DE1057705B - Vorrichtung zum Widerstands-Laengsschweissen von Rohren oder anderen Gegenstaenden aus Metall - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Widerstands-Längsschweißen von Rohren oder anderen Gegenständen aus Metall.

Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Schweißen von Rohren in der Weise bekanntgeworden, daß das mit einem Längsschlitz versehene Rohr in der Längsrichtung vorwärts bewegt wird, während zugleich die Schlitzränder an einer im Schweißbereich liegenden Stelle durch äußeren Druck gegeneinandergepreßt und am Schweißpunkt zu dichter Anlage gebracht werden. Das Erhitzen der Schlitzränder auf Schweißtemperatur erfolgt dabei durch zwei an eine Stromquelle angeschlossene Elektroden bzw. Kontakte, von denen jeweils einer an einem Schlitzrand kurz vor dem Schweißpunkt angeordnet ist. Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, dabei einen Hochfrequenzstrom solcher Frequenz anzuwenden, daß der Weg des geringsten resultierenden Widerstandes bzw. der geringsten Impedanz zwischen den Elektroden bzw. Kontakten nach dem Schweißpunkt zu und von diesem weg den Schlitzrändern folgt.

In manchen Fällen, insbesondere bei Rohren von verhältnismäßig kleinem Durchmesser, besteht hierbei die Neigung, daß ein Teil des Stromes die Rohrwandung in der Umfangsrichtung durchfließt, anstatt den Schlitzrändern zu folgen. Es kann dabei vorkommen, daß die Lage des Schweißpunktes in der Bewegungsrichtung des Rohres sich ändert, wodurch sich Leistungsverluste und Unregelmäßigkeiten der Schweißung eirgeben. Diese Schwierigkeiten können entsprechend einem früheren Vorschlag durch Steigerung der Impedanz des Stromweges in der Umfangsrichtung verringert werden, indem in dem zu schweißenden Rohr oder in dessen Nähe in an sich bekannter Weise Magnetmaterial angeordnet wird, das bewirkt, daß die gesteigerte Impedanz dieses Stromweges den Hochfrequenzstrom noch mehr auf die Ränder des V-förmigen Schlitzes konzentriert und die Lage des kleinen an der Schweißstelle auftretenden Lichtbogens in größerem Ausmaß auf einen festen Punkt festlegt. Die Vorschub- bzw. Schweißgeschwindigkeit des Rohres kann hierdurch wesentlich gesteigert werden, wobei zugleich die Güte und Gleichmäßigkeit der Schweißung verbessert wird.

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung zum Widerstands-Längsschweißen von Metallrohren geschaffen werden, bei der das Magnetmaterial nicht nur in der Lage ist, den Stromfluß über die Rückseite des Rohres zu verhindern, sondern bei dem auch bei Anwendung von Hochfrequenzstrom von 100 bis 500 Kilohertz oder mehr keine wesentlichen Kraftverluste auftreten und eine übermäßige Erhitzung verhindert ist.

Demgemäß bestehen die wesentlichen Merkmale der Vorrichtung

zum Widerstands-Längsschweißen

von Rohren oder anderen Gegenständen

aus Metall

Anmelder:

Magnetic Heating Corporation,
New Rochelle, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Paap und. Dipl.-Ing. H. Mitscherlich,
Patentanwälte, München 22, Mariannenplatz 4

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. März 1956

Robert James Stanton, Brooklyn, N. Y.,

und Wallace C. Rudd, Larchmont, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Erfindung darin, daß das Magnetmaterial ein keramisches Material ist, das in einem von einer Kühlflüssigkeit durchflossenen Behälter angeordnet ist.

Die Anordnung von Magnetkernmaterial in einem von einem Kühlmittel durchströmten Behälter ist zwar in Verbindung mit Hochfrequenz-Induktionsheizeinrichtungen und Hochfrequenz-Zusatztransformatoren an sich bekannt. In Verbindung mit einem keramischen Magnetmaterial und der Widerstands-Längsschweißung von Rohren oder ähnlichen Gegenständen aus Metall ist sie aber neu und verhindert hierbei, daß das Magnetmaterial durch Strahlungshitze so stark erwärmt wird, daß es Risse erhält oder seine Temperatur über die Temperatur des Curiepunktes erhöht wird, wodurch seine Wirkung unterbunden wurde. Außerdem wird durch die Erfindung verhindert, daß die zur Kühlung verwendete Kühlflüssigkeit auf die erhitzten Schweißränder aufspritzen und das Magnetmaterial überspülen kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsformen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische schaubildliche Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 einen vertikalen Längsschnitt zu Fig. 1,
Fig. 3 und 4 Querschnitte nach den Linien 3-3 und 4-4 der Fig. 2,

90» 5ZIB5t

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Atisführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 6 und 7 Querschnitte nach den Linien 6-6 und 7-7 der Fig. 5.

