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Verfahren zum Überlapptschweißen zweier dünner Metallblechteile mittels
Hochfrequenz Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überlapptschweißen zweier
dünner Metallblechteile mittels Hochfrequenz.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Zusammenschweißen von zwei aus Metallplatten
bestehenden Werkstücken bekannt, bei dem auf die Oberfläche des einen Werkstückes
in einem bestimmten Bereich eine dünne Abstandsschicht aus wenigstens teilweise
isolierendem Material aufgebracht wird, dann auf die obere Fläche des ersten Werkstückes
und auf die Abstandsschicht ein zweites Werkstück aufgelegt und in dem bestimmten
Bereich zwischen den einander zugewendeten Seiten der Werkstücke elektrisch leitende
Mittel zur Herstellung einer innigen elektrischen Punktberührung zwischen den beiden
Werkstücken angeordnet werden und schließlich den beiden Stükken Hochfrequenzstrom
zugeführt wird. Dabei erstreckt sich die Schweißung etwa über einen Bereich, der
durch zwei zwischen den Platten im Abstand voneinander angeordnete Isolierstreifen
bestimmt ist, wobei die Schweißung außer von der gegenseitigen Anordnung der beiden
Isolierstreifen von der Lage eines ersten Punktes unmittelbarer Berührung zwischen
den zu verschweißenden Platten sowie von der Lage der Elektroden und schließlich
von der Anordnung und Lage eines äußeren Stromleiters abhängig ist. Hierbei sind
die beiden Isolierstreifen insofern unbedingte Voraussetzung für die Durchführung
des Verfahrens, als durch sie ein bestimmter Abstand zwischen den sich überlappenden
Teilen der beiden zu verschweißenden Platten festgelegt bzw. bestimmt wird, der
im Schweißbereich durch eine vorwärts kriechende Masse aus geschmolzenem Metall
ausgefüllt werden soll. Eine einwandfreie Schweißung kann auf diese Weise nicht
erreicht werden, da die geschmolzene Metallmasse nach ihrer Erkaltung infolge des
zwischen den überlappten Teilen bestehenden Abstandes, auch wenn dieser so gering
wie möglich bemessen wird, einen größeren Raum einnehmen muß als vor dem Schmelzen,
so daß das Gefüge des Metalls im Schweißbereich geschwächt sein muß, es sei denn,
das die obere Metallplatte, wenn das Metall an ihrer Unterseite schmilzt, in dem
Erhitzungsbereich nach unten nachgibt und sich dicht auf das geschmolzene Metall
der unteren Platte auflegt. Hierdurch würde aber die obere Platte im Schweißbereich
dünner werden. Außerdem ist es bei dem bekannten Verfahren, wenn die zu verschweißenden
Platten gleichmäßig und stetig vorwärts bewegt würden, unmöglich, eine gleichmäßige
Schweißung zu erreichen, weil der jeweils durch die Spitze des vorwärts kriechenden
geschmolzenen Metalls fließende Strom einem magnetischen Feld ausgesetzt ist, das
durch die Ströme an den Seiten des Schlitzes erzeugt wird und ein magnetisches Austreiben
des Metalls bewirkt mit dem Ergebnis, daß in dem Zwischenraum zwischen den zu verschweißenden
Platten, statt daß dieser dem geschmolzenen Metall satt ausgefüllt wird, Hohlräume,
Rillen u. dgl. entstehen.
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Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile und Schwierigkeiten
vermieden und ein Verfahren geschaffen werden, bei dessen Anwendung dünne Metallteile,
z. B. dünne Bleche, und insbesondere plattierte Metallteile, z. B. verzinntes Stahlblech,
mit einer überlappungsnaht und vorzugsweise mit einer völlig abgeflachten überlappungsnaht
mit großer Arbeitsgeschwindigkeit einwandfrei miteinander verschweißt werden können.
Die Erfindung geht bei der Lösung dieser Aufgabe davon aus, daß bei dem als bekannt
angeführten Verfahren die Außenflächen der Metallplatten beim Erhitzen ebenfalls
nicht erweichen sollen und auch eine große Schweißgeschwindigkeit erreicht werden
soll. Ferner geht die Erfindung davon aus, daß bereits Verfahren und Einrichtungen
zum Zusammenschweißen der gegenüberliegenden Ränder eines rohrförmig gestalteten
Metallstreifens mittels
Hochfrequenzstrom bekannt sind, bei denen
die gegenüberliegenden Ränder einen V-förmigen Spalt zwischen sich einschließen
und bei Erreichen des. Schweißpunktes in Berührung miteinander kommen. Der Schweißpunkt
liegt dabei an der Spitze des Spaltes, und der Hochfrequenzheizstrom wird durch
Elektroden zugeführt, die an den gegenüberliegenden Rändern des Spaltes so angeordnet
sind, daß der 'Strom von den Elektroden entlang den Spalträndern zu dem Schweißpunkt
und wieder zurückfließt, wobei die Spalt- bzw. Schweißränder auf Schweißtemperatur
erhitzt werden und dann stumpf zusammengeschweißt werden.
