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Verfahren zum elektrischen Längsschweißen von zwei mit gegenüberliegenden
Flanschen versehenen Metallrändern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum elektrischen Längsschweißen von zwei mit gegenüberliegenden Flanschen versehenen
Metallrändern, insbesondere zum Längsschweißen von aus einem Metallstreifen mit
gegenüberliegenden Flanschen gebogenem Rohr unbestimmter kontinuierlicher Länge.
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Es ist bereits bekannt, das aus dem Metallstück gebogene Rohr gegenüber
der Schweißstelle ständig vorwärts zu bewegen und die den Strom zuführenden Elektroden
an den Flanschen des Rohres anzulegen. Bei den bekannten Verfahren dieser Art werden
jedoch die gegenüberliegenden Flansche der Metallränder in paralleler Lage zueinander
verschweißt, so daß z. B. beim Schweißen von Rohren das zu dem Rohr zu biegende
Metallstück bereits in einem großen Abstand vor der Schweißstelle gebogen und mit
seinen Rändern parallel an der Schweißstelle vorbeigeführt werden muß. Außerdem
mußten für die Durchführung eines bekannten Verfahrens bei Anwendung von Strom üblicher
Frequenz zum Erhitzen der Flansche besondere Vorkehrungen getroffen werden, um Verunreinigungen
an der Oberfläche der als Rollen ausgebildeten Elektroden durch das zu schweißende
Metall zu vermeiden. Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Schweißen von Längsnähten
mittels Kontakt-Stromdurchgang durchfließt der Strom die beiden Flansche gleichsinnig
und einen diesen gegenüber angeordneten Stromleiter gegensinnig, wobei der Stromleiter
von einem magnetischen Rückschluß umgeben ist und Maßnahmen getroffen sind, daß
der Magnetfiuß des Rückschlusses die Schweißnaht durchdringt.
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Demgegenüber soll durch die Erfindung ein wesentlich einfacheres Verfahren
dadurch geschaffen werden, daß die zu verschweißenden Metallränder mit den gegenüberliegenden
Flanschen bei ihrer Vorschubbewegung unter Bildung eines von ihnen seitlich eingeschlossenen
V-förmigen Längsschlitzes geführt und hierzu zugleich als Druckglieder dienende
Führungsglieder im Bereich der den Schweißpunkt bildenden Spitze des Schlitzes auf
die Flansche zur Einwirkung gebracht werden, während die Elektroden an den Flanschen
der beiden zu verschweißenden Ränder jeweils an einer vor dem Schweißpunkt liegenden
Stelle angelegt werden, wie beim Rohr-Stumpfnahtschweißen an sich bekannt, und einen
Strom solch hoher Frequenz zuführen, daß der Weg des geringsten elektrischen Widerstandes
an den einander zugekehrten Oberflächen der Flansche zum Schweißpunkt hin und zurück
verläuft und die Widerstandserhitzung durch den Strom an der Berührungsstelle der
sich nähernden Flanschenoberflächen, d. h. am Schweißpunkt, am größten wird.
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Es ist zwar bereits bekannt, einander gegenüberliegende Längsränder
von Metallteilen, z. B. eines Metallrohrs, beim Stumpf- oder Überlapptschweißen
unter Offenhalten eines V-förmigen Längsschlitzes gegenüber dem an der Spitze des
V-förmigen Längsschlitzes durch die Berührung der Schlitzränder gebildeten Schweißpunkt
vorwärts zu bewegen.
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Ferner ist es bekannt, den an den Schlitzrändern jeweils an einer
vor dem Schweißpunkt befindlichen Stelle anliegenden Elektroden Strom zuzuführen,
dessen Frequenz so hoch ist, daß der Strom an der äußersten Oberfläche der einen
Randfläche des Schlitzes zum Schweißpunkt hin und an der äußersten Oberfläche der
gegenüberliegenden Randfläche des Schlitzes zurück verläuft. Hierbei liegt die Frequenz
des verwendeten Wechselstromes in der Größenordnung von 100 000 Hz oder darüber.
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Bei der Anwendung dieses bekannten Schweißverfahrens bildet sich jedoch
an der Unterseite der Schweißnaht bzw. beim Längsschweißen von Rohren im Inneren
des Rohres ein Längswulst, der in manchen
Fällen unerwünscht ist.
Beispielsweise kann ein solcher innerer Wulst bei Rohren zum Auftreten von Turbulenz
und damit zu Störungen des Strömungsverlaufes in dem Rohr führen. Dies gilt insbesondere
für Rohre von kleinem Durchmesser. Wenn das Rohr als Ummantelung für Kabel od. dgl.
verwendet wird, kann .der Wulst ferner die Hülle des Kabels schwächen oder beschädigen.
Wenn die Ummantelung während des Schweißens das Kabel bereits umschließt, besteht
außerdem die Möglichkeit, daß das bekannte Schweißverfahren zu einer Erhitzung des
Kabels im unmittelbaren Bereich der Ummantelung und zu Schädigungen des Kabels durch
Hitzeeinwirkung führt. Durch die Bildung eines Längswulstes beim Schweißen wird
diese Gefahr noch erhöht.
