschweißten Quernähten von Metallbändern, z. B. Bandeisen, für die fortlaufende
Herstellung geschlossener und. offener Profile von einem Verfahren aus, bei welchem
das Metallband im Bereich der Quernaht nach dem Schweißen und. Stauchen innerhalb
der Stumpfschweißmaschine einer nochmaligen, die Normalisierung des Gefüges herbeiführenden
Erhitzung unterworfen wird und kennzeichnet sich dadurch, daß in der Normalisierungshitze
die Schweißwulst innerhalb der Stumpfschweißmaschine - gegebenenfalls auf beiden
Bandseiten - zunächst nur auf einem Teil ihrer Höhe bis zur Bildung einer gegenüber
der Bandoberfläche um ein geringes Maß gleichmäßig überstehenden Rippe mechanisch
(z. B. durch Hobeln) abgearbeitet wird, welche nachfolgend in der gleichen Hitze
in die Bandebene h,inein:gepreßt wird. Hierdurch können sämtliche Verfahrensstufen
innerhalb der Stumpfschweißmaschine durchgeführt werden, so daß eine erhebliche
Vereinfachung und Beschleunigung des Arbeitsablaufes erreicht wird. Die mechanische
Bearbeitung erfolgt nach der voraufgegangenen Normalisierung des Gefüges im Bereich
der Schweißnaht in der Normalisierungshitze. Hierdurch ergibt sich der Vorteil,
daß für die mechanische Entfernung des oberen Teils der Schweißwulst, welche vorzugsweise
durch Hobeln erfolgen soll, ein wesentlich geringerer Kraftaufwand erforderlich
ist, der zu einer Einsparung an Werkzeugkosten führt. Die Bearbeitung der Schweißwulst
bei Normalisierungstemperatur bringt keine Risse oder Riefen mit sich, so daß ein
Reißen der Schweißstelle infolge Kerbwirkung vermieden wird. In vorteilhafter Weise
wird die Schweißwulst zunächst nur in ihrem oberen Bereich, und zwar bis zur Bildung
einer gegenüber der Bandoberfläche um einen geringen Betrag gleichmäßig überstehenden
Rippe, mechanisch abgearbeitet, welche nachfolgend in der gleichen Hitze in die
Bandebene hineingepreßt wird. Durch dieses in der Normalisierungshitze erfolgende
Einpressen bzw. Einwalzen einer geringen Wasserstoffmenge in die Bandoberfläche
ergibt sich, wie Versuche gezeigt haben, eine überraschend große Verbesserung der
Festigkeitseigenschaften der Schweißverbindung, so daß eine Angleichung an die Festigkeitswerte
im benachbarten Bandbereich eintritt. Metallographische Untersuchungen von Bandeisen-Quernähten
haben bei einem Ausgangsmaterial mit einer Zugfestigkeit von 45 kg/mm2 ergeben,
daß im Bereich der Bandnaht nur eine leichte, allmähliche Erhöhung der Zugfestigkeit
eintritt, deren Maximum nur etwa 54 kg/mm2 beträgt. Die Schweißnaht ist bei einer
300fachen Vergrößerung nicht mehr erkennbar.
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Das Verfahren nach der Erfindung wird, zweckmäßig in der Weise durchgeführt,
daß die als Spannbacken
ausgebildeten Elektroden nach dem Schweißen
und Stauchen zunächst gelöst, in der Ba.nd.längsrichtung unter Vergrößerung ihres
Abstandes relativ zueinander verschoben und erneut auf die Bandoberfläche aufgesetzt
werden, woraufhin anschließend nach der Erhitzung des Bandes im Bereich der Quernaht
auf Normalisierungstemperatur die Entfernung der Schweißwulst zwischen den Elektrodenbacken
quer zur Bandlängsrichtung verschieblich geführte, miteinander gekuppelte Nobel-
und Walzvorrichtungen erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich, die zum Stumpfschweißen
verwendeten, als Elektroden ausgebildeten Spannbacken auch zur Erzeugung der Wärme
für das Normalisieren der Schweißnaht zu verwenden. Ferner wird beim Einschalten
des Normalisierungsstromes über den gesamten. Bandquerschnitt ein gleichmäßiger
Stromfluß und damit eine gleichmäßige Erwärmung erzielt. Während des Schweiß- und
Stauchvorganges sind die Elektroden in geringem Abstand von der Schweißnaht mit
den Metallbandabschnitten verspannt, so da.ß auch dünne Bandabschnitte miteinander
verschweißt werden können. Während des nachfolgenden Normalglühens der Schweißnaht
sind die Elektrodenbacken unter einem größerem Abstand zur Schweißnaht auf die Bandoberfläche
aufgesetzt, so daß die Schweißwulst auf einfache Weise durch miteinander
gekuppelte, zwischen den Elektrodenbacken quer zur Bandlängsrichtung verschiebliche
Hobel- und Walzvorrichtungen entfernt werden kann. Hierbei wird zweckmäßig eine
solche Schaltung gewählt, bei welcher die miteinander gekuppelten Hobel- und Walzvorrichtungen
unmittelbar nach Erreichen der gewünschten Glühtemperatur automatisch in Bewegung
gesetzt werden.