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Wenn auch dieses Verfahren zum Stumpfschweißen von Rohren oder anderen
Metallteilen gut geeignet ist, so treten doch beim Zusammenschweißen von dünnen
Metallteilen Schwierigkeiten insofern auf, als die Lage der gegenüberliegenden Ränder
genau eingehalten werden muß, damit die Schweißränder in gleichmäßige Berührung
kommen und der für eine gleichmäßige und regelmäßige Schweißnaht erforderliche Anpreßdruck
ausgeübt werden kann. Irgendwelche Unregelmäßigkeiten in dem Verlauf der gegenüberliegenden
Schweißränder verursachen eine unbefriedigende Schweißung, da lediglich diejenigen
Teile der Schweißränder, die tatsächlich in gute Berührung miteinander gebracht
werden, miteinander verschweißt werden. Wenn beispielsweise einer der Schweißränder
stärker gebogen ist als der andere Schweißrand, so kann schon aus diesem Grunde
nur eine unbestimmte und unregelmäßige Schweißung entstehen, ganz abgesehen davon,
daß es kaum erreicht werden kann, die gegenüberliegenden Ränder der dünnen und biegsamen
Metallbleche mit genügendem Anpreßdruck gegeneinanderzupressen.
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Es sind weiterhin überlappungsschweißungen unter Anwendung von anderen
Erhitzungsverfahren vorgeschlagen worden. Die Ergebnisse dieser Verfahren sind aber
im allgemeinen unbefriedigend, unregelmäßig und gering. Auch sind diese bereits
vorgeschlagenen Verfahren nicht zum überlappten Schweißen von plattiertem Metall,
z. B. verzinntem Stahlblech, geeignet, weil mit ihnen eine wirkliche Schweißung
des Metalls gegenüber den verzinnten Oberflächen nicht erreicht und auch keine abgeflachte
überlappung hergestellt werden kann, bei der störende und unerwünschte überlappungen
mit vorstehenden Rändern vermieden sind.
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Demgegenüber wird durch die Erfindung ein Verfahren zum überlapptschweißen
zweier dünner Metallblechteile mittels Hochfrequenz vorgeschlagen, bei dem ohne
Erweichung der Außenflächen die zu verschweißenden Teile bis auf die Schweißstelle
in einem Spalt voneinander entfernt gehalten werden, längs dessen einer Seite der
Hochfrequenzstrom hin- und längs dessen gegenüberliegender Seite der Hochfrequenzstrom
bei großer Vorschubgeschwindigkeit der Metallblechteile relativ zum Schweißpunkt
zurückgeführt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schweißung unter
an den Außenflächen der Überlappungsränder angreifendem Preßdruck erfolgt, dessen
Fortschreiten gegenüber den Metallblechteilen die Schweißgeschwindigkeit bestimmt.
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Die Arbeitsgeschwindigkeit kann dabei doppelt so groß oder größer
sein als die bisher bei Schweißungen bekannte Arbeitsgeschwindigkeit. Zum Beispiel
haben Versuche in Verbindung mit der Anwendung der Erfindung ergeben, daß sich eine
außerordentlich befriedigende überlappte Schweißung bei einer Arbeitsgeschwindigkeit
von etwa 213 min der Minute oder mehr ergibt.
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Die Erfindung ist besonders geeignet, um Rohrformlinge aus sehr dünnem
verzinntem Metallblech, z. B. Stahlblech oder Blechen aus Aluminium oder Legierungen
aus diesem, zu schweißen, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von Konservenbüchsen
oder Büchsen für Flüssigkeiten oder anderen Materialien benötigt werden.
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Bei der Anwendung der Erfindung ergeben sich Schweißstellen mit überraschenden
und völlig neuen Charakteristiken. Zunächst können dadurch, daß die miteinander
zu verschweißenden Metallteile in überlappungsberührung miteinander gebracht werden,
die Hitze und der Druck so angewendet werden, daß die Schweißnaht, im Querschnitt
gesehen, diagonal zwischen den gegenüberliegenden Flächen liegt, wobei jedoch die
Schweißung eine solche Qualität hat, daß die genaue Lage der Schweißnaht bei einem
geätzten Querschnitt im Schweißbereich und auch bei hoher Vergrößerung nicht festgestellt
werden kann. Dabei kann das Metall im Schweißbereich so abgeflacht werden, daß es
im wesentlichen die gleiche Dicke hat wie eine einzige Lage des Metallbleches. Auch
in Fällen, in denen die Schweißung bei plattiertem Metall, z. B. verzinntem Stahlblech
od. dgl., hergestellt wird, ist die diagonale Linie, in der die Schweißung stattgefunden
hat, innerhalb der inneren Teile des Schweißbereiches nicht feststellbar. Dabei
ist das den Überzug bildende Zinn im wesentlichen abgesondert, so daß Stahl mit
Stahl verschweißt ist. Bei dem Verschweißen von plattiertem Metall erscheint dagegen
an den Enden der im Querschnitt diagonal verlaufenden Schweißnaht an der oberen
und unteren Fläche des Metallbleches jeweils eine kleine Anhäufung von verdrängtem
Zinn oder anderem überzugsmaterial, wobei diese kleinen Anhäufungen im Querschnitt
als kleine oberflächliche Mulden im Metall erscheinen, von denen eine Oberfläche
jeweils mit dem sonstigen Teil der Fläche des Metallbleches bündig liegt. Diese
Mulden gewährleisten, daß die Schweißnaht sowie die anderen Teile des Metallbleches
plattiert bleiben, ohne daß die Plattierung infolge der Schweißung unterbrochen
wird. Sie gewährleisten ferner, daß weder an der oberen noch an der unteren Fläche
des Metallbleches Risse oder Spalten entlang der Schweißnaht verbleiben und daß
die verschweißten Ränder gegen Korrosion geschützt sind.
