DE1099665B - Method and arrangement for heating and welding together two metal parts, in which high-frequency current is supplied to the welded edges that are close to each other - Google Patents
Method and arrangement for heating and welding together two metal parts, in which high-frequency current is supplied to the welded edges that are close to each otherInfo
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Description
Verfahren und Anordnung zum Erhitzen und Zusammenschweißen von zwei Metallteilen, bei dem den in geringem Abstand voneinander verlaufenden Schweißrändern Hochfrequenzstrom .Method and arrangement for heating and welding two together Metal parts with the welded edges running at a small distance from each other High frequency current.
zugeführt wird Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Anordnungen bzw. Vorrichtungen zum Aneinanderschweißen von Metallteilen durch Widerstandserhitzung mittels elektrischen Hochfrequenzstromes, der den miteinander zu verschweißenden Metallrändern zugeführt und an diesen. entlanggeleitet wird. Unter anderem ist die Erfindung insbesondere zum Stumpfschweißen und zur Überlappungsschweißung der Enden bzw. Ränder von Stahlblechen oder Bandtnetall geeignet.The invention relates to a method and arrangements or devices for welding metal parts together by means of resistance heating by means of high-frequency electrical current, which is to be welded together Metal edges fed and attached to them. is passed along. Among other things is the Invention in particular for butt welding and for overlap welding of the ends or edges of sheet steel or strip metal are suitable.
Es ist bereits bekannt, die mit geringem Abstand parallel zueinander verlaufenden Ränder von zwei Metallblechstücken dadurch auf Schweißtemperatur zu erhitzen, daß eine Hochfrequenzstromquelle derart angeschlossen wird, daß der Strom an dem Rand des einen Stückes entlang bis zu dessen Ende fließt, dann zu dem entsprechenden Ende des anderen Stückes übergeleitet und an dessen Rand entlang zu der Stromquelle zurückgeführt wird. Dabei sollten die in entgegengesetzter Richtung an den beiden nahe beieinander verlaufenden Rändern fließenden Hochfrequenzströme durch gegenseitige Induktion an den zu verschweißenden Flächen der Ränder derart konzentriert werden, daß die Schweißränder auf die genaue Schweißtemperatur erhitzt werden; der Strom sollte dann abgeschaltet und die erhitzten Ränder gegeneinandergepreßt werden. In Abänderung dieses Verfahrens ist ferner bekanntgeworden, die Hochfrequenzströme in derselben Richtung an den beiden parallel -zueinander verlaufenden Rändern der Metallstücke entlangzuführen und an diesen durch einen Stromleiter zu konzentrieren, der zwischen den Rändern angeordnet ist und an dem der Strom in der entgegengesetzten Richtung fließt. Soweit bekannt, haben diese Verfahren jedoch bisher keine praktische Anwendung gefunden und wurden. bei der Durchführung von Versuchen aus den nachstehenden Gründen auch als praktisch unbrauchbar befunden. Obwohl der bekannte Skineffekt (Hautwirkung) bei Hochfrequenzstrom an sich den Stromfluß auf die miteinander zu verschweißenden Ränder konzentriert, trat diese bei den bekannten Vorschlägen als vorteilhaft vermutete Wirkung nicht mit genügender Gleichmäßigkeit ein. Zwar wurden die Enden der Schweißränder auf Schweißtemperatur erhitzt, der Stromfluß wurde aber zwischen diesen Enden nicht genügend auf die Ränder konzentriert. Wenn daher diese mittleren Teile der Schweißränder auf Schweißtemperatur erhitzt werden sollten, so wurden die Endteile der Schweißränder, an denen der Strom konzentrierter ist, überhitzt und infolgedessen für eine gute Schweißung zu weich. Dieser Übelstand trat insbesondere bei verhältnismäßig langen Schweißrändern auf, war jedoch bei Versuchen auch für Schweißränder feststellbar, die nicht länger als 1 oder 2 Zoll waren. Eine weitere Schwierigkeit ergab sich aus dem Umstand, daß beim Erhitzen der Schweißränder auf Schweißtemperatur und insbesondere bei dem erläuterten ungleichmäßigen Erhitzen ein derart starkes Werfen der Randteile auftrat, daß beim Zusammenpressen der Ränder bzw. Verschweißen die Schweißzone wellig wurde und störende Höcker und Täler aufwies. Auch sollte nach den bekannten Verfahren Hochfrequenzstrom von 30 kHz angewendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei dieser Frequenz die gegenseitige Induktion zwischen den den Heizstrom führenden Rändern nicht eine solche Stromkonzentration in den Rändern hervorzurufen vermag, daß entweder die tatsächlichen Randflächen der zu verschweißenden Ränder wirksam erhitzt werden oder eine Erwärmung und Erweichung des Metalls hinter den Rändern und damit das Werfen und sonstige störende Beeinflussungen bei Aufrechterhaltung einer für ein einwandfreies Schweißen genügenden Festigkeit bzw. »Stützwirkung« des hinter dem eigentlichen Schweißrand anstehenden Metalls vermieden werden.It is already known that the closely spaced parallel to each other running edges of two pieces of sheet metal thereby to the welding temperature heat that a high frequency power source is connected in such a way that the current flows along the edge of one piece to its end, then to the corresponding one Passed over the end of the other piece and along its edge to the power source is returned. Doing so should work in the opposite direction on the two close to each other running edges high frequency currents flowing through mutual Induction can be concentrated on the edges to be welded in such a way that that the welding edges are heated to the exact welding temperature; The current should then be turned off and the heated edges pressed against each other. In Modification of this process has also become known to the high frequency currents in the same direction on the two parallel edges of the To guide pieces of metal along and to concentrate them by means of a conductor, which is located between the edges and where the flow in the opposite Direction flows. However, as far as is known, these methods have so far not been practical Application found and were. when performing experiments from the following Reasons also found to be practically useless. Although the well-known skin effect (Skin effect) with high frequency current in itself the current flow towards each other Concentrated welded edges, this occurred in the known proposals as beneficial presumed effect does not have sufficient uniformity. True were the ends of the welding edges heated to welding temperature, but the current flow was not sufficiently concentrated on the edges between these ends. Therefore, if this middle parts of the welding edges should be heated to welding temperature, so the end parts of the welding edges, where the current is more concentrated, overheated and consequently too soft for a good weld. This evil occurred in particular with relatively long weld seams, but was at Also try noticeable for weld lines that are no longer than 1 or 2 inches was. Another problem arose from the fact that when heated the welding edges to welding temperature and in particular in the case of the uneven one explained Heating such a strong warping of the edge parts occurred that when pressed together the edges or welding the welding zone became wavy and annoying bumps and Had valleys. According to the known method, a high-frequency current of 30 kHz can be applied. However, it has been shown that at this frequency the mutual Induction between the edges carrying the heating current does not result in such a current concentration in the edges can cause either the actual edge surfaces the edges to be welded are effectively heated or a heating and softening of the metal behind the edges and thus the throwing and other disturbing influences while maintaining sufficient strength for perfect welding respectively. "Supporting effect" of the metal behind the actual welding edge is avoided will.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können diese Nachteile völlig vermieden werden, wenn der Strom entlang den Metallteilen wenigstens zum Teil unter Vermittlung von in Berührung mit ihnen dicht an den Schweißrändern verlaufenden leitenden Elementen geleitet wird, wobei der Stromweg von dem einen Ende des einen dieser Elemente teilweise an diesem Element entlang und teilweise an dem Rand des von ihm berührten Metallteiles zu dem anderen Ende dieses Elementes verläuft, dann auf das benachbarte Ende des anderen Elementes übertritt und teilweise an diesem anderen Element und teilweise an dem Rand des von ihm berührten Metallteiles entlang zurück zu der Stromquelle führt.According to the present invention, these disadvantages can be completely avoided be when the current along the metal parts at least partially under mediation of conductive elements running in contact with them close to the welding edges is conducted with the current path from one end of one of these elements partially along this element and partially along the edge of the metal part it touches runs to the other end of this element, then to the adjacent end of the other element crosses over and partly on this other element and partly along the edge of the metal part it touched back to the power source leads.
Es ist zwar bereits eine Widerstandsschweißmaschine bekanntgeworden, bei welcher der Stromfluß durch leitende Elemente beeinflußt wird. Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Maschine die zu verschweißenden Teile während der Sehweißung eine Vorschubbewegung ausführen, wird die Zusammend:rängung des Stromes aber nicht durch den Hochfrequenz-Nachbarschaftseffekt erzielt, sondern durch leitenden Kontakt zwischen den Schweißkanten. Dieser ist aber völlig unbestimmt, so daß das Ergebnis nicht ausreichend ist.A resistance welding machine has already become known, in which the current flow is influenced by conductive elements. Apart from this, that in this known machine the parts to be welded during the Sehweißung perform a feed movement, the compression of the current will not achieved by the high frequency neighborhood effect, but by conductive contact between the weld edges. But this is completely indeterminate, so that the result is not sufficient.
