DE1085981B - Einrichtung zum Pressschweissen eingespannter Enden von im Verhaeltnis zu ihrer Breite duennen metallischen Baendern, die mit Hilfe eines Induktors durch Mittel- oder Hochfrequenzwaerme erhitzt und laufend einem Rohrschweiss-walzwerk zugefuehrt werden - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Preßschweißen eingespannter Enden von im Verhältnis zu ihrer Breite dünnen metallischen Bändern, die mit Hilfe eines Induktors durch Mittel- oder Hochfrequenzwärme erhitzt und laufend einem Rohrschweißwalzwerk zugeführt werden Den Rohrschweißwalzwerken wird bekanntlich der Bandstahl entweder bei Raum- oder Warmwalztemperatur zugeführt. In der Rohrbildungsstrecke wird das zugeführte Band zum Schlitzrohr geformt und anschließend nach Erwärmung und Zusammenpressen der einander gegenüberliegenden Bandkanten bei Schweißhitze zum fertigen Rohr geformt. Damit das Schweißwalzen kontinuierlich erfolgen kann, müssen die Enden der aufeinanderfolgenden Bänder vor dem Eintritt in eine solche Anlage aneinandergeschweißt werden. Ein voller Erfolg wird bei diesem Vorgehen nur dann erreicht, wenn die erzielte Festigkeit der Verbindung zweier Bandenden etwa derjenigen des Bandwerkstoffes entspricht.
• Man hat die Bandenden autogen oder elektrisch verschweißt oder -- wenn die Querschnitte dies zuließen -- das Abbrennschweißverfahren angewandt. Alle diese Verfahren erweisen sich jedoch für das Aneinanderschweißen von haspelfähigen Stahlbändern in festigkeits- oder fertigungstechnischer Hinsicht als unzureichend. Insbesondere ist die- Festigkeit so hergestellter Verbindungen nicht genügend groß, um die im Schweißwalzwerk geformten Rohre in einem nachgeordneten Streckreduzierwalzwerk auf kleinere Abmessungen zu bringen, auch wenn der dort angewandte Zug nur gering ist. Das Reißen der Querschweißnähte ist beim kontinuierlichen Arbeiten höchst unerwünscht und verursacht lang dauernde Betriebsunterbrechungen.
• Die Erfindung sucht diesen Mängeln zu begegnen. Sie bedient sich des zum Verbinden metallischer Bandenden bekannten Verfahrens des Preßschweißens mit f-Iochfrequenzerhitzung der Bandkanten durch Linieninduktoren, bezieht sich also auf eine Einrichtung zum Preßschweißen eingespannter Enden von im Verhältnis zu ihrer Breite dünnen metallischen Bändern, die mit Hilfe eines Induktors durch Hochfrequenzwärme erhitzt und laufend einem Rohrschweißwalzwerk zugeführt werden. Gegenstand der Erfindung ist eine Kombination von fünf Elementen, nämlich

  (a) im Bereich ihrer Stoßkanten an beiden Seiten der

  Bänder vorgesehene Paßstücke aus einem Werk-

  stoff mit etwa gleichem elektrischem Widerstand,

  aber wesentlich höherem Schmelzpunkt, als ihn

  der Bandwerkstoff aufweist,

  (b) Mittel zum Einspannen beider Bandenden, die mit

  Hilfe eines geeigneten Antriebes die Anpressung

  der Bandenden gegeneinander bei Warmverfor-

  mungstemperatur gestatten,

  (c) Mittel, die einegenaueEinstellung derStoßkanten an

  den Bandenden vor ihrer Einspannung ermöglichen,

  (d) Werkzeuge, durch die die Bandenden im Bereich

  der Stoßstelle auf gleiche Breite gebracht werden

  können und zur Durchführung dieser Bearbeitung,

  (e) einen Träger, an dem der Induktor beweglich be-

  festigt ist und der gleichzeitig Mittel trägt, mit

  deren Hilfe die bei der Preßschweißung ent-

  stehenden Schweißwülste entfernt werden können,

  und

  (f) Mittel zur Güte steigernden Überwalzung der

  Schweißnaht.