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Ferner findet die Schweißung entlang einer kurzen Linie statt, die
im rechten Winkel zu den erhitzten Schichten verläuft. Die Elektrode, die an dem
unteren Teil der überlappung angewendet wird, kann in geringem Abstand von dem Rand
dieses Metallteiles angeordnet sein, so daß sie den Rand des obenliegenden überlappenden
Metallteiles nicht beeinträchtigt. Die Elektrode für den obenliegenden überlappenden
Teil kann vorzugsweise an der oberen Fläche dieses Teiles angeordnet sein, trotzdem
geht aber der Hochfrequenzstrom von dort um den Rand herum zu der Unterseite und
wird entlang der unteren Fläche des obenliegenden überlappenden Randes konzentriert,
um diese Flächen zu erhitzen. Der Strom von der Elektrode an dem untenliegenden
Metallteil geht ebenso an einem Streifen an der oberen Fläche des untenliegenden
Metallteiles entlang bis zum Schweißpunkt. Der Strom wird dabei gezwungen, in dichter
Konzentration entlang diesen Schichten an den gegenüberliegenden,
sich
nähernden Flächen der Metallteile zu fließen. Dabei werden diese Schichten in einer
im wesentlichen der Breite der überlappung entsprechenden Breite auf Schweißtemperatur
erhitzt; dies ist auf die gegenseitige Induktionswirkung der Ströme an der oberen
und unteren gegenüberliegenden Fläche zurückzuführen, die mehr und mehr konzentriert
und auf die tatsächlichen Oberflächen der Spaltränder beschränkt wird, je näher
diese sich kommen. Hierdurch wird erreicht, daß bei der vorerwähnten hohen Arbeitsgeschwindigkeit
der Schweißung die untere Fläche des in der überlappung untenliegenden Metallteiles
und die obere Fläche des obenliegenden Metallteiles. auf einer unter der Schweißtemperatur
liegenden Temperatur und damit in solchem Zustand gehalten werden, daß das Metall
zum Abflachen der Überlappung zusammengeschmiedet werden kann, obgleich die gegenüberliegenden
Flächen der überlappungsränder, die auf Schweißtemperatur erhitzt werden, nur wenig
von den fest bleibenden Flächen der Überlappungsränder entfernt sind. Dies ermöglicht
es gemäß der Erfindung, unmittelbar über dem Schweißpunkt und unmittelbar unter
dem Schweißpunkt je eine Druckrolle anzuordnen, ohne das Metallblech an den Stellen,
an denen die Druckrollen angreifen, zu beschädigen, zu verformen oder sonstwie zu
beeinträchtigen. Durch die Anordnung dieser Rollen oder sonstiger druckaufnehmender
bzw. druckausübender Teile wird erreicht, daß die sich überlappenden Flächen fest
gegeneinandergepreßt und gegebenenfalls auf das Dickenmaß des einfachen Metallbleches
abgeflacht werden können, wodurch eine sehr gute Schweißung gebildet wird, ohne
daß die Gefahr besteht, daß das Metall an der Schweißnaht Ausbauchungen oder sonstige
Abweichungen aufweist, die eine unregelmäßige Schweißung bewirken könnten. Die genannten
Faktoren machen es in ihrer Zusammenwirkung möglich, daß die erwähnten, überraschend
hohen Schweißgeschwindigkeiten erreicht werden können, die für die praktische Anwendung
der Erfindung von wesentlicher Bedeutung sind, da sonst die Hitze von den miteinander
in Schweißberührung zu bringenden Oberflächenschichten infolge der Wärmeleitfähigkeit
des Metalls eine Erhitzung und übermäßige Erweichung der Metallflächen bewirken
würde, an denen die Druckrollen angreifen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung. In der Zeichnung zeigt Fig.l eine schematische schaubildliche Ansicht
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zum Schweißen
von Rohren, z. B. von Rohren für die Herstellung der obenerwähnten Konservenbüchsen
od. dgl., Fig. 2 einen senkrechten Teilschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig.3 eine schaubildliche Teilansicht, in der die Wege bzw. Schichten dargestellt
sind, in denen der Heizstrom gemäß der Erfindung fließt, Fig.4 einen Teilquerschnitt
entsprechend der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 in einer der Fig. 1 entsprechenden
schematischen Darstellung eine Anwendungsform der Erfindung zum Schweißen von Metallstreifen,
die zur Bildung eines anderen Gegenstandes als ein Rohr dienen, wobei hier bestimmte
zusätzliche Merkmale dargestellt sind, Fig. 6 einen senkrechten Schnitt nach der
Linie VI-VI der Fig. 5, Fig. 7 einen senkrechten Schnitt, der die Anordnung bestimmter
Spreizmittel zeigt, die z. B. in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Fig.