Nach der vorliegenden Erfindung können die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen auch dadurch vermieden werden, daß der Strom entlang den Rändern der Metallteile geleitet und an den Schweißrändern konzentriert wird, indem magnetische Massen mit einem niedrigen Verlustfaktor in geringem Abstand von den Metallteilen und etwas hinter den Rändern derselben angeordnet werden.According to the present invention, the disadvantages of the known Methods and devices can also be avoided by keeping the stream along is routed to the edges of the metal parts and concentrated at the weld edges, by placing magnetic masses with a low dissipation factor at a small distance from the metal parts and a little behind the edges of the same.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn aus Material mit höherem Leitungsvermögen, z. B. aus Aluminium oder Kupfer, bestehende, vorzugsweise starre Elemente in Form von Stäben oder Platten in Längsberührung mit den im Abstand voneinander verlaufenden Rändern der miteinander zu verschweißenden Stücke derart angeordnet werden, daß sie etwas hinter den Randflächen verlaufen. Die Hochfrequenzquelle, die vorzugsweise einen Strom mit einer Frequenz in der Größenordnung von 100 kHz oder mehr liefert, wird dabei so angeschlossen, daß der Strom dem einen Ende des einen Elementes zugeführt wird, dann diesem Element entlang zu dessen anderem Ende fließt, dort auf das entsprechende Ende des anderen Elementes übergeleitet wird und von da an diesem Element entlang zu einem Anschluß der Stromquelle zurückfließt. Der Strom in diesen Elementen oder Platten, deren gegenüberliegende Ränder in verhältnismäßig geringem Abstand, jedoch vorzugsweise etwas weiter voneinander angeordnet sind als die miteinander zu verschweißenden Metallränder, wird infolge der gegenseitigen Induktion an die Ränder der Elemente gedrängt, wobei er teilweise auf die Ränder des zu verschweißenden Metalls übergeleitet wird. Der Strom wird dabei ist einem solchen Ausmaß gleichmäßig auf die Schweißränder konzentriert, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Erhitzung der Randflächen eintritt und beim Abschaltest des Stromes und Gegeneinanderpressen der Schweißränder eine gute Schweißung erreicht wird, auch dann, wenn die Schweißnaht verhältnismäßig lang ist. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn gemäß einer weiteren Form der Erfindung die Ränder der starren Elemente oder Platten so geformt oder an verschiedenem Stellen derart unterbrochen sind, da.ß die Impedanz für den in ihnen fließenden Hochfrequenzstrom sich von Stelle zu Stele ändert, und zwar derart, daß an Stellen, an denen sich Wärmepunkte bilden können, eine geringere Erhitzung stattfindet, und an Stellen, an denen zu befürchten ist, daß die Schweißränder zu kühl bleiben, eine größere Erhitzung erreicht wird.A preferred embodiment of the invention arises when from Higher conductivity material, e.g. B. made of aluminum or copper, existing, preferably rigid elements in the form of rods or plates in longitudinal contact with the spaced-apart edges of the edges to be welded together Pieces are arranged so that they run slightly behind the edge surfaces. The high frequency source, which is preferably a current with a frequency of the order of magnitude of 100 kHz or more, is connected in such a way that the current is supplied to the one End of one element is fed, then along this element to the other End flows, there transferred to the corresponding end of the other element and from there flows back along this element to a connection of the power source. The current in these elements or plates, their opposite edges in proportion a small distance, but are preferably arranged somewhat further from each other than the metal edges to be welded together, is due to the mutual Induction pushed to the edges of the elements, being partially on the edges of the metal to be welded is passed over. The electricity is there is one to such an extent evenly concentrated on the weld edges that one substantially uniform heating of the edge surfaces occurs and when the current is switched off and pressing the weld edges against each other a good weld is achieved, too when the weld seam is relatively long. The best results will be achieved when, according to a further form of the invention, the edges of the rigid elements or panels are shaped or interrupted at various points in such a way, that the impedance for the high-frequency current flowing in them changes to stele changes, in such a way that in places where hot spots are formed can, less heating takes place, and in places where to be feared is that the welding edges remain too cool, a greater heating is achieved.
In der erläuterten Weise ist es durch die Erfindung möglich, beispielsweise Ränder von Stahlblechen oder aneinanderstoßende Ränder von Bandmetall od. dgl. mit wesentlich besserer Güte miteinander zu verschweißen, als dies bisher erreicht werden konnte. Die Erhitzung auf Schweißtemperatur ist dabei so wirksam und so gleichmäßig auf die tatsächlichen Randflächen der Schweißränder konzentriert, daß diese Flächen bei Schweißtemperatur nur auf eine Tiefe von einigen tausendstel Zoll erweicht werden mit dem Erfolg, daß die kristallinische Struktur des Metalls in einem solchen Ausmaß erhalten bleibt, daß in einen Querschnitt durch die Schweißnaht die Lage derselben nur schwer feststellbar ist. Das obenerwähnte nachteilige Werfen ist dabei vermieden, weil die Erhitzungszone engstens auf die Schweißnaht begrenzt ist und die stromleitenden Elemente oder Platten die miteinander zu verschweißenden Metallstücke zugleich dicht an der Schweißnaht halten.In the manner explained it is possible by the invention, for example Edges of sheet steel or abutting edges of strip metal or the like. With to weld together much better quality than has been achieved so far could. The heating to welding temperature is so effective and so even focused on the actual edge surfaces of the weld edges that these surfaces softened to a depth of only a few thousandths of an inch at welding temperature with the success that the crystalline structure of the metal to such an extent what remains is that the position of the same in a cross section through the weld seam difficult to determine. The aforementioned disadvantageous throwing is avoided, because the heating zone is narrowly limited to the weld seam and the electrically conductive ones Elements or plates seal the metal pieces to be welded together at the same time hold on to the weld.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden dicht hinter den zu schweißenden. Ränderst und im Abstand von denselben eine oder mehrere Massen aus magnetischem Material angeordnet, die zur Steigerung der Impedanz der in geringen Abstand von den zu schweißenden Rändern entlanglaufenden Stromwege dienen und auf diese Weise bewirken, daß der Strom an oder so dicht an den Randflächen entlangfließt, daß die erforderliche gleichmäßige Erhitzung der Schweißränder ermöglicht wird. Zur Sicherung besonders günstiger Ergebnisse ist es bei der Anwendung von Hochfrequenzstrom in der Größenordnung von 100 kHz oder mehr zweckmäßig, daß die aus magnetischem Material bestehende Masse oder die Massera im wesentlichen isolierender Natur sind und unter anderem einen hohen spezifischen Widerstand sowie eine gute Permeabilität haben. Ferner werden vorzugsweise Mittel angewendet, durch welche die Schweißränder, nachdem sie gegeneinandergepreßt sind, gegeneinander verspannt und in der zur Vermeidung des Werfens oder Aufbauchens erforderlichen genauen gegenseitigen Lage gehalten werden.According to a further advantageous embodiment of the invention close behind those to be welded. At the edges and at a distance from them one or several masses of magnetic material arranged to increase the impedance the current paths running at a short distance from the edges to be welded serve and in this way cause the current to be at or so close to the edge surfaces flows along that allows the required uniform heating of the weld edges will. To ensure particularly favorable results, it is advisable to use High frequency current on the order of 100 kHz or more is appropriate that the A mass consisting of a magnetic material or a substantially insulating mass Are nature and, among other things, have a high specific resistance and a good one Have permeability. Furthermore, means are preferably used by which the welding edges, after they are pressed against one another, braced against one another and in the precise mutual manner necessary to avoid throwing or bulging Can be held.