  Hiermit gelingt es, die Bandenden so schnell und zugleich finit so großer Festigkeit miteinander zu verschweißen, wie es die laufende Fertigung im Rohrschweißwalzwerk und insbesondere die Behandlung in einem nachgeschalteten Reduzierwalzwerk erfordert.
• Die unter (a) genannten Paßstiicke dienen dazu, den von den induzierten Strömen durchflossenen Leiter über das eigentliche Werkstück hinaus auszudehnen, damit die unvermeidlichen Randeffekte, die zu örtlich verminderter Erhitzung führen, aus den Bändern in die Paßstücke hineinverlegt werden. In dieser Weise verfährt man beim Härten beispielsweise von Schienen oder Zahnrädern, um bei induktiver Beheizung gleichmäßige Erwärmung zu schaffen. Bei der Einrichtung nach der Erfindung dient diese Maßnahme in Verbindung mit den übrigen Maßnahmen dazu, das Aneinanderschweißen der Bänder ohne Beeinträchtigung der Güte der Schweißnaht in möglichst kurzer Zeit durchführen zu können, also nicht darauf warten zu müssen, bis sich überall gleiche Temperatur durch Wärmeleitung innerhalb des Werkstückes eingestellt hat.
• Weitere Maßnahmen, die zur zweckim ßigen Ausgestaltulig der Einrichtung nach der Erfindung dienen und in den Patentansprüchen gekennzeichnet sind, sollen an Hand der nachstehend beschriebenen, in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele erläutert werden.
• In den Fig. 1 bi; 3 ist eine Schweißmaschine mit den Merkmalen der li-findutig schematisch dargestellt. und zwar zeigt Fi-. 1 einen Längsschnitt, Fig. ? einen Grundriß und Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie _=(-.1 in Fig. 1. Die weiteren Darstellungen zeigen schematisch verschiedene Anordnungen und --#,usfülirungeli von Indttktoreii. die an Einrichtungen nach der Erfindung <mwendl@ar sind, und zwar Fig. 4a einen Linieninduktor.
• Fig. 41i den StromN-erlauf iin Band ohne Paßstücke. Fig.4c den Stromverlauf mit Paßstiicken, Fig. -1d einen Linieninduktor in Verbindung mit je einem gegenüber angeordneten Querinduktor, Fig. 5 a und 5 b einen Induktor von Hufeisenforin finit geblätterten Eisenkernen, Fig. 5 c eine Draufsicht auf diesen Induktor, Fig. 5 d den Stromverlauf im Band, Fig.6a und 61) zwei beiderseits der Bänder ange-()rdnete Induktoren.
• Fig. 7a zwei den noch getrennten Bandenden gegenüher angeordnete Induktoren und Fig. 71) die gegeneinandergepreßten Bandenden nach seitlichem Ausfahren der Induktoren.
• 1acli<lein die zu verbindenden Bandkanten mit Hilfe einer nicht dar-estellten Vorrichtung genau winklig und einwandfrei geschnitten sind, wird das au: Filg. 1 erkennbare Band 1 in Pfeilrichtung 2 gegen einen Anschlag 3 gefahren, der zuvor in die dazu nötige Höhenlage gebracht «-orden ist. -Nachdem es finit Hilfe voll Hebeln 4 in genaue Mittellage gebracht ist. wird es durch Hochfahrer. von Backen 5 gegen einen hleinmtisch 6 in der gewollten Lage fest-"elialten_ Danach wird der Alisclil;tg 3 nach unten in die in Fig.l gezeichnete Stellung gefahren, so daß letzt ein zweites Band 7 in der eingetragenen Pfeilrichtung 8 so lan-e nach links bewegt werden kann, bi:ein Ende gegen das eingespannte Ende des ersten Balides 1 stößt. Durch Hebel 9, die den Hebeln 4 entsprechen, wird es ebenso wie das gegenüberliegende Band in die Mittellage gebracht und anschließend durch Hochfahren von Backen 10 gegen den darüber ,tli-cordneten hleinnitisch 11 gedrückt. Die Bandkanten stehen sich nun genau gegenüber. Wegen der Breitentoleratizen liegen die Längskanten des einen Bandes zu denen des anderen meist seitlich etwas versetzt. Da dies für die Herstellung der Schweißnähte unerwünscht ist, werden die aneinanderstoßenden Bandenden auf eine bestimmte. gewünschte Breite gebracht. Dies geschieht mit Hilfe voll auf einen] Support 14 angeordneten Stählen 12 und 13, die nach entsprechender Anstellung mittels einer Vorrichtung 15 seitlich an den Bandrändern vorbeibewegt werden und diese auf die gewünschte Breite schneiden. Dieses Bearbeiten der seitlichen Bandkanten ]in Bereich des Blechstoßes kann auch erst nach der Schweißung vorgenommen werden.