1 bis 6 angewendet werden können, um die gegenseitige Lage der sich überlappenden
Ränder an bestimmten Stellen vor dem Schweißpunkt zu regeln, und Fig. 8 eine mikrofotografische
Aufnahme eines geätzten Querschnittes im Schweißbereich einer Schweißung" die gemäß
der Erfindung hergestellt ist (die dunklen Schichten entlang den Rändern dieser
Figur liegen im Hintergrund).
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In Fig. 1 ist ein Rohrstück 10 dargestellt, das in Richtung des eingezeichneten
Pfeiles z. B. durch die Walzen 11 oder andere, nicht dargestellte Walzen oder sonstige
Vorrichtungen bekannter Art gegenüber der Schweißvorrichtung vorwärts bewegt wird.
Wie es bei Rohrwalzen od. dgl. bekannt ist, können solche Walzen an verschiedenen
Stellen vor der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung angeordnet sein, durch die ein
Rohrformling gebildet wird, der im oberen Teil einen in Fig. 1 mit 12 bezeichneten
Spalt besitzt, dessen gegenüberliegende Spaltränder hier mit 13 und 14 bezeichnet
sind. Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird der Rohrformling mit
einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 90 bis 213 m in der Minute oder auch mit
einer größeren Geschwindigkeit, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 300 bis 600
m in der Minute, vorwärts bewegt. Im allgemeinen wird die obere Grenze der Schweiß-
bzw. Arbeitsgeschwindigkeit durch die obere Geschwindigkeitsgrenze bestimmt, mit
der der geschweißte Gegenstand weggenommen und in einzelne Stücke geschnitten werden
kann. Dieses Arbeitstempo wird im allgemeinen maßgebender sein als die Geschwindigkeit,
mit der die Schweißung selbst durchgeführt werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist die Vorschubvorrichtung so bemessen und ausgebildet,
daß die Ränder 13, 14 des Spaltes 12 in einer bestimmten Lage übereinander zur Überlappung
kommen, wie es in dem Querschnitt nach Fig. 4 dargestellt ist. Bei der Vorschubbewegung
verringert sich die Weite des Spaltes 12 vor dem »Schweißpunkt<;, der in Fig.
3 mit W bezeichnet ist, sehr rasch.
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Kurz vor dem Schweißpunkt W sind an beliebigen, nicht dargestellten
Haltemitteln zwei flüssigkeitsgekühlte Kontaktglieder oder Elektroden 15, 16 so
angeordnet, daß sie in Gleitberührung mit den miteinander zu verschweißenden Metallteilen
stehen. Diese Elektroden 15, 16 sind jeweils an die Klemmen einer Hochfrequenzstromquelle
angeschlossen und können die gleiche Ausbildung aufweisen wie die Kontaktglieder
oder Elektroden des obenerwähnten, bereits vorgeschlagenen Verfahrens bzw. der entsprechenden
Vorrichtung. Wie bei diesem Verfahren kann die Hochfrequenzstromquelle einen Strom
mit der Frequenz in der Größenordnung von etwa 100 Kilohertz oder vorzugsweise mehr
liefern, z. B. mit einer Frequenz von 300 bis 500 Kilohertz. Der solche Frequenzen
aufweisende Strom folgt Wegen in Form von Schichten, wie sie in Fig. 3 dargestellt
sind. Die Elektrode 15 ist, wie dargestellt, so angeordnet, daß sie die obere Fläche
des überlappenden Teiles berührt, wobei die Elektrode gegebenenfalls etwas hinter
der tatsächlichen Kante 13 dieses Teiles angeordnet sein kann. Obgleich die Elektrode
15 die obere Fläche des überlappenden Teiles berührt, folgt
der
Stromfluß zu und von der Elektrode weg einem Weg an der Oberfläche des Metalls in
Form eines Streifens, der sich nach dem Rand 13 in und über diesen weg, wie bei
17 eingezeichnet, erstreckt und dann um den Rand 13 herum an die Unterseite des
überlappenden Teiles läuft, so daß ein erhitzter Streifen des Heizstromes an der
Unterfläche des überlappenden Teiles entsteht, wie er bei 18 eingezeichnet ist.