In der Zeichnung ist das zu schweißende Rohr mit 10 bezeichnet. Es wird in der angedeuteten Pfeilrichtung durch eine Rohrwalze vorwärts bewegt, die zwei Druckrollen 11 und 12 aufweist, die zu beiden Seiten des Rohres im Bereich des Schweißpunktes w an dem Rohr derart angreifen, daß die gegenüberliegenden Ränder 13 und 14 des V-förmigen Schlitzes 15 fest gegeneinandergepreßt werden. Die Kontakte bzw. Elektroden, durch die der Hochfrequenzstrom den Schlitzrändern zugeführt wird, sind mit 16 und 17 bezeichnet und vorzugsweise als flüssigkeitsgekühlte Kontakte bzw. Elektroden ausgebildet. Sie sind ferner so angeordnet, daß sie das Rohr 10 bei dessen Vorwärtsbewegung im bestimmten Abstand vor dem Schweißpunkt iv gleitend berühren.

In Fig. 1 ist der V-förmige Schlitz 15 des Rohres der Übersichtlichkeit wegen im oberen Rohrteil liegend dargestellt, er könnte jedoch auch im unteren Rohrteil oder in einem der Seitenteile des Rohres liegen. Alle diese Möglichkeiten fallen in den Rahmen der \-orliegenden Erfindung.

Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, ist einer der Stäbe des Magnetkernmaterials 18 in einem aus einem Rohr gebildeten Behälter 19 angeordnet, der z. B. aus einem Kupferrohr besteht und vorzugsweise mit einem Schlitz 20 versehen ist, damit der in ihm induzierte Hochfrequenzstrom nicht in der Umfangsrichtung fließen kann. Der rohrförmige Behälter 19 kann auf einen Streifen Isoliermaterial 21 aufgesetzt sein, das bei geschlitztem Rohr 19 durch den Schlitz hindurchreichen und zugleich ein längsverlaufendes Stützlager 22 für den Kernstab 18 bilden kann. Um zu verhindern, daß der Kernstab 18 aus dem Rohr 19 herausgleitet, kann am Ende desselben ein beliebiges Sperrglied, z. B. ein Stift 23, angeordnet sein.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann im linken Ende des Behälterrohres 19 ein aus Isolierstoff bestehendes Verbindungsglied 24 angeordnet sein, durch das eine ein Kühlmittel zuführende Leitung 25 mit dem Behälterrohr 19 verbunden wird. Die Leitung 25 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, zugleich als Träger für den Magnetkernstab 18 und das Behälterrohr 19 ausgebildet sein. Wie ferner aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann die Leitung 25 von einstellbaren Stützannen 26 getragen sein, durch die der Kernstab 18 und dessen Behälter 19 sowohl in der Längsrichtung des Rohres 10 als auch quer hierzu gegenüber dem Schlitz 15 eingestellt werden können.

Die Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, gelangt durch die Leitung 25 und den Behälter 19 in den Zwischenraum 26 zwischen Kernstab 18 und der Wandung des Behälters 19 und tritt am rechten Ende des Behälterrohres 19 aus diesem in das Rohr 10 über, in dem sie zum Abfließen gebracht wird. Auf diese Weise werden der aus dem Kernmateria] bestehende Stab 18 und dessen Behälter 19 vor Schaden durch Überhitzen geschützt, wobei keine Gefahr besteht, daß das Kernmaterial den Curiepunkt erreicht oder überschreitet. Es hat sich ergeben, daß die Anwendung solchen Kernmaterials bei dieser Art der Hochfrequenz-Widerstandsschweißung für das erfolgreiche Schweißen von Rohren von verhältnismäßig geringem Durchmesser von wesentlicher Bedeutung ist und z. B. ein leichtes, gleichmäßiges und zuverlässiges Schweißen von Aluminiumrohren mit Durchmessern von etwa 1,6 cm mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 120 m pro Minute ermöglicht. Soweit bekannt ist, war es bisher nicht möglich, dünne Rohre dieser Art mit irgendwelchen vergleichbaren Methoden oder mit solch großer Geschwindigkeit zu schweißen.