Die Erfindung ist besonders geeignet zum sicheren und glatten Stumpfschweißen der Enden von Stahlstücken in den Beizbädern in Stahlwerken oder bei W alzwerkstraßen oder zur Herstellung von zusammenhängenden Metallbändern oder -streifen, aus denen Rohre gebildet werden sollen, Auch können durch Anwendung der Erfindnung die Ränder oder Flächen von Stahlplatten einwandfrei und glatt zusammengeschweißt werden. Außerdem können bei Anwendung der Erfindung auch andere Metalle als Eisen oder Stahl geschweißt werden, z. B. Aluminium oder Kupfer hoher Leitfähigkeit, die bei Anwendung von Induktionserhitzung zurrt Schweißen nicht einwandfrei erhitzt werden. können. Schließlich ist die Erfindung auch zum Zusammenschweißen von Metallteilen geeignet, die aus verschiedenem Metall bestehen und verschiedene Schweißtemperaturen erfordern.The invention is particularly suitable for safe and smooth butt welding the ends of pieces of steel in the pickling baths in steelworks or on rolling mill lines or for the production of coherent metal bands or strips from which Tubes are to be formed, also by applying the invention the edges or surfaces of steel plates are welded together perfectly and smoothly. aside from that Metals other than iron or steel can also be welded using the invention be e.g. B. Aluminum or copper of high conductivity when using induction heating welding is not properly heated. can. Finally there is the invention also suitable for welding together metal parts made of different metals and require different welding temperatures.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Anordnung zur Durchführung der Erfindung in einer der möglichen Ausführungsformen, Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, Fig. 3 einen senkrechten Schnitt zu Fig, 2, Fig.4 eine schaubildliche Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig.5 eine schaubildliche Ansicht von Teilen der Ausführungsform nach Fig. 4 in der Stellung, die sie während des Erhitzungsvorganges einnehmen, Fig.6 einen senkrechten Schnitt durch eine der Fig.4 entsprechende Ausführungsform, bei der die einzelnen Teile ebenfalls in der Stellung dargestellt sind, die sie beim Erhitzen einnehmen, Fig.7 eine der Fig.6 entsprechende Darstellung, bei der die einzelnen Teile jedoch in der Stellung gezeigt sind, die sie beim Schweißvorgang einnehmen, Fig. 8 einen Teilschnitt für eine Ausführungsform nach Fig.6, die jedoch zum Überlappungsschweißen dient, und Fig.9 eine der Fig.8 entsprechende Darstellung der Teile nach beendeter Überlappungssehweißung. Nach Fig. 1 der Zeichnung sind zwei Metallstreifen 10, 11, die beispielsweise aus verhältnismäßig breitem und dünnem Stahl bestehen, mit ihren Rändern 12, 13 dicht beieinander angeordnet. An diesen Rändern sollen die Metallstreifen 10, 11 miteinander verschweißt werden. Mit 14 und 15 sind zwei Platten oder Stäbe bezeichnet, die aus Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Aluminium oder Kupfer, oder anderem Material bestehen, das vorzugsweise eine höhere elektrische Leitfähigkeit hat als das Metall der miteinander zu verschweißenden Teile 10, 11. Die Stäbe oder Platten 14,15 sind verhältnismäßig starr ausgebildet und so angeordnet, daß sie die Streifen 10, 11 mit Anpreßdruck berühren und sie nach unten fest auf eine Unterlagsfläche aufpressen, die eine isolierte Stützfläche aufweisen kann. Die Platten oder Stäbe 14, 15 können auch unter den Metallstreifen 10, 11 angeordnet sein. Die Stirnränder 16,17 der starren Glieder 14, 15 sind verhältnismäßig dicht beieinander angeordnet, liegen aber, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, etwas hinter den Rändern 12, 13, an denen die Metallstreifen 10, 11 miteinander verschweißt werden sollen. Der Abstand der Ränder 16, 17 sowie der Ränder 12, 13 ist in der Zeichnung der Deutlichkeit halber etwas größer dargestellt, als er in Wirklichkeit ist. Die Ränder 16 und 17 sollen so weit hinter den Rändern 12, 13 angeordnet sein, daß sie nicht mit Teilen der Ränder 12, 13 in Berührung kommen, die leicht erhitzt werden und beim Erhitzen auf Schweißtemperatur erweichen.Further features of the invention emerge from the following description with reference to the drawing. 1 shows a schematic top view of an arrangement for carrying out the invention in one of the possible embodiments, FIG. 2 shows a diagrammatic representation of a further preferred embodiment, FIG. 3 shows a perpendicular section to FIG. 2, FIG. 4 shows a diagrammatic representation another embodiment of the invention, FIG. 5 a perspective view of parts of the embodiment according to FIG. 4 in the position which they assume during the heating process, Parts are also shown in the position they occupy during heating, Fig.7 a representation corresponding to Fig.6, but in which the individual parts are shown in the position they occupy during the welding process, Fig. 8 is a partial section for a Embodiment according to FIG. 6, which, however, is used for lap welding, and FIG. 9 shows an illustration of FIG. 8 corresponding to FIG Parts after the overlap welding is finished. According to Fig. 1 of the drawing, two metal strips 10, 11, which for example consist of relatively wide and thin steel, are arranged with their edges 12, 13 close to one another. The metal strips 10, 11 are to be welded to one another at these edges. With 14 and 15 two plates or rods are referred to, which are made of material of high electrical conductivity, for. B. aluminum or copper, or other material, which preferably has a higher electrical conductivity than the metal of the parts 10, 11 to be welded together , 11 touch it with contact pressure and press it down firmly onto a base surface, which can have an insulated support surface. The plates or rods 14, 15 can also be arranged under the metal strips 10, 11. The front edges 16, 17 of the rigid members 14, 15 are arranged relatively close to one another, but, as can be seen from the drawing, lie somewhat behind the edges 12, 13 at which the metal strips 10, 11 are to be welded together. The distance between the edges 16, 17 and the edges 12, 13 is shown somewhat larger in the drawing for the sake of clarity than it is in reality. The edges 16 and 17 should be arranged so far behind the edges 12, 13 that they do not come into contact with parts of the edges 12, 13 which are slightly heated and soften when heated to welding temperature.
Mit 18 ist eine Hochfrequenzquelle bezeichnet, deren Klemmen bei 19 und 20 an die starren Glieder 14, 15 angeschlossen sind. Die anderen Enden dieser Glieder sind durch einen elektrischen Leiter 21 miteinander verbunden, dessen Klemmen bei 22, 23 mit den Gliedern 14 und 15 verbunden sind. Auf diese Weise ist ein Stromkreis gebildet, der von der Hochfrequenzstromquelle über das eine starre Glied 14 zu dessen anderem Ende, dann auf das andere Ende des anderen starren Gliedes 15 und von da zurück zu der anderen Klemme der Hochfrequenzquelle führt. Da die Ränder 16 und 17 verhältnismäßig dicht beieinander angeordnet sind, fließt der Hochfrequenzstrom bzw. der Teil des Stromes, der in den starren Gliedern 14, 15 entlanggeht, statt in die zu verschweißenden Glieder 10 und 11 überzutreten, dicht an den Rändern 16 und 17 entlang. Da aber diese Glieder 14 und. 15 mit den zu verschweißenden Teilen 10, 11 in Berührung stehen, und zwar in Druckberührung, gehen beträchtliche Teile des Stromes in die zu verschweißenden Teile 10, 11 über, und da die Ränder 12 und 13 sehr dicht beieinander angeordnet sind, wird der Strom an diesen Rändern stark konzentriert.With a high frequency source is designated, the terminals at 19 and 20 to the rigid members 14, 15 are connected. The other ends of this Links are connected to one another by an electrical conductor 21, the terminals of which at 22, 23 with the members 14 and 15 are connected. This is how a circuit is formed by the high frequency power source via the one rigid member 14 to the latter other end, then to the other end of the other rigid link 15 and from there leads back to the other terminal of the high-frequency source. Since the edges 16 and 17 are arranged relatively close together, the high-frequency current flows or the part of the current which goes along in the rigid members 14, 15 instead to pass over into the links 10 and 11 to be welded, close to the edges 16 and 17 down. But since these members 14 and. 15 with the parts to be welded 10, 11 are in contact, and indeed in pressure contact, considerable parts go of the current in the parts to be welded 10, 11, and there the edges 12 and 13 are very close together, the current will be strong at these edges concentrated.
In vielen Fällen können gute Ergebnisse erreicht werden, wenn bei der Anordnung nach Fig. 1 die Ränder 16 und 17 gerade verlaufen und gleichmäßigem Abstand voneinander haben. Wegen des Nachbarschaftseffektes wird der in den Metallteilen 10 und 11 fließende Strom stark an den Rändern 12 und 13 konzentriert. In vielen Fällen wird er dabei auch genügend gleichmäßig sein, um eine befriedigende Schweißung zu ermöglichen, wenn die Ränder nach dem Erhitzen auf Schweißtemperatur und dem Abschalten des Stromes gegeneinandergepreßt werden. Wenn dagegen die leitenden Glieder 14 und 15 nicht angeordnet wären, so könnte dies nicht erreicht werden.In many cases, good results can be achieved when at the arrangement of FIG. 1, the edges 16 and 17 are straight and even Have a distance from each other. Because of the neighborhood effect, that becomes in the metal parts 10 and 11 flowing current strongly concentrated at the edges 12 and 13. In many In some cases, it will also be uniform enough to produce a satisfactory weld to allow when the edges after heating to welding temperature and the Switching off the current are pressed against each other. If on the other hand the leading members 14 and 15 were not arranged, this could not be achieved.