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Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung ist vorteilhaft
derart ausgebildet, daß an einem quer zur Längsrichtung v erschieblichen Schlitten
Hobelmesser und Glättwalzen in. Arbeitsrichtung hintereinandergeschaltet sind.
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Die Erhitzung wird zweckmäßig über den oberen Umwandlungspunkt durchgeführt
und kann auf widerstandselektrischem oder induktivem Wege vorgenommen werden, wobei
die der Schweißstelle zugeführte Wärmemenge zweckmäßig regelbar ist.
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Wenn die Erfindung auch mit besonderem Vorteil bei der kontinuierlichen
Rohr- oder Profilherstellung anwendbar ist, so steht indessen nichts im Wege, Schweißnähte
von solchen Metallbändern oder Metallplatten, die anderen Zwecken dienen, ebenfalls
gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zu behandeln.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Es zeigt Fig.l das Schema einer Vorrichtung zur Herstellung von Rohren aus Bandeisen,
Fig. 2, 3, 4, 5, 6 und 7 die Vorrichtung gemäß der Erfindung während mehrerer Phasen
des Verfahrens in schematischer Ansicht, Fig. 2 a, 3 a, 4 a, 5 a, 6 a und 7 a die
Vorrichtung gemäß der Erfindung während mehrerer Phasen des Verfahrens schematisch
im Schnitt durch die Ebene der Schweißnaht.
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Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung ist auf einem
Block 1 eine Bandeisenrolle 2 drehbar gelagert. Die von der Bandrolle 2 abgewickelten
Bandeisenabschnitte 3 werden in der Stumpfschweißmaschine 4 mittels der als Elektroden
ausgebildeten Spannbacken 5 durch elektrische Stumpfschweißung an den Enden aneinandergeschweißt.
Zwischen den Spannbacken 5 ist schematisch eine quer zur Bandlängsrichtung verschiebliche,
die Schweißwulst auf der Ober- und Unterseite des Bandeisens 3 bearbeitende, miteinander
gekuppelte Hobel- und Glättwalzvorrichtung 6 angedeutet. Nach der im Bereich der
Stumpfschweißmaschine 4 durchgeführten Nachbearbeitung der Schweißnaht wird das
Bandeisen 3 durch eine Entzunderungsvorrichtung 7 hindurchgeführt und in einer Rohrformmaschine
8 zu einem Schlitzrohr gebogen, welches in der Schweißmaschine 9 geschlossen wird.
Dieses Rohr wird anschließend durch die Kalibriervorrichtung 10 hindurchbewegt und
auf der nachgeschalteten @orrichtung 11 mittels einer Säge in Abschnitte unterteilt.
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Die Fig.2 und 2a zeigen die Vorrichtung gemäß der Erfindung unmittelbar
vor dem Schweißen. Die miteinander zu verbindenden Bandeisena.hschnitte 3 und 3
a sind zwischen zwei in geringem Abstand voneinander angeordneten, als Elektroden,
ausgebildeten Spannba.ckenpaaren 5 und 5a eingespannt. Wie Fig. 2 erkennen läßt,
befindet sich die quer zur Bandlängsrichtung verschieblich angeordnete, miteinander
gekuppelte Hobel- und Glättvorrichtung 6 seitlich des in den Klemmbacken 5, 5a eingespannten
Bandeisens. Die Hobel- und Glättvorrichtung F besteht bei der in Fig. 2 a dargestellten
Ausführungsform aus einem quer zur Bandlängsrichtung in Bandebene verschieblichen
Schlitten 6a, an welchem Hobelmesser 12 und Glättwalzen 13 in Arbeitsrichtung hintereinandergeschaltet
angeordnet sind. Der Abstand a der die Schweißwulst an der Ober- und Unterseite
des Bandes bearbeitenden Hobelmesser 12 ist etwas größer bemessen als die Stärke
der Bandeisenabschnitte 3. 3a, so daß nach dem Hobeln von der Schweißwulst eine
beiderseits der Bandoberfläche gleichmäßig überstehende kleine Rippe verbleibt.