Bei der beschriebenen Vorrichtung kann die Erwärmung am Schweißpunkt durch Längsverschiebung des Magnetkernes gegenüber der Stellung der Kontakte bzw. Elektroden und dem Schweißpunkt leicht geregelt werden. Außerdem kann durch die Einstellung des Kernes die Größe des inneren Schweißwulstes leicht geregelt werden. Das heißt, durch Änderung der Stellung des Kernes kann der Stromfluß an den miteinander zu verschweißenden Schlitzrändern so geändert werden, daß die Wege des stärksten Stromflusses mehr oder weniger auf die Schlitzränder begrenzt werden, wodurch der Grad der inneren Stauchung des Metalls entlang der Schweißlinie geändert

ao wird. Im allgemeinen ist dabei, wenn der Kern sich in einer von den Schlitzrändern entfernteren Lage befindet, die innere Stauchung gering und kann vernachlässigt werden, sie wächst aber an, wenn der Kern den Schlitzrändern genähert wird. Die zweckmäßigste Einstellung des Kernes in dieser Hinsicht kann für Rohre aus verschiedenem Metall und mit verschiedener Dicke durchaus unterschiedlich sein und wird vorzugsweise durch Versuche bestimmt. Bei dünnwandigen Rohren aus Stahl ermöglicht die Erfindung insbesondere die vollständige Schweißung der gegenüberliegenden Randflächen, ohne daß etwa an den Rändern eine sehr breite Wärmezone erzeugt wird.

Die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. S zeigt eine Anordnung, die ebenfalls die Vorteile der vorbeschriebenen Ausführungsform aufweist, zugleich aber bei Einhaltung der festen Lage der Stützglieder die Einstellung des magnetischen Kernelementes in der Längsrichtung ermöglicht. Dabei werden die Stützglieder für das Kernelement hinter dem Schweißpunkt zugleich als Halteglieder für eine Schleifvorrichtung verwendet, die dazu dient, Unregelmäßigkeiten an der Innenseite der Schweißnaht auszugleichen.

Nach Fig. 5 wird das Rohr 10' in der gleichen Weise wie das Rohr 10 nach Fig. 1 vorwärts bewegt. Die Druckrollen, von denen nur eine sichtbar ist, sind mit 12' bezeichnet, der Schweißpunkt liegt wieder bei w, und die Hochfrequenzkontakte sind bei 16' und 17' angedeutet. Das ferromagnetische Kernelement ist mit 18' bezeichnet und in einem Behälterrohr 19' angeordnet, das sich bis zu einem nicht dargestellten Stützlager an dem in Fig. 3 rechts dargestellten Ende erstreckt. Der Aufnahmebehälter 19' kann aus nichtmagnetischem Metall, z. B. Kupfer oder nichtrosten- dem Stahl, bestehen und ist bei 30 mit einem inneren Hohlraum versehen, der für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit dient, die von einer beliebigen Quelle aus in Richtung des Pfeiles 31 zugeführt wird. Diese Kühlflüssigkeit durchströmt den Raum 30 von rechts nach links und tritt durch einen Auslaß 32 in das Rohr 10' über.

Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich ist, kann das Behälterrohr 19' wiederum geschlitzt sein, wobei in den Schlitz ein Isolierstreifen, z. B. ein Nylonstreifen 21', eingreift, der verhindert, daß in der Nähe der Kontakte 16', 17' ein Stromfluß in der Umfangsrichtung des Rohres 19' erfolgt. Wie dargestellt, kann der Streifen 21' mit einem oberen Stützflansch 22' od. dgl. versehen sein, auf dem ein Gleitglied 33 für das Kernelement 18' verschiebbar gelagert ist. Das Gleitglied

Claims (8)