Die Elektrode bzw. das Kontaktglied 16 kann so angeordnet sein, daß es die obere
Fläche des unterliegenden Metallteiles berührt, wobei das Kontaktglied ebenfalls
vorzugsweise etwas hinter dem Rand 14 angeordnet ist, so daß es nicht mit dem oberen
Randteil 13 in Berührung kommen kann. Der Stromfluß zu und von der Elektrode 16
verläuft unmittelbar von der Elektrode über einen Heizstreifen 19 zu einem Streifen
20 an der oberen Fläche dieses unterliegenden Metallteiles. Infolge der starken
gegenseitigen Induktionswirkung zwischen den Heizstromstreifen 18 und 20 und infolge
der vorerwähnten hohen Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Vorschubgeschwindigkeit und der
damit verbundenen, nur kurzfristigen Anwendung des Heizstromes wird die Erwärmung
auf die sich nähernden Streifenflächen beschränkt und konzentriert, so daß diese
auf diese tatsächliche Schweißtemperatur nur in einer Tiefe von etwa 0,025 mm oder
möglicherweise noch weniger erhitzt werden. Auf diese Weise werden die anderen Metallteile,
d. h. die Unterfläche des unterliegenden Metallteiles und die obere Fläche des oberliegenden
überlappenden Metallteiles, mit Sicherheit gegen Erweichung geschützt. Demgemäß
ist es ohne Beschädigung oder sonstige Beeinträchtigung der Metallflächen möglich,
innerhalb des Rohres unmittelbar unter dem Schweißpunkt W Stützmittel, z. B. eine
Metallrolle 21, anzuordnen, gegen die der überlappende Metallteil z. B. durch eine
obere Druckrolle oder sonstige Anpreßmittel 22 fest angepreßt werden kann, die unmittelbar
über dem Schweißpunkt W angeordnet sind. Die Druckrolle 22 oder das entsprechende
Anpreßmittel kann durch Feder- oder Gewichtskraft angepreßt werden, die in der Richtung
des bei 23 eingezeichneten Pfeiles zur Wirkung kommt. Auf diese Weise werden die
Druckrollen 21, 22 od. dgl. jeweils unmittelbar unter und über dem Schweißpunkt
gegeneinandergepreßt, so daß, obwohl die miteinander zu verschweißenden Metallteile
sehr dünn sind, keine Möglichkeit besteht, daß die sich überlappenden Metallteile
keinen Druck erhalten oder vibrieren und ihre Lage in einer solchen Weise ändern
können, daß eine unregelmäßige Schweißurig entsteht. Obwohl auf diese Weise die
zur Durchführung der Schweißurig erweichten Ränder der Metallteile zwischen den
Druckrollen liegen, kommen sie zu keinem Zeitpunkt mit diesen Druckrollen in Berührung,
da die Druckrollen lediglich diejenigen Flächen der Metallteile berühren, die unter
der Schweißtemperatur bleiben. Es kann daher ein derart starker und gleichmäßiger
Anpreßdruck ausgeübt werden, daß eine ausgezeichnete Schweißurig mit einer sehr
guten Verschmiedung der E beiden Metallteile entsteht.
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In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß es zweckmäßig ist, wenn
der Streifen 18 in der Zeit, bis er den Schweißpunkt erreicht, auf dieselbe Schweißtemperatur
wie der erhitzte Streifen 20 er- t hitzt wird. Da jedoch der Stromweg für den Streifen
18 zunächst bei 17 über die Kante des Randes 13 verläuft, ist der Stromweg für diesen
Streifen etwas größer. Um aber zu gewährleisten, daß der Streifen 18 auf dieselbe
Temperatur erhitzt wie der Streifen 20, wird die Elektrode 16 vorzugsweise etwas
näher an dem Schweißpunkt W angeordnet als die Elektrode 15.
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Die erhitzten Flächenstreifen 18 und 20 sind in Fig. 4 im Querschnitt
durch Anwendung von etwas stärker ausgezogenen Linien dargestellt. Zwischen diesen
beiden Streifen entsteht naturgemäß ein elektromagnetisches Feld. Infolge der kräftigen
gegenseitigen Induktionswirkung zwischen diesen beiden Streifen und infolge des
Umstandes, daß das elektromagnetische Feld konzentriert und weitestgehend in dem
Raum zwischen diesen beiden Streifen beschränkt wird, kann die Erhitzung der Oberflächenteile
auf Schweißtemperatur im wesentlichen gerade auf die Flächenteile begrenzt werden,
die sich über Lappen. Auf diese Weise werden die überlappten`' Teile trotz Änderungen,
die in der überlappung vorgenommen werden können, restlos miteinander verschweißt,
ohne daß etwa uriverschweißte Randteile oder Spalte an der Innen- oder Außenwandung
des Rohres verbleiben. Demgegenüber wurde bei der bisherigen Anwendung von Niederfrequenzstrom
zum Erhitzen des Metalls für das Schweißen oder von Gleichstrom oller gewöhnlichem
Wechselstrom der Strom über den gesamten überlappungsbereich verteilt, so daß das
Metall im gesamten überlappungsbereich erweicht wurde und nur eine langsame, unsichere
und unregelmäßige Schweißurig erreicht werden konnte, die im Gegensatz zu der vorbeschriebenen
Anwendung von Hochfrequenzstrom nicht auf die sich überlappenden Flächen beschränkt
war.
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Zur Lagerung der inneren Druckmittel, d. h. der Druckrolle 21, können
innerhalb des Rohres geeignete isolierende Lagermittel 30 fest angeordnet
sein, die sich mittels Rollen 31 auf der Innenfläche des Rohres 10 abstützen. Diese
Lagermittel werden durch einen Schaft 32 in ihrer Stellung gehalten, der an einer
vor der Zusammenführung der Spaltränder gelegenen Stelle verankert ist. Nach der
Zeichnung ist die Stützrolle 21 vorzugsweise unmittelbar unter dem Schweißpunkt
W angeordnet, sie kann jedoch gegebenenfalls auch etwas vor dem Schweißpunkt derart
angeordnet sein, daß sie die untere Fläche des unterliegenden Metallteiles in einer
bestimmten Höhe zu der oberen Druckrolle 22 hält.
