DE1144857B - Verfahren zum Zufuehren von Wechselstrom mit 50Hz und hoeherer Frequenz zu Werkstuecken, die konduktiv ueber den gesamten Querschnitt oder partiell erhitzt werden sollen, und Anordnung zur Ausuebung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zum Zuführen von Wechselstrom mit 50 Hz und höherer Frequenz zu Werkstücken> die konduktiv über den gesamten Querschnitt oder partiell erhitzt werden sollen, und'Anordnung zur Ausübung des Verfahrens Es ist bekann4 metallische Nerkstücke elektrokonduktiv über den gesamten Querschnitt oder auch partiell zu erwärmen. Es ist ferner bekannt, zu dieser Erwärmung Wechselstrom von 50 Hz oder auch von höheren Frequenzen zu verwenden.
• Bei diesen bekannten Verfahren ergeben sich Schwierigkeiten im Bereich der Kontakte, über die der Strom dem Werkstück zugeführt wird. Es muß für einen verhältnismäßig starken Kontaktdruck gesorgt werden, weil sonst die übergangswiderstände zu groß werden.
• Da die Kontakte ohnehin in starkem Maße strombelastet sind, ergibt sich das Erfordernis, die Kontakte zu kühlen, um die durch den übergangswiderstand und die Strombelastung hervorgerufenen Temperaturerhöhungen an den Kontakten hintanzuhalten, und um überhaupt einen einigermaßen brauchbaren Kontakt zu bekommen, ist es in vielen Fällen erforderlich, die zu erwärmenden Werkstücke an den Stellen, an denen der Strom zugeführt wird, durch Beizen, Sandstrahlen od. dgl. zu reinigen, insbesondere Oxydschichten zu entfernen.
• Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei welchem die Schwierigkeiten bekannter Verfahren beim konduktiven Erhitzen von Werkstücken vermieden sind. Diese Aufgabe wird gelöst, indem unter Anwendung eines Gleichstromes an zwei Stellen des Werkstückes Lichtbögen gezogen werden. über diese Lichtbögen wird dem Werkstück der Wechselstrom zu- und abgeführt, wobei das Werkstück gegenüber den Lichtbögen relativ bewegt werden k Mit diesem Verfahren sind alle Schwierigkeiten vermieden, die auftreten können, wenn der Strom, wie üblich, über Kontakte zugeführt wird, die mit dem Werkstück in Berührung stehen.
• Das Spannungsverhältnis von Gleichstrom zu Wechselstrom richtet sich nach der Frequenz des Wechselstromes. Der Gleichstrom wird mit verhältnismäßig geringer Spannung zugeführt, und zwar unter Berücksichtigung des Abstandes der Elektroden voneinander und des Abstandes der Elektroden vom Werkstück. Außerdem muß berücksichtigt werden, mit welcher Stromstärke gefahren werden soll sowie welche Gestalt das Werkstück aufweist und welcher Bahn der Strom im Werkstück folgen soll. Es wird im allgemeinen notwendig sein, durch einige Stichversuche zu ermitteln, welche Spannung für den Gleichstrom im Einzelfall angewendet werden muß. In der Regel wird sie zwischen 12 und 50 Volt liegen. Die Wechselspannung wird wegen des der Frequenz, der Formgebung des Werkstückes und der geometrischen Anordnung entsprechenden induktiven Widerstandes zwischen 50 und 500 Volt liegen.
• Der dem Werkstück zugeführte Gleichstromanteil wird eine geringfügige Vorwärmung über den gesamten Werkstückquerschnitt bewirken, der der Erwärmung des Werkstückes dienende Strom höherer Frequenzen fließt nicht über den gesamten Werkstückquerschnitt, sondern konzentriert sich mehr oder minder an der Werkstückoberfläche, wie dies an sich aus der Beziehung zwischen Frequenz und Eindringtiefe sowie gegebenenfalls Nachbarschaftseffekt zum Rückleiter bekannt ist.
• Die Zufuhr des Stromes zum Werkstück erfolgt unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ohne Kontaktschwierigkeiten. Es braucht lediglich verhindert zu werden, daß die Lichtbögen allzu lange an einer bestimmten Stelle des Werkstückes brennen, weil sich sonst an den Fußpunkten Brennstellen ergeben können.