33 kann mit Kerben oder Nuten 34, 35 versehen sein, in die die beiden Enden des Kernelementes 18' eingreifen, so daß bei der Längsverschiebung des Gleitgliedes 33 in beliebiger Richtung auch das Kernelement 18' entsprechend verstellt wird. Zur Längseinstellung des Gleitgliedes 33 von außen her können beliebige Einstellmittel angeordnet sein. Zum Beispiel kann hierzu ein bei 36 angedeuteter Zahnstangentrieb dienen, der mit einem an dem Zahnrad angreifenden Handrad 36' versehen ist, dessen Welle sich durch den V-förmigen Schlitz 37 des Rohres 10' hindurch nach außen erstreckt. Im linken Teil der Fig. 5 und in Fig. 6 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 40 bezeichnete Rollen gruppe dargestellt, die in dem Rohr 10' eine Schleifvorrichtung bildet und an dem Endteil 41 des Aufnahmerohres 19' gelagert ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, greift die Rolle 43 an der Innenseite der Schweißnaht 42 an und wird in dieser Betriebslage durch ein unteres Rollenpaar 44 in dichter Anlage an der Schweißnaht gehalten. Von außen her greifen an dieser Stelle obere und untere Druckrollen 45 und 46 an dem Rohr 10' an. Bei der in Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausbildung kann der Magnetkern 18' in ähnlicher Weise wie nach Fig. 1 leicht eingestellt werden, wobei aber das Behälterrohr 19' zugleich ein richtdornartiges Glied bildet, durch das die im Rohrinnern angeordnete Schleifvorrichtung in der gewünschten Lage hinter dem Schweißpunkt gehalten wird. An Stelle der zuvor beschriebenen Rollengruppe können auch andere Schleif vorrichtungen angewendet werden. Auch können die lediglich zur Erläuterung der Erfindung dienenden speziellen Ausführungsformen, wie sie im einzelnen beschrieben sind, in mancherlei anderer Hinsicht abgeändert werden, ohne den durch die nachfolgenden Patentansprüche umrissenen Rahmen der Erfindung zu verlassen. Patentanspboche: 40

1. Vorrichtung zum Widerstands-Längsschweißen von Metallrohren, bei der die Ränder des in dem Rohr angeordneten Schlitzes bei der Vorwärtsbewegung einander genähert und am Schweißpunkt unter Bildung eines V-förmigen Schlitzes in gegenseitige Anlage gebracht werden und beiderseits des Schlitzes kurz vor dem Schweißpunkt an eine Hochfrequenzstromquelle angeschlossene Kontakte bzw. Elektroden sowie innerhalb des Rohres im Bereich der sich nähernden Schlitzränder und des Schweißpunktes Magnetkernmaterial angeordnet sind, durch das die Reaktanz der Stromwege zwischen den Kontakten bzw. Elektroden in der TJmfangsrichtung des Rohres und damit der Stromfluß an den Rändern des V-förmigen Schlitzes gesteigert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial (18., 18') ein keramisches Material ist, das in einem von einer Kühlflüssigkeit durchflossenen Behälter (19, 19') angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material die Form eines Stabes (18, 18') hat, der in dem zu schweißenden Rohr (10, 10') mit seinem ihn umgebenden Behälter (19, 19') verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial (18, 18') und sein Behälter (19, 19') auf einem Stützlager aufgelagert sind, das sich bis auf die dem Schweißpunkt (w) gegenüberliegende Seite der Kontakte bzw. Elektroden (16, 17 bzw. 16', 17') erstreckt und eine Einstellung des Magnetstabes gegenüber dem Schweißpunkt (ze/) ermöglicht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das Magnetmaterial (18, 18') umgebende Behälter aus einem Rohr (19,19') besteht, dessen Wandung zur Verringerung oder Verhinderung von Wirbelströmen Isoliermaterial enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das das Magnetmaterial (18, 18') umgebende Behälterrohr (19, 19') von einer Leitung (25) getragen ist, die zugleich zur Zuführung des Kühlmittels in das Behälterrohr (19, 19') dient.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial (18') auf ein Gleitglied (33) aufgesetzt ist, das zur Einstellung des Magnetmaterials durch von außen bedienbare Mittel (36, 36') in der Längsrichtung einstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetmaterial von einem in der Längsrichtung einstellbaren richtdornartigen Glied getragen ist, das sich innerhalb des zu schweißenden Rohres (10, 10') über den Schweißpunkt (w) hinaus erstreckt und an diesem Ende als Traglager für eine in dem Rohr (10, 10') angeordnete Schleifvorrichtung (40) dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das richtdornartige Glied durch das das Magnetkernmaterial umgebende Behälterrohr (19') gebildet ist und einen an eine Kühlmittelquelle angeschlossenen Längshohlraum für den Durchfluß des Kühlmittels aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 647981.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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