In vielen Fällen kann es aber bei der Anordnung nach Fig. 1 und gerade verlaufenden Rändern 16 und 17 auch vorkommen, daß Teile der Ränder 12 und 13 überhitzt werden, während andere Teile der Ränder noch zu kühl bleiben, um eine gleichmäßige Schweißung zu gewährleisten. Diese Schwierigkeit kann leicht durch Anwendung eines weiteren wesentlichen Merkmales der Erfindung vermieden werden, das einen überraschenden Effekt erbringt. Wenn z. B. Teile der Ränder 12, 13, die an oder nahe der mit dem Bezugszeichen 25 bezeichneten Stelle liegen, zu kühl bleiben sollten, nachdem andere Stellen bereits die Schweißtemperatur erreicht haben, so kann diese Wirkung ausgeglichen werden, indem bei 27 und 28 in den Rändern der starren Glieder 14 und 15 Ausnehmungen b zw. Einbuchtungen angeordnet werden. Wenn andererseits Teile der zu verschweißenden Ränder, beispielsweise bei 29 und 30, zu heiß werden würden, bevor andere Teile die Schweißtemperatur erreichen, so kann dieser Schwierigkeit dadurch begegnet werden, daß die Ränder 16 und 17 mit Vorsprüngen 31, 32 versehen werden. Die Einbuchtungen und Ausnehmungen 27, 28 bewirken, daß die Impedanz des Hochfrequenzstromes, der in den Elementen 14, 15 fließt, beim Vorbeifließen an diesen Ausnehmungen bzw. Einbuchtungen gesteigert wird, so daß der Stromfluß in diesen Elementen Wegen folgt, die etwas weiter von den Randteilen 25, 26 entfernt liegen als an anderen Stellen. Es könnte hieraus gefolgert werden, daß die Konzentration des Stromes in den Randteilen 25, 26 herabgesetzt wird, wodurch diese Teile selbst bei Anwendung größerer Erhitzung weniger erhitzt werden. Ebenso wird an den vorspringenden Bereichen 31, 32 der in den starren Gliedern 14, 15 fließende Strom dichter an die Randteile 29 und 30 gedrängt, wobei man normalerweise annehmen könnte, daß an diesen Teilen mehr Strom fließt und diese Teile, obwohl sie bereits überhitzt sind, weiter erhitzt würden. Da aber die Ausnehmungen 27 und 28 dem Stromfluß in den Elementen 14, 15 eine größere Impedanz bieten, wird ein größerer Teil des Stromes nach unten in die Teile 10, 11 in diesen Bereichen eingeleitet, wodurch die Erhitzung der Randteile 25, 26 gesteigert wird, was gerade zur Vermeidung der Fehlerquellen der obenerwähnten früheren Vorschläge erstrebt wird. Obwohl angenommen werden könnte, daß die vorspringenden Teile 31 und 32 bewirken könnten, daß die Teile 29 und 30 in größerem Ausmaße erhitzt würden, obwohl es erwünscht ist, sie weniger zu erhitzen, so wird doch eine solche Wirkung durch den Seiteneffekt verhindert, der verursacht, daß die Impedanz in den Bereichen 31 und 32 der Elemente 14, 15 herabgemindert wird. Hierdurch fließt in den Randteilen 29, 30 weniger Strom, wodurch eine Überhitzung vermieden wird.In many cases it can, however, with the arrangement according to FIG. 1 and straight running edges 16 and 17 also occur that parts of the edges 12 and 13 overheated while other parts of the edges are still too cool to be even To ensure welding. This difficulty can be easily overcome by applying a Further essential features of the invention are avoided, the one surprising Effect. If z. B. parts of the edges 12, 13, which at or near the with the Reference numeral 25 are located, should stay too cool after others Places have already reached the welding temperature, so this effect can be compensated by making recesses at 27 and 28 in the edges of the rigid members 14 and 15 b between indentations. On the other hand, if parts of the to be welded Edges, e.g. at 29 and 30, would get too hot before other parts reach the welding temperature, this difficulty can be countered by that the edges 16 and 17 are provided with projections 31, 32. The indentations and recesses 27, 28 cause the impedance of the high frequency current, the flows in the elements 14, 15 when flowing past these recesses or indentations is increased so that the flow of current in these elements follows paths that somewhat are further away from the edge parts 25, 26 than at other locations. It could from this it can be concluded that the concentration of the current in the edge parts 25, 26 is reduced, whereby these parts even with the application of greater heating be heated less. Likewise, at the protruding areas 31, 32 of the in the rigid members 14, 15 current flowing closer to the edge parts 29 and 30, one could normally assume that more current is flowing through these parts and these parts, even though they are already overheated, would continue to be heated. Here but the recesses 27 and 28 the current flow in the elements 14, 15 a greater impedance provide, a larger part of the flow will go down into the parts 10, 11 in these Areas initiated, whereby the heating of the edge parts 25, 26 is increased, which is precisely to avoid the sources of error in the earlier proposals mentioned above is strived for. Although it could be assumed that the protruding parts 31 and 32 could cause parts 29 and 30 to be heated to a greater extent, although it is desired to heat them less, such an effect will be obtained prevented by the side effect that causes the impedance in the areas 31 and 32 of the elements 14, 15 is reduced. Through this flows less current in the edge parts 29, 30, as a result of which overheating is avoided.
Zur praktischen Durchführung der Erfindung werden die Form und der Verlauf der Randteile der leitenden Glieder 14, 15 vorzugsweise durch Versuche bestimmt. Dies kann in der Weise erfolgen, daß die zu verschweißenden Teile 10 und 11, die aus einem bestimmten Metall, z. B. Stahl, bestehen und die eine bestimmte Breite und Dicke haben, bei Anwendung von starren Gliedern 14 und 15 von ebenfalls bestimmten Abmessungen in der in Fig. 1 dargestellten Weise angeordnet werden, aber zunächst in der Form, daß die Ränder 16 und 17 gerade verlaufen. Wenn dann bei der Durchführung des Versuches mit dieser Anordnung Hochfrequenzstrom zugeführt wird und festgestellt wird, daß bestimmte Bereiche der Ränder 12 und 13 zu kühl bleiben, nachdem andere Stellen bereits überhitzt sind, so werden die Randteile der Glieder 14, 15 an diesen kühleren Stellen zurückgeschnitten, unterbrochen oder mit Ausnehinungen in einem solchen Ausmaß versehen, daß die Unterhitzung vermieden wird. Wenn andererseits Teile 29, 30 beispielsweise zur Überhitzung neigen oder die Schweißtemperatur nicht so rasch erreichen wie andere Teile, so werden die angrenzenden Teile der Glieder 14, 15 bei 31, 32 in der dargestellten Weise verlängert, wodurch die Impedanz des dicht an den Bereichen 29 und 30 fließenden Stromes verringert wird und die Überhitzung vermieden wird.To practice the invention, the shape and the Course of the edge parts of the conductive members 14, 15 preferably determined by tests. This can be done in such a way that the parts to be welded 10 and 11, the made of a certain metal, e.g. B. steel, exist and a certain width and thickness, if rigid members 14 and 15 are used, are also determined Dimensions can be arranged in the manner shown in Figure 1, but first in the form that the edges 16 and 17 are straight. If then when performing of the experiment with this arrangement high-frequency current is supplied and determined becomes that certain areas of the edges 12 and 13 remain too cool after others Places are already overheated, so the edge parts of the links 14, 15 are on these Cooler areas cut back, interrupted or with recesses all in one provided to such an extent that underheating is avoided. If on the other hand Parts 29, 30 tend to overheat, for example, or the welding temperature does not Reaching as quickly as other parts, so will the adjoining parts of the limbs 14, 15 at 31, 32 in the manner shown, thereby reducing the impedance of the close to the areas 29 and 30 flowing current is reduced and the overheating is avoided.
Weitere Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergeben sich aus Fig. 2, in der dieselben Teile der Anordnung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind wie in Fig. 1. In diesem Fall wird das leitende Glied15 beispielsweise in fester Lage gegen den Metallstreifen 11 an den durch die Pfeile 34, 35 bezeichneten Stellen nach unten gepreßt, was beispielsweise durch Druckzylinder erfolgen kann, wie sie in Fig.3 dargestellt sind. Das starre Glied 14 kann in derselben Weise gegen den Metallstreifen 10 angepreßt werden, indem der Anpreßdruck in Richtung der Pfeile 36 und 37 ausgeübt wird. Der Strom wird den starren Gliedern 14 und 15 durch Kontakte 38, 39 zugeführt, die an die Hochfrequenzquelle angeschlossen sind. Wenigstens der Kontakt 38 kann als Gleitkontakt ausgebildet sein, der mit dem Ende des starren Gliedes 14 in Gleitberührung steht. Diese Kontakte oder Elektroden können, wie es bei Hochfrequenzgeräten an sich bekannt ist, vorzugsweise mit Kühlkanälen versehen sein. Die starren Glieder 14 und 15 können, wenn sie häufig gebraucht werden, ebenfalls gekühlt werden. Die: entgegengesetzten Enden der starren Glieder 14 und 15 sind durch ein U-förmiges Kontaktglied 40 miteinander verbunden, das vorzugsweise ebenfalls kühlbar ist und von dem mindestens der Teil 41 in Gleitberührung mit dem starren Glied 14 steht. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die einander gegenüberliegenden Ränder der starren Glieder 14 und 15 vorzugsweise bei 43 und 44 abgeschrägt, so daß der in ihnen entlangfließende Strom nach unten dicht# an die Ränder 12, 13 der Glieder 10, 11 gedrängt wird, die miteinander zu verschweißen sind.Further details of a preferred embodiment of the invention result from Fig. 2, in which the same parts of the arrangement with the same reference numerals are designated as in Fig. 1. In this case, the conductive member 15 becomes, for example in a fixed position against the metal strip 11 at the indicated by the arrows 34, 35 Places pressed down, which can be done, for example, by pressure cylinders, as shown in Fig.3. The rigid member 14 can in the same way against the metal strip 10 are pressed by applying the pressure in the direction of the arrows 36 and 37 is exercised. The current is passed to the rigid members 14 and 15 through contacts 38, 39 which are connected to the high frequency source. At least that one Contact 38 can be designed as a sliding contact that connects to the end of the rigid Member 14 is in sliding contact. These contacts or electrodes can be like it is known per se in high-frequency devices, preferably provided with cooling channels be. The rigid members 14 and 15 can, if they are often used, also be cooled. The: opposite ends of the rigid members 14 and 15 are interconnected by a U-shaped contact member 40, which is preferably also is coolable and of which at least the part 41 in sliding contact with the rigid Link 14 is. In the embodiment shown in FIG. 2, they are mutually exclusive opposite edges of the rigid members 14 and 15 preferably at 43 and 44 beveled, so that the stream flowing along them tightly downwards the edges 12, 13 of the links 10, 11 are urged to weld together are.