• Um dies zu erreichen, ist es lediglich notwendig, das Werkstück relativ zu den Lichtbogenelektroden zu bewegen. Die Werkstücke können bei diesem Verfahren sinnentsprechend genauso bewegt werden, wie dies bei den bekannten Verfahren des konduktiven Erhitzens und auch des induktiven Erwärmens be- kannt ist. Das Werkstück kann also axial umlaufen, es kann sich in Richtung des Elektrodenabstandes bewegen, oder es kann quer zuni Elektrodenabstand bewegt werden. Rotationskörper od. dgL werden zwe ' ckmäßigerwoise in Umlauf versetzt Rechteckige, langgestreckte Körper, Platten;'oä. dgl. werden zweckmäßigerweise linearbewegt.
• Zur Ausübung des Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Speisung zweier mit in einem dem zu erwärmenden Werkstückabschnitt entsprechenden Abstand angeordnete Lichtbogenelektroden eine Gleich- und eine Wechselstromquelle in ParalleIschaltung zueinander vorzusehen. Um eine schädigen& Beeinflussung des Gleichstromerzeugers durch die Wechselstromquelle und umgekehrt zu verhindern, werden Induktivitäten und Kapazitäten zwischen die Gleichstrom- und Wechselstromquellen eingeschaltet.
• In Abb. 1 ist schematisch eine Schaltung angegeben, wie sie für das Erwärmen eines zylindrischen Werkstückes 1 verwendet werden kann. Ein Gleichstromerzeuger, beispielsweise ein Generator 2, ist mit einer Wechselstromquelle, beispielsweise einem Wechselstromgenerator 3, parallel geschaltet. Zwischen dem Erzeuger 2 und der Quelle 3 ist eine Induktivität 4 und ein Kondensator 5 eingeschaltet, die eine gegenseitige Beeinflussung des Gleichstromerzeugers 2 und der Wechselstromquelle 3 ausschalten. An Stelle dieser schematisch dargestellten Schaltung können auch andere -bekannte Siebkreise zwischen den Kreisen eingeschaltet werden.
• Mttels des vom Erzeuger 2 gelieferten Gleichstromes wird an den Elektroden 6 je ein Lichtbogen zum Wer4tück 1 gezogen. Diese Lichtbögen 7 stellen eine stromleitende Verbindung zwischen den Elektroden 6 und der Werkstückoberfläche her. Somit fließt der von der Wechselstromquelle 3 ausgehende Wechselstrom von'50,Hz oder auch höherer Frequenz durch das Werkstück. Es ist zweckmäßig, das Werkstück axial umlaufen zu lassen, wie durch Pfeil 8 angedeutet.
• Geht es darum, ein langgestrecktes Werkstück 9 zu erwärmen, wie dies in Abb. 2 dargestellt, so wird das Werkstück in Richtung des Pfeiles 10 zu bewegen sein. Erwärmt wird hierbei jeweils der Abschnitt 11, der zwischen den Elektroden 6 liegt, und zwar auf eine Tiefe, die der Trequenz des angewendeten Wechselstromes entspricht, wie dies an sich bekannt ist. Der' zur Aufrechterhaltung der Licht:bögen 7 gleichzeitig fließendem Gleichstrom wird außerdem eine Ervifärmung über den gesamten Querschnitt bewirken, der sich aber in verhältnismäßig niedrigen Grenzen hält.
• . Nach Abb. 3 könnte ein quaderförmiges Werkstück 12 über, den gesamten Querschnitt oder auch nur an der Oberfläche erwärmt werden, indem es in Richtung des Pfeiles 13 quer zum Abstand der Elektroden 6 voneinander bewegt wird.
• # Als Elektroden eignen sich verschiedene Werkstoffe. Sie müssen der Bedingung entsprechen, keinen zu großen Abbrand ##zu zeigen. Es dürfte besonders zweckmäßig sein, Elektroden aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit Silber, Wolfram, Cadmium od. dgl. z# verwenden. Auch Graphit- oder Kohleelektroden sind anwendbar. EineKühlung der Elektroden mit Gasen oder Flüssigkeiten# kann angewendet worden.