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Damit bei der Durchführung der Schweißurig der Verlust an Heizstrom
durch Abfließen desselben in der Umfangsrichtung des Rohres auf ein Geringstmaß
zurückgeführt wird, können in dem festen Rollenlager 30 Kernelemente 33, 33' angeordnet
sein, durch welche die Induktanz der Stromwege in der Umfangsrichtung des Rohrmaterials
gesteigert wird. Diese Kernmittel können wie bei dem bereits vorgeschlagenen Verfahren
bzw. der entsprechenden Vorrichtung in bestimmter Anzahl angeordnet sein und aus
gesintertem magnetischem Oxyd bestehen, einem Isoliermaterial, das vorzugsweise
bekannter Art sein kann und einen niedrigen Verlustfaktor sowie einen hohen spezifischen
Widerstand hat. Beispielsweise kann das unter der Handelsbezeichnung »Ferramic«
bekannte Material der General Ceramic und Steatit Corporation verwendet werden.
Im Hinblick auf die großen Verluste, die sonst bei der Anwesenheit des obererwähnten
Hochfrequenzfeldes entstehen würden, soll das Kernmaterial derart sein, daß in ihm
Wirbelstromverluste verringert werden,
während die Permeabilität
des Materials wesentlich größer als 1 sein soll. Damit das überhitzen dieser Kernmittel
verhindert wird, kann in dem festen Rollenlager 30 an ihnen eine Kühlflüssigkeit,
z. B. Wasser, zirkulieren, das durch die Rohre 35 und 36 zu- und abgeführt wird.
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Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie bedeutend für die
Durchführung von Überlappungsschweißungen bei Material, das nur einige Hundertstelmillimeter
dick ist und z. B. eine Dicke in der Größenordnung von Tausendstehnillimeter haben
kann. In vielen Fällen ist aber die Erfindung auch für das Zusammenschweißen von
dickerem Metall gut geeignet.
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Zum Schweißen von z. B. aus dünnem Stahlblech bestehenden Rohrformlingen,
wie sie für die Herstellung von Büchsen aus Metallblech mit einer Wanddicke von
beispielsweise etwa 0,08 bis etwa 0,4 mm benötigt werden, kann das zu dem Rohrformling
geformte Material so vorwärts bewegt werden, daß die Ränder des Metalls sich an
dem Schweißpunkt etwa um 0,4 bis etwa 0,5 mm überlappen. Das Kontaktglied 16, das
den untenliegenden Metallteil berührt, kann dabei so angeordnet sein, daß sein dem
Schweißpunkt W zugekehrter Rand von dem Schweißpunkt etwa 25 mm entfernt ist. Dieses
Kontaktglied kann dabei z. B. 6 mm hinter der Kante 14 des untenliegenden Metallteiles
angeordnet sein. Das andere Kontaktglied 15 kann an oder dicht an dem Rand 13 des
obenliegenden überlappungsmetalls in einem etwas weiteren Abstand von dem Schweißpunkt
als das Kontaktglied 16 angeordnet sein, z. B. 3 mm vor dem Schweißpunkt. Die sich
überlappenden Metallteile können in einem solchen Winkel zusammengebracht werden,
daß in einer Entfernung von 50 mm vor dein Schw°ißpunkt W die gegenüberliegenden
Flächen der sich überlappenden Bereiche etwa 3 nun auseinnander liegen. Bei dieser
Anordnung bzw. Ausbildung kann Hochfrequenzstrom mit einer Frequenz von z. B. 1.00
Kilohertz den Kontaktgliedern zugeleitet werden, wobei ein 50-Watt-Hochfrequenzgenerator
verwendet wird, der den Strom mit einer Spannung von 200 Volt über einen Hochfrequenztransformator
liefert, der eine Abwärtstransformierung im Verhältnis von 8:1 bewirkt. Unter diesen
Bedingungen wird der Rohrformling vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von
91 bis 152 m, gegebenenfalls auch einer Geschwindigkeit bis zu 600 m in der
Minute vorwärts bewegt. Wenn der Rohrformling aus Aluminium statt aus Stahl besteht,
können diese Faktoren wie folgt geändert werden: Der Abstand der Kontaktglieder
von dem Schweißpunkt kann verkürzt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit kann gesteigert
und der Druck an den Druckrollen reduziert werden.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten abgeänderten Ausführungsform der Erfindung
sind die miteinander durch überlappungsschweißung zu verschweißenden Metallteile
mit 10 u und 10 b bezeichnet, während die anderen Teile, die auch bei der
Ausführungsform nach Fig. 1 vorhanden sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet
sind wie in den anderen Figuren. Fig.6 zeigt in einem senkrechten Querschnitt, in
welcher Weise die Druckrollen die überlappten Metallteile an dem Schweißpunkt berühren.
Für den Fall, daß die miteinander zu verschweißenden Metallteile aus demselben Metall
bestehen und ihre Randteile dieselbe Dicke haben, können die Elektroden 15' und16'
nach Fig. 5 etwa in dem gleichen Abstand von dem Schweißpunkt angeordnet werden.