Bei dieser Ausführungsform wird die Impedanz der Ränder der starren Glieder 14 und 15 durch enge Schlitze 45 verändert, die in die Ränder eingeschnitten sind und beispielsweise rechtwinklig zu ihnen nach hinten verlaufen. Die Schlitze enden in kreisförmgen Üffnungen 46. Die besondere Form, Anzahl und Lage dieser Unterbrechungen der Ränder 14 und 15 (entsprechend Fig.2) ist nur als Beispiel dargestellt und kann geändert werden. Zweckmäßig wird die Anordnung der Unterbrechungen durch Versuche festgestellt, wie sie vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden sind. Auf diese Weise können die besten Ergebnisse beim Zusammenschweißen der Streifen oder Platten verschiedenster Art und Abmessungen ermittelt werden. Infolge des Nachbarschaftseffektes wird der Hochfrequenzstrom dazu neigen, dicht an den vorderen Teilen der Ränder 43, 44 zu fließen und in die Ränder 12 und 13; die miteinander zu verschweißen sind, überzutreten. Jedoch wird die Impedanz für den Strom in den Rändern 43, 44 an den Schlitzen 45 wesentlich gesteigert, wodurch ein größerer Teil des Stromes dazu gebracht wird, von den Rändern 43, 44 in das Metall der miteinander zu verschweißenden Teile 10 und 11 überzutreten und an den Rändern 12 und 13 derselben entlangzufließen. Die Heizwirkung wird daher an den den Schlitzen benachbarten Stellen der Ränder 12 und 13 gesteigert. Auf diese Weise können die mittleren Teile der Ränder 12 und 13, die, wie eingangs erwähnt, bei den Vorschlägen früherer Art zu kühl blieben, infolge der Anordnung der starren Glieder 14, 15 und der Randausbildung derselben ebenso schnell auf Schweißtemperatur gebracht werden wie die Teile der Ränder 12 und 13, die den Kontaktgliedern 38, 39 oder 40 näher liegen.In this embodiment, the impedance of the edges becomes the rigid Links 14 and 15 changed by narrow slots 45 cut into the edges are and for example run at right angles to them to the rear. The slots end in circular openings 46. The particular shape, number and position of these interruptions the edges 14 and 15 (according to FIG. 2) is only shown as an example and can be changed. The arrangement of the interruptions through experiments is expedient determined as they have been explained above in connection with FIG. This way you can get the best results when welding the strips together or panels of various types and dimensions can be determined. As a result of the neighborhood effect the high frequency current will tend to be close to the leading parts of the edges 43, 44 to flow and into margins 12 and 13; which are to be welded together, to step over. However, the impedance for the current in the edges 43, 44 at the Slots 45 increased significantly, thereby bringing a greater part of the flow to it is, from the edges 43, 44 into the metal of the parts to be welded together 10 and 11 and flow along the edges 12 and 13 thereof. The heating effect is therefore applied to the locations of the edges adjacent to the slits 12 and 13 increased. In this way, the central parts of the edges 12 and 13, which, as mentioned at the beginning, remained too cool with the proposals of the earlier kind, due to the arrangement of the rigid members 14, 15 and the formation of the edge thereof can be brought to welding temperature just as quickly as the parts of the edges 12 and 13, which are closer to the contact members 38, 39 or 40.
Beim praktischen Betrieb der Anordnung nach Fig.2 können unterhalb der miteinander zu verschweißenden Metallstreifen 10 und 11 weitere starre Glieder angewendet werden, und zwar beiderseits der herzustellenden Schweißnaht. Die Stromanschlüsse können dabei in der gleichen Weise wie für die starren Glieder 14, 15 nach Fig. 2 angeordnet werden. Auf diese Weise kann in bestimmten Fällen die Anordnung nach Fig. 2 an der Unterseite der Metallstreifen 10 und 11 gewissermaßen verdoppelt werden, wobei diese Verdoppelung bei verhältnismäßig dünnem Metall nicht immer erforderlich ist.In practical operation of the arrangement according to Figure 2 can below of the metal strips 10 and 11 to be welded together, further rigid members are used, on both sides of the weld to be produced. The power connections can in the same way as for the rigid members 14, 15 according to Fig. 2 can be arranged. In this way, in certain cases, the arrangement can be made Fig. 2 are doubled to a certain extent on the underside of the metal strips 10 and 11, this doubling is not always necessary in the case of relatively thin metal is.
Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird der Hochfrequenzstrom, der vorzugsweise eine Frequenz in der Größenordnung von 100 kHz oder mehr aufweist, den Kontakten 38 und 39 zugeführt, wobei der Abstand zwischen den Rändern 12 und 13 beispielsweise 0,16 bis 0,32 oder gar 0,64 cm betragen kann. Wenn dann die Flächen der Ränder 12 und 13 Schweißtemperatur erreicht haben, was an dem Grad der Weißglut bemerkbar ist, wird der Strom abgeschaltet und das aus dem starren Glied 14 und dem Metallstreifen 10 gebildete Ganze durch eine in Richtung des Pfeiles 50 angewendete Kraft in der Fig.2 nach links gepreßt, was beispielsweise durch einen Druckzylinder bewirkt werden kann, wie er in Verbindung mit Fig. 3 dargestellt ist. Auf diese Weise werden die Ränder 12 und 13 durch den Anpreßdruck fest gegeneinandergepreßt und zusammengeschweißt, wobei sich, wie oben erläutert, eine einwandfreie Schweißnaht ergibt.In the arrangement according to FIG. 2, the high-frequency current is preferably has a frequency of the order of 100 kHz or more, the contacts 38 and 39 fed, the distance between the edges 12 and 13 for example 0.16 to 0.32 or even 0.64 cm. If then the surfaces of the edges 12 and 13 have reached welding temperature, which is noticeable in the degree of incandescence is, the current is switched off and that from the rigid member 14 and the metal strip 10 whole formed by a force applied in the direction of arrow 50 in the Fig.2 pressed to the left, which can be effected, for example, by a pressure cylinder can, as shown in connection with FIG. In this way, the Edges 12 and 13 firmly pressed against each other by the contact pressure and welded together, which, as explained above, results in a perfect weld seam.
Nach dem in Fig. 3 dargestellten senkrechen Querschnitt sind die starren leitenden Glieder 14, 15 über den miteinander zu verschweißenden Metallteilen 10 und 11 angebracht und unterhalb dieser Teile entsprechende leitende Glieder 14' und 15' angeordnet. Das Ganze ist dabei auf einer mit einer geeigneten Isolierung oder durch eine Isolierung gebildeten Tragkonstruktion 51 angebracht. Zum Zusammenpressen der Teile 15, 11, 15' einerseits und 14, 10, 14' andererseits sind Druckzylinder 35', 37' angeordnet, die diese Teile in Preßberührung mit den zu verschweißenden Teilen 10, 11 bringen. Ähnliche isolierende Verbindungs- und Trag mittel können für die Teile 14, 10, 14' bei 52 angeordnet sein, die bei 53 verschiebbar gelagert sind und mit einem Druckzylinder 50' verbunden sind, mittels dessen die Ränder 12 und 13 unter Druck zusammengepreßt werden können, nachdem der Hochfrequenzstrom abgeschaltet ist.According to the vertical cross-section shown in Fig. 3, the rigid conductive members 14, 15 over the metal parts 10 to be welded together and 11 attached and below these parts corresponding conductive members 14 ' and 15 'arranged. The whole thing is on one with a suitable insulation or supporting structure 51 formed by insulation. To compress of parts 15, 11, 15 'on the one hand and 14, 10, 14' on the other hand are pressure cylinders 35 ', 37' arranged, which these parts in press contact with the to be welded Bring parts 10, 11. Similar insulating connection and support means can for the parts 14, 10, 14 'be arranged at 52, those at 53 displaceable stored and are connected to a pressure cylinder 50 ', by means of which the edges 12 and 13 can be compressed under pressure after the high frequency current is switched off.