Der Abstand a der Hobelmesser 12 kann beispielsweise so bemessen sein, daß die senkrecht
zur Bandoberfäche gemessene Stärke der Restwulst 1/s bis 1/io der Bandstärke beträgt.
Es sind allerdings auch andere Bemessungen möglich. Wesentlich ist nur, daß eine
genügende Werkstoffmenge stehenbleibt, die bei dem nachfolgenden Glättvorgang in
die Bandebene eingepreßt wird. Der Abstand b der in den Schlitten 6 a drehbar gelagerten
Glättwalzen 13 entspricht der Stärke der Bandeisenabschnitte 3, 3a. Die Abstände
a und b
können der jeweiligen Bandstärke sowie den Werkstoffeigenschaften
des Bandmaterials entsprechend eingestellt werden.
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Nach dem Schweißen und Stauchen der Bandeisenabschnitte 3 und 3 a
werden - wie in Fig. 3 und 3 a dargestellt - die oberen Spannbacken 5 in Richtung
x von der Bandoberfläche abgehoben und - wie in Fig. 4 und 4 a dargestellt - ebenso
wie die noch an der Unterfläche der Bandabschnitte 3, 3 a anliegenden Spannbacken
5a unter Vergrößerung ihres Abstandes von der Schweißnaht 14 in Richtung y relativ
zueinanderbewegt.
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Die Hobel- und Glättvorrichtung 6, 12, 13 befindet sich - wie
Fig. 3 a und 4 a zeigen. - während dieser Bewegung der Spannbacken 5, 5 a in der
gleichen Stellung wie bei der in Fig. 2a dargestellten Arbeitsphase.
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Bei der in Fig. 5 und 5 a gezeigten Stufe des Verfahrens sind die
Bandenden 3, 3a wieder zwischen den Spannbackenpaaren 5, 25a eingespannt. Mittels
der als Elektroden ausgebildeten Backen 5, 5a wird der Bereich der Schweißnaht 14
durch Widerstandserwärmung zur Normalsierung des Gefüges bis über den oberen Umwandlungspunkt
erhitzt. Die Glühtemperatur bzw. die der Schweißnaht zugeführte
Wärmemenge
ist dabei den jeweiligen Werkstoffeigenschaften bzw. den Querschnittsabmessungen
des Metallbandes entsprechend einstellbar.
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Wie insbesondere Fig. 5 a zeigt, wird unmittelbar nach Erreichen der
gewünschten Normalisierungstemperatur die Hobel- und Glättwalzenvorrichtung 6a,
12, 13 quer zur Längsrichtung des Metallbandes bewegt, -,wobei die Stauchwulst der
Schweißnaht 14 durch die Hobelmesser 12 bis auf einen auf beiden Seiten der Bandoberfläche
gleichmäßig vorstehenden kleinen Rest abgehobelt wird und dieRestwulst durch die
Glättwalzen 13 unmittelbar anschließend, d. h. in der gleichen Hitze, in die Bandebene
eingepreßt wird.
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Wie Fig. 6 und. 6 a erkennen lassen, fährt der die Hobel- und Glättvorrichtung
tragende Schlitten 6 unmittelbar anschließend in Richtung z1 in seine Ausgangsstellung
zurück, während gleichzeitig die oberen Spannbacken 5 in Richtung x von der Bandoberfläche
abgehoben werden. Das Band 3 kann nunmehr aus der Vorrichtung herausgehoben und
weitertransportiert werden. Wie Fig. 7 und 7 a zeigen, fahren anschließend die Spannba,ekenpaare
5, 5 a in Richtung y, in die Schweißstellung zurück, während, gleichzeitig zwei
neue miteinander zu verschweißende Bandeisenenden. 14, 14c in die Vorrichtung eingelegt
werden.
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An Stelle der in Fig. 2 bis 7 und 2 a bis 7 a dargestellten Hobelmesser
12 können auch andere Vorrichtungen zum Abarbeiten der Schweißwulst Verwendung finden.
Die Verwendung von Glättwalzen 13 für das Einpressen. der Restwulst in die Bandebene
ist wegen der gleichmäßigen Glättung von Vorteil. Es ist jedoch auch möglich, die
Restwulst durch Preßbacken oder hammerartige Bewegungen ausführende Torrichtungen
in die Bandebene einzupressen.