Wenn jedoch der eine oder der andere der Metallteile eine größere Wärmestreuung
oder wärmeabsorbierende Eigenschaft hat als der andere, so daß er eine etwas längere
Zeit braucht, um auf die genaue Schweißtemperatur erhitzt zu werden, so wird die
Elektrode für diesen Metallteil in etwas größerem Abstand von dem Schweißpunkt angeordnet
als die andere Elektrode. Diese ist auch dann erforderlich, wenn einer der Metallteile
aus einem Metall besteht, das, zur Durchführung einer wirkungsvollen Schweißung
auf eine höhere Schweißtemperatur erhitzt werden muß als das andere Metall.
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In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, Mittel zur weiteren
Konzentrierung des Stromes entlang den zu erhitzenden Flächenstreifen anzuordnen
und den höchstmöglichen Grad der in Fig. 4 dargestellten und in bezug auf diese
Figur erläuterten Bedingungen zu erreichen. Wenn Schwierigkeiten für die Beschränkung
der Erhitzung auf diese Oberflächenstreifen in der erläuterten Weise auftreten,
so können Elemente 38 und 39 aus dem bereits oben beschriebenen magnetischen Material
angeordnet werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die Elemente werden etwas hinter
dem Rand der sich überlappenden Metallteile angeordnet und haben jeweils auch einen
geringen Abstand von der oberen bzw. der unteren Fläche der Metallteile 10
a und 10 b. Hierdurch wird die Impedanz der Stromwege hinter den sich
überlappenden Metallteilen gesteigert.
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Damit das Maß der überlappung der zu verschweißenden Metallteile bei
ihrer Annäherung an die Schweißvorrichtung genau eingehalten werden kann, können
an geeigneten, nicht dargestellten Trägern isolierende Abstandhalter 40, 41 in den
aus Fig.7 ersichtlichen Stellungen angeordnet sein. Diese Elemente 40, 41 können
z. B. aus Kunstharz oder einem keramischen Material bestehen, das temperatur- und
verschleißfest ist. Die Elemente 40, 41 können kurz vor den Elektroden 15, 16 bzw.
15', 16' angeordnet sein.
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Gegebenenfalls können die zu verschweißenden Ränder statt mit rechtwinklig
zu den Oberflächen des Metallbleches verlaufenden Kanten mit gegenseitig abgeschrägten
Schweißkanten versehen sein. Auch können die tatsächlichen Schweißränder des einen
oder der beiden miteinander zu verschweißenden Metallteile in dem überlappungsbereich
in Richtung auf den anderen Metallteil leicht gefaltet sein. Hierdurch wird gewährleistet,
daß die tatsächlichen Schweißkanten bei ihrer Annäherung dicht vor dem Schweißpunkt
in dem für eine gute Schweißung erforderlichen Maße erhitzt werden.
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In Fig.8 ist eine mikrofotografische Aufnahme eines geätzten Querschnittteiles
im Bereich einer gemäß der Erfindung hergestellten Schweißung dargestellt. Dabei
wurden zwei Teile aus dünnem Stahlblech, wie es gewöhnlich für die Herstellung von
Büchsen verwendet wird, miteinander verschweißt, die an beiden Flächen mit einer
sehr dünnen Schicht aus Zinn überzogen bzw. plattiert waren. Das Metallblech hatte
dabei eine Dicke von etwa 0,28 mm. Bei der Herstellung der Schweißung wurde durch
die Druckrollen ein solcher Anpreßdruck auf die überlappten Teile ausgeübt, daß
sie beim Zusammenschweißen im wesentlichen auf eine Stärke zusammengepreßt wurden,
die der Dicke eines einzigen
Metallbleches entsprach. Die obere
und die untere Fläche im Schweißbereich lagen daher im wesentlichen bündig mit den
oberen und unteren Flächen des Metallbleches in den übrigen Bereichen. Hierbei ergab
sich eine Schweißung, die im Ouerschnitt gesehen, entlang einer diagonalen Linie
zwischen den Oberflächen des Metallbleches und im wesentlichen in der durch die
Pfeile 45 angedeuteten Richtung verlief. Die genaue Lage der Schweißnaht im mittleren
Teil des Metallbleches, ist dabei, wie sich aus Fig. 8 ergibt, nicht zu erkennen,
obwohl diese Figur eine mikrofotografische Aufnahme mit einer über 100fachen Vergrößerung
darstellt. Berücksichtigt man, daß die überlappten und zur Herstellung der Schweißung
in Berührung miteinander gebrachten Flächen ursprünglich mit einem Zinnüberzug versehen
waren, so ergibt sich, daß die schnelle und konzentrierte Erhitzung der tatsächlichen
Schweißflächen der sich überlappenden Streifen auf Schweißtemperatur ein Abschmelzen
des Zinnüberzuges, an diesem Streifen hervorgerufen haben muß und daß der Druck
der Druckrollen die Zinnüberzüge zwischen diesem Streifen herausgequetscht hat,
wodurch ermöglicht wurde, daß die entsprechenden Streifen des Stahlbleches auf Schweißtemperatur