• _\'ach diesen vorbereitenden Arbeitsgängen wird eine Gabel 17 mit einem Induktor 16 quer über die Bandenden gefahren und der Induktor abgesenkt, sobald er genau über der Stoßstelle der Bandstirnkanten stellt. Der Strom wird hierauf eingeschaltet. um die Bandenden schnell auf Schweißtemperatur zu bringen. Sodann wird der Induktor 16 rasch wieder angehoben. und gleichzeitig wird die hleninivorrichtung 10. 11 gegen die hleninivorrichtung 5. 6 gefahren, uin die erhitzten Bandenden zusammenzupressen. Die beim Zusammenpressen entstandenen Schweißwülste werden durch an der Gabel 17 befestigte Stähle 18 bei der Verschiebung der Gabel beseitigt. Die Schweißnaht wird ferner durch Überwalzen mit hinter den Stählen angeordneten Rollen 20. 21 vergütet. Alle Arbeitsgänge können weitgehend automatisch geschehen.
• Mit Hilfe der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Maschine gelingt es. verhältnismäßig dünne Bänder bei Anwendung einer entsprechend hohen Frequenz miteinander einwandfrei zu verschweißen. Die Größe der Frequenz beträgt je nach Blechdicke etwa 10000 bis 100000 Hz. Der Verlauf des magnetischen Flusses ist in Fig. 4 a durch Linien 22 und der Verlauf der Induktionsströme in Fig. 41> durch eine Linie 23 angedeutet. Man erkennt aus Fig. 41>, daß die Induktionsströme 23 die seitlichen Randgebiete so ohne besondere Maßnahmen nicht ganz zu durchfluten vermögen und daß sich dort tote Zonen 24 ausbilden würden. Dies würde zur Folge haben, daß die Erwärmung bei 24 nicht in gleichem -Maße fortschreitet wie im übrigen Bereich der zti verschweißenden Baildkanten. Um die toten "Zonen 24 auszuschalten, wird an beiden Seitenkanten der mit ihren Stirnkanten alleinanderliegenden Bänder je ein Paßstück 25 angedrückt, so daß die Induktionsströme 23 den in Fig. 4 c dargestellten Verlauf nehmen. Die Paßstücke können, wie gezeichnet, einteilig oder auch zwecks besserer Anlage zweiteilig sein. Sie bestehen aus einem Werkstoff, der etwa gleichen elektrischen Widerstand wie das Blech hat, aber bei den angewandten Temperaturen noch nicht verschweißt. Sie können gemäß Fig.4a leitend miteinander verbunden sein. Auch zwei Querinduktoren 25' können gemäß Fig. 4 d vorgesehen werden. um der Ausbildung toter Zonen entgegenzuwirken.
• Mit zunehmender Banddicke können bei Verwendung eines Induktors nach Fig.4a bis 4d unerwünschte Ungleichförmigkeiten in der Teniperaturverteilmig auftreten. Insbesondere kann die Temperatur auf der dein Induktor abgewandten Bandoberfläche, wo sie stets geringer ist als auf der ihm zugewandten Oberfläche niedriger werden, als tragbar ist, mit der Gefahr, daß die Bandenden beim Zusaininentrefen nach der Seite des größeren Formänderungswiderstandes ausklicken. Diese Gefahr ist bei Verwendung eines Induktors nach Fig. 5 a bis 5 c vermieden. Dort ist der Induktor 16 schleifenartig, also wie ein Hufeisen. um die Bänder an der Stoßstelle herumgeführt, so daß svinmetrische Verhältnisse herrschen und die Stoßstelle gleichmäßig erhitzt wird. Die Gleichmäßigkeit der Erwärmung wird verbessert. wenn inan den Induktor 16 mit geblätterten Eisenkernen 26 versieht. Der mit diesem Indulztor erzielte Stromverlauf im Band ist in Fig. 5 d durch die Linie 27 angedeutet. Dazu sei bemerkt. daß ein derartiger Verlauf eine sorgfältige Auswahl der Frequenz voraussetzt.
• \1't dein Induktor nach Fig. 5 a bis 5 c wird auf die Bänder von beiden Seiten her eingewirkt. Das gleiche geschieht beim Ausführungsbeispiel nach Fig.6a und 61i, wo auf jeder Seite der Bänder 1 und 7 ein Induktor 16 angeordnet ist. Bei geeigneter Schaltung genügen naturgemäß gleichwohl zwei Stromzuführungen 28 und 29 für beide Induktoren. Die erwähnten toten Zonen werden in der gleichen Weise unschädlich gemacht, wie dies in Fig. 4c veranschaulicht ist. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 a und 7 b erfordert in maschineller Hinsicht einige geringe Abwandlungen im Aufbau der Schweißmaschine nach Fig. 1 bis 3. Denn die miteinander zu verschweißenden Kanten sollen hier schon erhitzt werden, bevor sie in Berührung miteinander gebracht sind. Die noch voneinander getrennt liegenden Stirnkanten der Bänder 1 und 7 werden durch Backen 30, 31 und 32, 33 festgeklemmt. Während der Erhitzung befinden sich die Induktoren 34 und 35 in der Lücke, die die Bandkanten miteinander bilden. Die Schenkel dieser Induktoren übergreifen die Bandkanten. Mit 36 und 37 sind die den Primärstrom führenden Leiter der Induktoren angedeutet. Die Linien 38 und 39 sollen den Verlauf des von den Primärströmen erzeugten Magnetfeldes veranschaulichen. Sind die Bandenden auf die nötige Temperatur erhitzt worden. so werden die Induktoren 34; 35, die auf einem quer beweglichen Schlitten angeordnet zu denken sind, ausgefahren und hierauf die Bandenden durch Näherung der Klemmbackenpaare30, 31 und 32, 33 in Berührung miteinander gebracht. Die Backen sind dort. wo die miteinander zu verschweißenden Bandkanten hervorragen, etwas abgeschrägt. Sie bilden mit den so geschaffenen Hohlräumen gewissermaßen die beiden Hälften eines Gesenkes, das geschlossen wird, wenn die Backenpaare gegeneinandergefahren werden und die Stellung nach Fig. 71) erreicht haben. Der Umstand, daß die Schweißnaht mit den Schweißwülsten in den Hohlraum 41 vollkommen eingeschlossen sind, liefert einen hohen Grad der Gleichförmigkeit der Schweißung.
• Abschließend sei bemerkt, daß es sich vor allem bei Verwendung von Induktoren gemäß Fig. 5a, 6a und 7a empfiehlt, Generatoren mit einstellbarer Frequenz zu benutzen, um stets in der Lage zu sein, mit optimaler Frequenz zu schweißen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Preßschweißen eingespannter Enden von im Verhältnis zu ihrer Breite dünnen metallischen Bändern, die mit Hilfe eines Induktors durch Mittel- oder Hochfrequenzw ärme erhitzt und laufend einem Rohrschweißwalzwerk zugeführt werden, gekennzeichnet durch (a) im Bereich- ihrer Stoßkanten an beiden Seiten der Bänder vorgesehene Paßstücke (25) aus einem Werkstoff mit etwa gleichem elektrischem Widerstand, aber wesentlich höherem Schmelz- punkt, als ihn der Bandwerkstoff aufweist, (b) Mittel (5, 6 bzw. 10, 11) zum Einspannen beider Bandenden (i, 7), die mit Hilfe eines geeigneten Antriebes die Anpressung der Bandenden ge- geneinander bei Warinverformungstemperatur gestatten. (c) Mittel (3, 4, 9), die eine genaue Einstellung der Stoßkanten an den Bandenden vor ihrer Ein- spannung ermöglichen, (d) Werkzeuge (12, 13), durch die die Bandenden im Bereich der Stoßstelle auf gleiche Breite ge- bracht werden können und (14, 15) zur Durch- führung dieser Bearbeitung, (e) einen Träger (17), an dein der Induktor (16) beweglich befestigt ist und der gleichzeitig Mittel (18) trägt, mit deren Hilfe die bei der Preßschweißung entstehenden Schweißwülste entfernt werden können, und (f) Mittel (20, 21) zur gütesteigernden Überwal- zung der Schweißnaht. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßstücke (25) leitend miteinander verbunden sind. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß gegenüber der dem Induktor (16) abgewandten Bandoberfläche im Bereich der Bandkanten quergestellte Zusatzinduktoren (25, 25') angeordnet sind. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Bandenden im Bereich der Stoßstelle mit Hilfe eines die Stoßstelle schleifenartig umfassenden Induktors erfolgt, der insbesondere in den Krümmungen mit geblätterten Eisenkernen (26) ausgerüstet ist. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Bandenden im Bereich der Stoßstelle mit Hilfe von zwei gegeneinander isolierten Induktoren (16 in Fig. 5a, 6a), von denen jeweils einer gegenüber jeder Bandbreitseite angeordnet ist, erfolgt. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhitzung der beiden eingespannten Bandenden getrennte Induktoren (34, 35) dienen, die in Arbeitsstellung die Bandkanten umfassen und seitlich ausfahrbar sind. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannbacken (30 bis 33) an ihren vorderen Stirnflächen so ausgebildet sind, daß sie während des Zusammenpressens der erhitzten Bandenden ein Gesenk (41) bilden. B. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag vorgesehen ist, der die genaue Einstellung der Induktoren (31, 32) gewährleistet. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere im Bereich der Bandkanten geblätterte Eisenkerne (26) vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1809468; französische Patentschrift Nr. 816363.