• Das Verfahren geinäß derli Erfindung ist nicht be- schränkt auf ein Erwärmon der Werkstücke, wie es beispielsweise notwendig wird, um eine nachfolgende Warmformgebung zu ermöglichen oder um eine Beeinflussung des Gefüges zu erzielen, sondern auch für das Erhitzen zum Zwecke des Schweißens. So ist es beispielsweise möglich, die Längsnaht von Rohren zu schweißen, indem die Lichtbögenfußpunkte in der Nähe je einer Nahtkante vorgesehen werden, und zwar in einem gehörigen, die Erwärmung der Kanten gewährleistenden Abstand von der sich in Achsrichtung bewegenden Schweißstelle.
• In Abb. 4 ist dies schematisch angedeutet. Die Elektroden mit ihren Lichtbögen 7 befinden sich in der Nähe der Kanten 14 und in einem gehörigen Ab- stand von der Schweißstelle 15, so daß der zugeführte Wechselstrom entlang der Kanten 14 über den Schweißpunkt 15 hinweg fließt, wobei auf diese Weise in den Nahtkanten eine Vorwärmung herbeigeführt wird.
• Außer für das Schweißen von Uängsnahtrohren ist das Verfahren gemäß der Erfindung auch anwendbar auf das Schraubennahtschweißen von Rohren. Hierbei werden, wie aus Abb. 5 -ersichtlich, die Fußpunkte der Licht:bögen kurz vor der Schweißstelle 16 an den gegenüberstehenden Kanten 17 des in die in der Zeichnung nicht dargestellte Wickeleinrichtung einlaufenden Bandes 18 angesetzt werden.

Claims (2)

1. PATENTANNPRÜCHE: 1. Verfahren zum Zuführen von Wechselstrom mit 50 Hz und höherer Frequenz zu Werkstücken, die konduktiv -über den gesamten Querschnitt oder partiell erhitzt worden sollen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung eines Gleichstromes an zwei Stellen des Werkstückes Lichtbogen gezogen und dem vorzugsweise gegenüber den Lichtbogenelektroden bewegten Werkstück der Wechselstrom über die Lichtbögen zu- und abgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück axial umläuft. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und gegebenenfalls 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück sich in Richtung des Elektrodenabstandes bewegt. 4. Verfahren nach Anspruch 1, daduxch gekennzeichnet, daß das Werkstück sich quer zum Elekrodenabstand bewegt. - 5. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadürch gekennzeichnet, daß zux Speisung zweier in einem dem zu erwärmenden Werkstückabschnitt entsprechenden Abstand angeordneten richtbogenelekroden eine Gleich- und eine Wechselstromquelle in Parallelschaltung zueinander vorgesehen sind. 6. Anordnung nach Anspruch5, dadurch ge- kennzeichnet, daß zwischen Gleichstrom- und Wechselstromquelle Indtiktivitäten und Kapazitäten eingeschaltet sind, um eine schädigende Beeinflussung des Gleichstromerzeugers durch die Wechselstromquelle, und umgekehrt, zu verhindern. 7. Anwendung des Verfahiens und der Anordnung nach Anspruch 1 bis 6 auf das Längsnahtschweißen von Rohren in der Weise, daß die Lichtbögenfußpunkte in der Nähe je einer Nahtkante und in einem gehörigen, die Erwärmung der Kanten gewährleistenden Abstand von der sich in Achsrichtung bewegenden Schweißstelle vorgesehen werden. 8. Anwendung des Verfahrens und der Anordnung nach Anspruch 1 bis 6 auf das Schraubennahtschweißen von Rohren, derart, daß die Fußpunkte der Lichtbögen kurz vor der Schweißstelle an den gegenüberstehenden Kanten des in die Wickeleinrichtung einlaufenden Bandes vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 60217, 934297; deutscheAuslegeschriften Nr. 1101655, 1117 23 1; USA.-Patentschrift Nr. 1495 272.