erhitzt wurden. Diese Streifen werden also in unmittelbare Berührung miteinander
gebracht und miteinander verschweißt, ohne daß sich Zinn von dem Zinnüberzug zwischen
ihnen befindet. Beim Erhitzen der Oberflächen dieser Streifen auf Schweißtemperatur
wird das Metall, das sich dichter an der oberen und unteren Fläche des Stahlbleches
befindet, ebenfalls in beträchlichem Maße erhitzt. Es bleibt jedoch auf einer unter
der Schweißtemperatur liegenden Temperatur, die tief genug ist, um zu verhindern,
daß die von den Druckrollen berührten Metallflächen erweichen. Trotzdem kann aber
das Metall an diesen Flächen durch den Druck der Rollen leicht verschmiedet werden,
so daß das Metall im überlappungsbereich auf die Dicke des Metallbleches zusammengepreßt
wird, wobei sich die oben erläuterte, diagonal verlaufende Schweißnaht bildet. Der
Zinnüberzug wird dabei aus dem Bereich der diagonalen Schweißnaht herausgequetscht
und bildet dabei die eingangs erwähnten Mulden, die bei 46 und 47 in Fig. 8 ersichtlich
sind. Diese Mulden gewährleisten, daß der dünne Zinnüberzug im Schweißbereich an
den Oberflächen des Metalls kontinuierlich durchgeht, und gewährleistet ferner,
daß etwaige Risse, Spalte oder feine Randteile, die sich sonst entlang der Schweißung
bilden könnten, überdeckt und gegen Korrosion geschützt werden. Es werden somit
im Schweißbereich völlig glatte Oberflächen gebildet, zumal da die Außenflächen
dieser Mulden mit den Metallflächen in anderen Bereichen bündig gepreßt werden.
Wenn das Stahlblech nicht plattiert oder mit einem Zinnüberzug versehen ist, treten
die Mulden 46, 47 nicht auf.
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Zusätzlich zu den vorher erläuterten Vorteilen bietet die Erfindung
die weitere Möglichkeit ihrer Anwendung zum Längsverschweißen von Rohrformlingen,
wie sie für die Herstellung von Konservenbüchsen od. dgl. verwendet werden und die
vor dem Schweißen auf ihre Außenfläche mit Aufdrucken versehen sind. Zum Beispiel
kann ein solcher Aufdruck sich bis zum Rand des überlappenden Teiles der Schweißnaht
und an dem untenliegenden Teil des Metalls bis zu dem von dem überlappenden Teil
frei gelassenen Rand erstrecken, wobei die Elektroden oder Kontaktglieder 15, 16
die Lage einnehmen könhen, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt und im Zusammenhang
mit diesen Figuren beschrieben ist. Wenn bei dieser Anordnung der Kontaktglieder
Hochfrequenzstrom in der erläuterten Weise angewendet wird, so wird der Strom, obwohl
die Elektroden oder Kontaktglieder nicht das reine Metall, sondern die Aufdruckteile
berühren, auf das Metall übergeleitet. Wenn der Aufdruck stromleitenden Charakter
hat, wird der Strom von den Kontaktgliedern auf das Metall übergeleitet, ohne daß
bei den erwähnten Frequenzen Lichtbogenstörungen eintreten. Wenn der Aufdruck mehr
oder weniger isolierender Art ist, so wird doch ein erheblicher Teil des Stromes
von den Kontaktgliedern dem Metall zugeführt, da verschiedene Faktoren in günstiger
Weise zusammenwirken. Diese Faktoren sind z. B. Durchschlageffekt, der Überschlagwiderstand,
kapazitiv oder durch andere Ursachen.
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Das Verfahren nach der Erfindung und die hiermit hergestellten Schweißungen
beziehen sich nicht nur auf das Schweißen von mit Zinn plattierten oder überzogenem
Stahlblech, sondern sind für Schweißungen überhaupt anwendbar. Auch kann anderes
Metall als Metallblech verschweißt werden, das entweder auf einer oder auf beiden
Seiten mit Metall plattiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Grundmetall
hat, auf das der Überzug oder die Plattierung aufgebracht ist. Beispielsweise kann
die Erfindung mit einigen ihrer Merkmale für die Herstellung von Schweißungen bei
sogenannten galvanisierten Eisen angewendet werden, d. h. für die Verschweißung
von Eisen- oder Stahlblechen, die beispielsweise mit einem Zinküberzug versehen
sind.
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Das Verfahren nach der Erfindung wurde in der vorstehenden Beschreibung
in Verbindung mit Anordnungen beschrieben, bei denen die Schweißung eines Rohrformlings
bei seiner Vorwärtsbewegung in seinem oberen Teil erfolgt oder bei denen die obere
Randfläche eines untenliegenden Streifens mit einem obenliegenden Streifen verschweißt
wird. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Anordnung kann
jedoch auch in anderer Lage angewendet werden. Demgemäß sind die verwendeten Ausdrücke
»untenliegende« oller »obenliegende« Teile oder »obere« und »untere« Flächen relativ
zu verstehen und gelten sinngemäß für alle Lagen der dargestellten Vorrichtungen,
bei denen diese um die Längsachse der vorwärtsbewegten Metallteile verschwenkt sind.