Wie bereits erwähnt, wird der Hochfrequenzstrom vorzugsweise mit einer Frequenz in der Größenordnung von 100 kHz oder höher, beispielsweise bis zu 450 kHz oder sogar höher, angewendet. Dies erfolgt deshalb, weil die Tiefe, auf die der Strom in die Randflächen der zu erhitzenden Ränder 12, 13 eindringt, sich nach dem umgekehrten Quadratwurzelgesetz ändert. Die Kurve, welche diese Tiefe bei steigenden Frequenzen zeigt, offenbart, daß beim Steigen der Frequenz um etwa 10 kHz und etwas höher die Eindringtiefe langsam oder geradlinig abfällt, daß aber bei einem Steigen der Frequenz von etwa 50 bis auf etwa 100 kHz ein vergleichsweise scharfer Abfall der Eindringtiefe stattfindet. Das heißt, wenn die Frequenz eine Größenordnung von etwa 100 kHz erreicht, wird der Strom plötzlich stärker in den tatsächlichen Randflächen konzentriert, so daß die Erhitzung auf Schmelztemperatur und Erweichung des Metalls auf einen Bruchteil eines tausendstel Zolls Tiefe beschränkt werden kann. Hierdurch wird erreicht, daß das Metall in größerer Tiefe noch fest bleibt und ermöglicht, daß die erweichte Oberfläche unter Druck fest in Schweißberührung mit der anderen Fläche gebracht werden kann, wobei zugleich die Wirksamkeit des Erhitzungsvorganges stark gesteigert wird. Wenn z. B. bei Beachtung der anderen Merkmale der Erfindung mit einer Frequenz von 10 kHz gearbeitet wird, so kann eine befriedigende Schweißung nicht erreicht werden. Die Eindringtiefe des Stromes ist dabei drei- oder mehrmals größer als bei einer Frequenz von etwa 100 kHz. Was aber bei solch geringen Frequenzen noch störender ist, ist der Umstand, daß die Impedanz der Stromwege in den Gliedern 14 und 15 sich zu sehr den Stromwegen entlang den zu schweißenden Rändern nähert, um eine befriedigende Schweißung zu erhalten.As already mentioned, the high frequency current is preferably with a Frequency on the order of 100 kHz or higher, for example up to 450 kHz or even higher. This is because of the depth to which the current penetrates into the edge surfaces of the edges 12, 13 to be heated, according to the inverse square root law changes. The curve showing this depth when increasing Frequencies shows that when the frequency increases by about 10 kHz and something higher the penetration depth drops slowly or in a straight line, but that with a rise the frequency from about 50 to about 100 kHz is a comparatively sharp drop the depth of penetration takes place. That is, if the frequency is of the order of reaches around 100 kHz, the current suddenly becomes stronger in the actual edge areas concentrated so that heating to melting temperature and softening of the metal can be limited to a fraction of a thousandth of an inch in depth. Through this it is achieved that the metal remains solid at a greater depth and enables that the softened surface is firmly in sweat contact with the other under pressure Surface can be brought, at the same time the effectiveness of the heating process is greatly increased. If z. B. considering the other features of the invention If a frequency of 10 kHz is used, a satisfactory weld can be achieved cannot be achieved. The penetration depth of the current is three or more times greater than at a frequency of around 100 kHz. But what with such low frequencies is even more disturbing is the fact that the impedance of the current paths in the limbs 14 and 15 gets too close to the current paths along the edges to be welded, to obtain a satisfactory weld.
Wenn Metallstücke miteinander stumpf verschweißt werden sollen, die aus verschiedenen Metallen bestehen, beispielsweise wenn ein Metallstück aus einem Metall, das verhältnismäßig leicht schmilzt, an ein anderes Metallstück aus einem Metall angeschweißt werden soll, das erst bei einer wesentlich höheren Temperatur erweicht, so stellte dies bisher ein schwieriges Problem dar, das mit den bisher bekannten Verfahren der Hochfrequenz-Induktionsheizung oder mit den bekannten Verfahren der Lichtbogenschweißung kaum zu lösen war. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung kann einer der zu schweißenden Teile, z. B. der Metallteil 10, jedoch ohne weiteres aus einem anderen Metall als der Teil 11 bestehen, und zwar aus einem solchen Metall, das eine höhere Schweißtemperatur erfordert als der Teil 11. Dabei kann ein solcher Temperaturunterschied leicht erreicht werden, indem die Ränder der Platten oder Stäbe 14 und 15 verschieden geformt werden oder verschiedenen Abstand von den zu schweißenden Rändern erhalten. Wenn z. B. der Rand des Metallstückes 10 auf eine höhere Temperatur erhitzt werden soll, so kann der Rand 43 der Platte 14 mit einer größeren Anzahl von Schlitzen oder Unterbrechungen versehen werden als der Rand 44 des starren Gliedes 15. Dabei können die Zahl und die Anordnung der Schlitze ebenfalls durch Versuche derart bestimmt werden, daß beide Ränder, die miteinander verschweißt werden sollen, jeweils gleichmäßig auf die für das betreffende Metall erforderliche Schweißtemperatur erhitzt werden, die von der Schweißtemperatur des anderen Metallstückes abweicht. Bei Anwendung solcher Hilfsmittel kann auch das eine Metallstück, z. B. das Metallstück 10, dicker sein als das andere Metallstück 11 und innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit eine größere Erhitzung erfordern, um es auf Schweißtemperatur zu bringen. Auch diesem Umstand kann durch entsprechende Wahl der Form und Anzahl sowie auch der Anordnung der Unterbrechungen in den Rändern der plattenförmigen Glieder 14 und 15 Rechnung getragen werden.If pieces of metal are to be butt-welded together that are made of different metals, for example if a piece of metal made of a metal that melts relatively easily is to be welded to another metal piece of a metal that only softens at a much higher temperature, this is the case up to now has been a difficult problem that could hardly be solved with the previously known methods of high-frequency induction heating or with the known methods of arc welding. Using the present invention, one of the parts to be welded, e.g. B. the metal part 10, but easily consist of a different metal than the part 11 , namely from such a metal that requires a higher welding temperature than the part 11. Such a temperature difference can easily be achieved by the edges of the plates or rods 14 and 15 are shaped differently or given different distances from the edges to be welded. If z. B. the edge of the metal piece 10 is to be heated to a higher temperature, the edge 43 of the plate 14 can be provided with a greater number of slots or interruptions than the edge 44 of the rigid member 15. The number and the arrangement of the Slots are also determined by experiments in such a way that both edges that are to be welded together are each heated evenly to the welding temperature required for the metal in question, which differs from the welding temperature of the other metal piece. When using such aids, a piece of metal such. B. the metal piece 10, be thicker than the other metal piece 11 and require a greater heating within the time available to bring it to welding temperature. This fact can also be taken into account by appropriate selection of the shape and number as well as the arrangement of the interruptions in the edges of the plate-shaped members 14 and 15.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann ein stabförmiges Glied 55 hoher elektrischer Leitfähigkeit, das z. B. aus Kupfer bestehen kann, so angeordnet werden, daß es in dem zwischen den zu schweißenden. Rändern 12, 13 befindlichen Schlitz dicht an diesen Rändern entlangläuft. In der hier dargestellten Form ist dieses stabförmige Glied im Querschnitt keilförmig ausgebildet, was aber nicht immer notwendig ist, und so angeordnet, daß es unterhalb des Schlitzes verläuft oder vorübergehend etwas in den Schlitz hineinragt, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Auch dieses Glied kann mit einem Kühlkanal 56 versehen sein. Die Wirkung eines solchen aus Nichteisenmetall bestehenden Gliedes hoher Leitfähigkeit in oder an dem zwischen den zu verschweißenden Metallstücken 10, 11 gebildeten Spalt besteht darin, daß die Impedanz für den Strom, der in den Teilen des Spaltrandes fließt, der dem Glied 55 am nächsten ist, herabgesetzt wird. Auf diese Weise kann die Konzentration des Hochfrequenzstromes an den tatsächlichen Oberflächen der Spaltränder begünstigt werden. Je nach der Anordnung des Gliedes 55 kann dabei der Strom auf die untere Kante der Spaltränder oder, falls erwünscht, auf die obere Kante eines Spaltrandes konzentriert werden, wenn das Glied 55 dieser oberen Kante am nächsten angeordnet wird. Diese Anordnung wird dann gewählt werden, wenn es erwünscht ist, diese Kante etwas schneller als die andere Kante zu erhitzen bzw. zu erweichen, um die Richtung einer etwaigen Ausbauchung der Schweißung zu steuern. In vielen Fällen ist die Anwendung eines solchen leitenden Gliedes 55 aber nicht erforderlich.As can be seen from Fig. 3, a rod-shaped member 55 can be higher electrical conductivity, the z. B. can be made of copper, so arranged that it is in that between the to be welded. Edges 12, 13 located slot runs close to these edges. In the form shown here, this is Rod-shaped member wedge-shaped in cross-section, but this is not always necessary is, and arranged so that it extends below the slot or temporarily something protrudes into the slot, as indicated by the dashed lines. This member can also be provided with a cooling channel 56. The effect of such made of non-ferrous metal high conductivity member in or on the between the gap formed in the metal pieces 10, 11 to be welded is that the impedance for the current flowing in the parts of the gap edge that the limb 55 is closest. In this way, the concentration of the High frequency current favors the actual surfaces of the gap edges will. Depending on the arrangement of the member 55, the current can be applied to the lower Edge of the gap edges or, if desired, on the upper edge of a gap edge be concentrated when the link 55 is positioned closest to that top edge will. This arrangement will then be chosen if this edge is desired a little faster than the other edge to heat or soften to the direction to control any bulging of the weld. In many cases the application is such a conductive member 55 is not required.
Die Anwendung des Heizstromes kann durch einen zeitgesteuerten Schalter kontrolliert werden, ebenso wie auch die Betätigung der Druckzylinder durch eine Zeitmeßvorrichtung gesteuert werden kann. Die Anordnung kann sowohl zur Durchführung einer überlappungsschweißung als auch zur Durchführung der Stumpfschweißung verwendet werden.The heating current can be applied using a time-controlled switch are controlled, as well as the actuation of the pressure cylinder by a Timing device can be controlled. The arrangement can be used to carry out both an overlap weld as well as to carry out the butt weld will.
Bei der Ausführungsform der Erfindung nach den Fig. 4 bis 9 soll der Querrand 111 eines z. B. aus Stahlblech bestehenden Bandmetallstückes 110 an den Querrand eines anderen Metallbandstückes 110' angeschweißt werden, das ebenfalls aus Stahlblech besteht. Es soll auf diese Weise ein zusammenhängendes Metallband gebildet werden, das jeweils nach dein Anschweißen eines zusätzlichen Bandstückes, wie auf der linken Seite der Fig. 4 gezeigt ist, aufgerollt werden soll.In the embodiment of the invention according to FIGS. 4 to 9, the Transverse edge 111 of a z. B. made of sheet steel strip metal piece 110 to the Transverse edge of another piece of metal band 110 'are welded on, which is also consists of sheet steel. In this way it is supposed to be a cohesive metal band are formed, each after you have welded on an additional piece of tape, as shown on the left side of Fig. 4 is to be rolled up.
Das Bandstück 110 kann anfänglich zwischen oberem und unterem Klemmbacken 113; 114 in einer Lage gehalten sein, in der sein Rand 111 von dem Querrand 112 des bereits gebildeten Bandes einen geringen Abstand hat. Dieser Abstand kann beispielsweise 0,16 bis 0,64 cm betragen. Zum Heben und Senken des Klemmbackens 113 für den In- und Außereingriff mit dem Bandstück 110 und zum Aufpressen desselben auf den unteren Klemmbacken 114 können beliebige Mittel angeordnet sein, die z. B. aus einem Druckzylinder bestehen können, wie er bei 115 schematisch dargestellt ist. Das Bandstück 110' kann- in ähnlicher Weise zwischen oberen und@unteren Backen oder sonstigen Klemmgliedern 116, 117 gehalten werden, von denen das Glied 116 ebenfalls durch einen Druckzylinder 118 betätigt werden kann.The piece of tape 110 can initially between upper and lower clamping jaws 113; 114 be held in a position in which its edge 111 has a small distance from the transverse edge 112 of the band that has already been formed. This distance can be 0.16 to 0.64 cm, for example. Any means can be arranged to raise and lower the jaw 113 for engaging and disengaging the piece of tape 110 and for pressing it onto the lower jaw 114, e.g. B. may consist of a pressure cylinder, as shown schematically at 115. The piece of tape 110 ′ can be held in a similar manner between upper and lower jaws or other clamping members 116, 117, of which the member 116 can also be actuated by a pressure cylinder 118.
Weitere obere und untere Klemmbacken sind bei 119 und 120 angeordnet und werden mittels der Druckzylinder 121, 121' betätigt. Diese Klemmglieder 119, 120 dienen dazu, die Ränder 111 und 112 nach dem Erhitzen und dem Abschalten des Heizstromes zu erfassen und sie in ausgerichteter Lage zu halten, die sie zum Aneinanderschweißen benötigen. Die Klemmglieder 113, 114 mit dem zwischen ihnen eingespannten Bandstück 110 können, nachdem der Querrand 111 auf Schweißtemperatur erhitzt ist, mittels eines Druckzylinders 122 vorwärts bewegt werden, so daß der Rand 111 mit dem Rand 112 in die zum Stumpfschweißen erforderliche Preßberührung miteinander kommt. Dies erfolgt gerade dann, wenn die Klemmbacken 119 und 120 in die zum Einspannen der erhitzten Ränder notwendige Stellung gebracht sind.Additional upper and lower jaws are located at 119 and 120 and are actuated by means of the pressure cylinders 121, 121 '. These clamping members 119, 120 serve to open the edges 111 and 112 after heating and switching off the To detect the heating current and to keep them in an aligned position that they can be welded together require. The clamping members 113, 114 with the piece of tape clamped between them 110 can, after the transverse edge 111 is heated to welding temperature, by means of a printing cylinder 122 are moved forward so that the edge 111 with the edge 112 comes into the press contact required for butt welding. this occurs just when the jaws 119 and 120 in the for clamping the heated edges are brought into the necessary position.
Die Klemmen der Hochfrequenzstromquelle sind an Kontaktglieder 125, 126 angeschlossen, die durch einen Druckzylinder 127 in Berührung mit den Seitenrändern der Bandmetallstücke 110 und 110' gebracht werden können. An den entgegengesetzten Enden der Ränder 111, 112 ist ein U-förmiges Kontaktglied 128 angeordnet, das ebenfalls mit deal Seitenrändern der Metallstücke 110, 110' in Berührung gebracht werden kann. Die Bewegung dieser Kontaktglieder kann durch einen Druckzylinder 129 erfolgen. Die verschiedenen Kontaktglieder können, wie dargestellt, mit Kühlkanälen versehen sein. Wenn diese Kontaktglieder mit den zu verschweißenden Metallhandstücken in Verbindung gebracht werden, fließt der von der Hochfrequenzstromquelle kommende Strom über das Kontaktglied 125 am Rand 111 entlang zu dem Kontaktglied 128, tritt dann auf den Rand 112 des anderen Bandmetallstückes 110' über und fließt an diesem Rand zurück zu dem Kontaktglied 126 und von da zu der anderen Klemme der Hochfrequenzstromquelle.The terminals of the high-frequency power source are connected to contact members 125, 126 connected by a pressure cylinder 127 in contact with the side edges of the strip metal pieces 110 and 110 'can be brought. On the opposite Ends of the edges 111, 112 a U-shaped contact member 128 is arranged, which is also can be brought into contact with the side edges of the metal pieces 110, 110 '. These contact members can be moved by a pressure cylinder 129. The various contact members can, as shown, be provided with cooling channels be. If these contact members with the metal handpieces to be welded in Are connected, the flowing from the high frequency power source Current via the contact member 125 along the edge 111 to the contact member 128 occurs then over to the edge 112 of the other strip metal piece 110 'and flows on this Edge back to the contact member 126 and thence to the other terminal of the high frequency power source.
Bei dieser Ausführungsform sind Stäbe aus magnetischem Material 130, 131, 132 und 133 in der dargestellten Lage angeordnet. Die Stäbe 130, 131 liegen in geringem Abstand hinter dem Rand 111 und sind etwas über und unter dem Bandmetallstück 110 ohne Berührung mit diesem zugeordnet. Die magnetischen Stäbe 132, 133 sind in ähnlicher Weise etwas hinter dem Rand 112 und dicht über und unter dem Bandmetall 110' ohne Berührung mit diesem angeordnet. Die magnetischen Stäbe können aus gesintertem Magnetoxyd und einem Isoliermaterial bestehen, das vorzugsweise bekannter Art sein kann und einen niedrigen Verlustfaktor sowie einen hohen spezifischen Widerstand aufweist. Beispielsweise kann das keramische magnetische Material angewendet werden, das unter der Bezeichnung »Ferramic« durch die General Ceramic and Steatite Corporation im Handel erhältlich ist. An Stelle dieses Materials können auch andere magnetische Materialien angewendet werden. Vorzugsweise soll aber das Material eine Permeabilität haben, die wesentlich größer als Eins ist. Wenn dabei das magnetische Material in verteilter Form vorhanden ist, so soll es so fein verteilt sein, daß Stromverluste in weiten Grenzen vermieden werden. -Unter anderem kann auch feinverteiltes Eisenpentakarbonyl angewendet werden, das mit einem geeignetem Isoliermaterial gemischt ist. Die Streifen oder Stäbe aus magnetischem Material, die in manchen Fällen nur im mittleren Teil der Ränder 111 und 112 angeordnet zu sein brauchen, dienen dazu, die Impedanz des Hochfrequenzstromes in Stromwegen, die im Abstand von den Rändern 111, 112 verlaufen, so zu steigern, daß der Strom dazu gebracht wird, an der tatsächlichen Oberfläche der Ränder entlangzufließen, und zwar mit einer genügenden Gleichmäßigkeit, um eine im wesentlichen gleichmäßige Erhitzung der Schweißränder auf ihrer gesamten Länge zu gewährleisten.In this embodiment, bars of magnetic material 130, 131, 132 and 133 are arranged in the position shown. The bars 130, 131 are located a short distance behind the edge 111 and are assigned slightly above and below the strip metal piece 110 without contact with it. The magnetic bars 132, 133 are similarly positioned slightly behind the edge 112 and just above and below the strip metal 110 'without contacting it. The magnetic rods can consist of sintered magnetic oxide and an insulating material, which can preferably be of a known type and has a low loss factor and a high specific resistance. For example, the ceramic magnetic material which is commercially available under the name "Ferramic" by General Ceramic and Steatite Corporation can be used. Other magnetic materials can be used in place of this material. However, the material should preferably have a permeability which is substantially greater than one. If the magnetic material is present in distributed form, it should be so finely distributed that current losses are avoided within wide limits. - Among other things, finely divided iron pentacarbonyl mixed with a suitable insulating material can also be used. The strips or bars of magnetic material, which in some cases only need to be arranged in the central part of the edges 111 and 112, serve to increase the impedance of the high-frequency current in current paths that run at a distance from the edges 111, 112 that the current is caused to flow along the actual surface of the edges with sufficient uniformity to ensure a substantially uniform heating of the weld edges along their entire length.
Aus Fig. 5 ist die Anordnung der magnetischen Stäbe 130, 132 zu deal Rändern 111, 112 klarer ersichtlich. Diese Figuren zeigen ferner die Kontakte 125 und 126 und 128 in Stellungen, in denen sie die Stahlblechbänder 110 und 110' zur Zuführung des Hochfrequenzstromes berühren.From Fig. 5, the arrangement of the magnetic rods 130, 132 is too deal Edges 111, 112 can be seen more clearly. These figures also show the contacts 125 and 126 and 128 in positions in which they hold the sheet steel belts 110 and 110 'for Touch the high-frequency current supply.
Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, können die magnetischen Stäbe 130 bis 133 mittels einstellbarer Tragarme 140 einstellbar angeordnet sein, die an ortsfesten Querträgern 141 angebracht sind. Wie bei 142 gezeigt ist, kann jeder magnetische Stab mit einer Kühlleitung versehen sein.As can be seen from FIGS. 6 and 7, the magnetic Rods 130 to 133 can be arranged so as to be adjustable by means of adjustable support arms 140, which are attached to stationary cross members 141. As shown at 142, may each magnetic rod must be provided with a cooling pipe.
Wie ferner aus den Fig.6 und 7 ersichtlich ist, können die Klemmbacken 113 und 114 durch Tragglieder verbunden sein, die mit 143 bezeichnet sind und ermöglichen, daß der obere Klemmbacken gegenüber dem unteren Klemmbacken angehoben und abgesenkt werden kann. Die Anordnung kann dabei derart sein, daß der in bezug auf Fig. 4 erwähnte Druckzylinder 122 über eine Kolbenstange 122' angeschlossen ist, der zur Bewegung des aus den Teilen 110, 113 und 114 gebildeten Ganzen dient und mittels dessen der Querrand 111 in die Schweißstellung zu dem Rand 112 gebracht werden kann.As can also be seen from FIGS. 6 and 7, the clamping jaws 113 and 114 be connected by support members, which are denoted by 143 and allow that the upper jaw is raised and lowered relative to the lower jaw can be. The arrangement can be such that the one mentioned with reference to FIG Pressure cylinder 122 is connected via a piston rod 122 'which is used to move of the whole formed from the parts 110, 113 and 114 is used and by means of which the Transverse edge 111 can be brought into the welding position to the edge 112.
Sobald der Hochfrequenzstrom in der erläuterten Weise angeschlossen ist und sobald die Randflächen 111, 112 die Schweißtemperatur erreicht haben, wird der Hochfrequenzstrom durch einen zeitgesteuerten Schalter abgeschaltet, worauf unter Anwendung von ebenfalls zeitgesteuerten Mitteln bekannter Art der Druckzylinder 122 betätigt wird, um die Ränder 111 und 112 gegeneinanderzupressen. Dies erfolgt gerade in dem Augenblick, in dem die Klemmbacken 119, 120 betätigt werden, um sie in feste Druckberührung mit den oberen und unteren Flächen der zu bildenden Schweißnaht zu bringen (vgl. Fig. 7). Die Betätigung der Klemmbacken 119 und 120 zu diesem Zeitpunkt kann ebenfalls durch Anwendung selbsttätiger Zeitmeßvorrichtungen gesteuert werden, die auch die Druckzylinder 121 und 121' steuern. Kurz nachdem die Ränder 111 und 112 unter Druck zusammengepreßt worden sind und die Schweißung gebildet ist, werden die Klemmbacken selbsttätig weggenommen, so daß das Bandmetall 110' mit dem nunmehr angeschweißten Bandmetallstück 110 weiter aufgewickelt werden kann.As soon as the high-frequency current is connected in the manner explained and as soon as the edge surfaces 111, 112 have reached the welding temperature, the high-frequency current is switched off by a time-controlled switch, whereupon the pressure cylinder 122 is actuated using time-controlled means of a known type in order to move the edges 111 and 112 to be pressed against each other. This takes place precisely at the moment in which the clamping jaws 119, 120 are actuated in order to bring them into firm pressure contact with the upper and lower surfaces of the weld seam to be formed (see FIG. 7). The actuation of the jaws 119 and 120 at this time can also be controlled using automatic timing devices which also control the pressure cylinders 121 and 121 '. Shortly after the edges 111 and 112 have been pressed together under pressure and the weld has been formed, the clamping jaws are automatically removed so that the strip metal 110 ' with the strip metal piece 110 now welded on can be wound up further.
Die bei dieser Ausführungsform angewendeten Frequenzen können die gleichen sein wie die bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen.The frequencies used in this embodiment can be the be the same as those in the previously described embodiments.
Die bisher beschriebenen Verfahren und Anordnungen sind zum Stumpfschweißen von Metallstreifen gut geeignet, die eine größere Stärke als etwa 0,16 cm haben. Wenn jedoch die miteinander zu verschweißenden Metallstreifen bzw. -stücke wesentlich dünner sind, so haben die Ränder derselben nicht die genügende Steifigkeit, um beim Gegeneinanderpressen in derselben Ebene zu bleiben, ohne daß sich Ausbauchungen oder Abweichungen bilden. Zum Zusammenschweißen von MetaIlstreifen oder -stücken, die dünner als 0,16 cm sind, wird daher zweckmäßig eine Anordnung angewendet, die geeignet ist, eine Überlappungsschweißung herzustellen. Hierfür ist beispielsweise eine Anordnung entsprechend Fig. 6 geeignet, bei der jedoch die Klemmbacken 113, 114 und 116, 117 so angeordnet sind, daß die Enden der miteinander zu verschweißenden Metallteile bei 110a und 110 b eine Lage einnehmen, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist. Hierbei übergreifen sich die Endteile, befinden sich aber in geringem Abstand voneinander, wie dargestellt. Wenn dann Hochfrequenzstrom zugeführt wird (während die Klemmbacken 119a, 120a in Abstand von der Schweißzone bleiben), wird die Stirnfläche 145 infolge der gegenseitigen Induktion zwischen den in den sich übergreifenden Teilen fließenden Strömen zuerst auf die Schweißtemperatur erhitzt. Die andere Randfläche 146 wird ebenfalls erhitzt, der Strom kann aber abgeschaltet werden, bevor dieser Rand völlig auf Schweißtemperatur erhitzt ist. Nach dem Abschalten des Stromes werden die Klemmbacken 119a, 120a unter hohem Druck in Berührung mit den Metallstücken 110a, 110b gebracht, so daß eine einwandfreie Überlappungsschweißung bei 147 hergestellt wird, bei der die Ebene des Metallstreifens 110a eine glatte Fortsetzung der Ebene des Streifens 110b bildet. Überlappungsschweißungen können auch mit Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3 hergestellt werden.The methods and arrangements described so far are well suited for butt welding metal strips that are greater than about 0.16 cm thick. However, if the metal strips or pieces to be welded together are significantly thinner, the edges of the same do not have sufficient rigidity to remain in the same plane when pressed against one another without bulges or deviations being formed. For welding together metal strips or pieces that are thinner than 0.16 cm, it is therefore expedient to use an arrangement which is suitable for producing an overlap weld. An arrangement according to FIG. 6 is suitable for this, for example, in which the clamping jaws 113, 114 and 116, 117 are arranged in such a way that the ends of the metal parts to be welded together assume a position at 110a and 110b as shown in FIG. 8 is shown. Here, the end parts overlap, but are at a small distance from one another, as shown. If high-frequency current is then supplied (while the clamping jaws 119a , 120a remain at a distance from the welding zone), the end face 145 is first heated to the welding temperature as a result of the mutual induction between the currents flowing in the overlapping parts. The other edge surface 146 is also heated, but the power can be turned off before that edge is fully heated to welding temperature. After switching off the current, the clamping jaws 119a, 120a at high pressure into contact with the metal pieces 110 a are brought 110 b, so that a perfect lap weld is made at 147, wherein the plane of the metal strip 110 a smooth continuation of the plane of the strip 110b forms. Overlap welds can also be produced with embodiments according to FIGS. 1 and 3.
Bisher war es üblich, derartige Metallstreifen an ihren Enden durch eine Reihe von überlappten Punktschweißungen in der Weise zu schweißen, daß selbst bei Anwendung hoher Anpreßdrücke die Gesamtdicke der überlappten Schweißung etwa 70% dicker blieb als die Dicke jedes einzelnen Metallstreifens. Es ergab sich so ein unregelmäßiger Übergang bzw. eine Unterbrechung in jedem Bereich, in dem die Streifenenden miteinander verschweißt wurden. Dies beeinträchtigt aber die Handhabung der zusammengeschweißten Metallstreifen bzw. -bänder bei späteren Arbeitsvorgängen. Demgegenüber wird bei Anwendung der Erfindung entsprechend den Fig.8 und 9 die Überlappung in der Schweißzone derart abgeflacht, daß die Gesamtdicke in der Schweißzone kaum größer als die Dicke des einzelnen Metallstreifens allein ist.So far it was common to have such metal strips through at their ends weld a series of overlapped spot welds in such a way that even if high contact pressures are used, the total thickness of the overlapped weld is approximately Remained 70% thicker than the thickness of any individual metal strip. It so happened an irregular transition or interruption in each area in which the Strip ends were welded together. However, this affects the handling the welded together metal strips or bands in later work processes. In contrast, when the invention is used in accordance with FIGS. 8 and 9, the overlap flattened in the welding zone in such a way that the total thickness in the welding zone is hardly any is greater than the thickness of the single metal strip alone.
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US1099665XA | 1958-03-20 | 1958-03-20 |
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DEM40804A Pending DE1099665B (en) | 1958-03-20 | 1959-03-12 | Method and arrangement for heating and welding together two metal parts, in which high-frequency current is supplied to the welded edges that are close to each other |
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---|---|
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