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Zwar stehen bereits Schleif- und Schneidvorrichtungen zum Entfernen
von Wülsten und Graten zur Verfügung, doch lassen sich diese Vorrichtungen nicht
in allen Fällen anwenden, z. B. dann nicht, wenn der Rohrdurchmesser so klein ist,
daß die Vorrichtung nicht in das Rohr eingeführt werden kann, oder wenn das zu schweißende
Rohr, wie bei der Ummantelung eines Kabels, einen anderen Gegenstand umschließt.
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Diese Schwierigkeiten sind bei dem Verfahren nach der Erfindung dadurch
vermieden, daß die Metallränder, insbesondere die den V-förmigen Längsschlitz eines
zu einem Rohr gebogenen Metallstreifens begrenzenden Längsränder mit Flanschen versehen
sind, an denen die Elektroden anliegen. Die Erzeugung oder Fortleitung übermäßiger
Wärme auf einer Seite der Schweißnaht sowie das Entstehen von Wülsten längs der
Schweißnaht, insbesondere im Inneren des Rohrs, sind dabei völlig vermieden, da
die zum Schweißen erforderliche Erhitzung im Bereich der Flansche, also an Stellen
erfolgt, die von dem bzw. den zu schweißenden Werkstücken einigen Abstand haben.
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Beim Längsschweißen von Rohren werden die Flansche an der Außenseite
des Rohres ausgebildet, während die Flansche bei flachen Werkstücken auf beiden
Seiten angeordnet werden können.
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Beim Längsschweißen von Werkstücken, bei denen die gegenüberliegenden
Flansche um mehr als 90° nach außen abgewinkelt sind, so daß sie z. B. bei einem
Rohr dieses tangierende, nach außen divergierende Flächen bilden, werden die Elektroden
vorzugsweise an die einander zugekehrten Innenflächen der Flansche angelegt. In
diesem Fall können die an der Berührungsstelle der sich nähernden Flansche angeordneten
Druckwalzen so profiliert sein, daß die Flansche nach Art von Haken über die Anlageflächen
der Walzen hiriweggreifen, wobei sich die Ausbildung der Schweißnaht mit äußerster
Genauigkeit regeln läßt.
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Wenn bei derart abgewinkelten Flanschen die Biegestellen nicht scharfkantig
ausgebildet, sondern abgerundet sind, so erfolgt beim Anlegen von Wechselstrom mit
einer Frequenz in der Größenordnung von 100 000 Hz an die Flansche der Strom einem
Weg des geringsten Widerstandes, der an den einander zugewandten Flächen der Flansche
im wesentlichen dort verläuft, wo der kleinste Abstand zwischen den Flanschen vorhanden
ist, d. h., daß der Strom in einem gewissen Abstand von den benachbarten, nicht
abgewinkelten Teilen des Werkstücks bzw. der Werkstücke . entlangfließt. Auf diese
Weise wird die Wärme an den Flanschflächen in einigem Abstand von dem eigentlichen
Werkstück konzentriert, und wenn sich ein Wulst zwischen den Flanschen ausbildet,
so verläuft dieser ebenfalls in einigem Abstand von dem Werkstück.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung nur als Beispiele dargestellten
Anwendungsformen des Verfahrens. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 das erfindungsgemäße
Längsschweißen eines Kabelmantels in schaubildlicher Darstellung; Fig. 2 ist ein
Teilschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 ein Teilschnitt nach der Linie
3-3 der Fig. 1, Fig. 4 ein Teilschnitt des Kabelmantels mit auf die Außenfläche
des Mantels nach unten aufgedrückten Flanschen, Fig.5 eine andere Ausführungsform
des Längsschweißens eines Kabelmantels in schaubildlicher Darstellung, Fig. 6 ein
Teilschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5, Fig. 7 ein Teilschnitt nach der Linie
7-7 der Fig. 5 und Fig.8 ein Teilschnitt des Kabelmantels, bei dem die Flansche
nach beiden Seiten auf den Kabelmantel nach unten aufgedrückt sind.
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In Fig. 1 bis 4 ist die Anwendung der Erfindung zum Ummanteln eines
Kabels veranschaulicht, doch ist die Erfindung nicht auf das Ummanteln von Kabeln
beschränkt, sondern kann auch zum Längsschweißen anderer rohrförmiger Gegenstände
oder anderer ebener Werkstücke aus Metall angewendet werden.
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Nach Fig. 1 bis 4 wird ein Kabel 10 mit einem rohrförmigen Mantel
11 aus Blech versehen. Der Mantel wird der Schweißstelle in Form eines aus dem Blech
gebogenen Rohres unter Bildung eines langgestreckten V-förmigen Schlitzes zugeführt,
an dessen Spitze sich die Schlitzränder unter Bildung der Schweißstelle w berühren.
Die einander gegenüberliegenden Ränder des Blechmantels 11 sind bei 12 und 14 als
Flansche nach außen abgewinkelt; diese Flansche werden mittels nicht dargestellter
Vorrichtungen so geformt, daß sie an der Basis einen Winkel von etwa 90° mit einer
die Außenfläche des Rohres tangierenden Ebene bilden.
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Das Kabel 10 und der Mantel 11 werden durch bekannte
Mittel, z. B. nicht gezeigte Vorschubwalzen, in Richtung des in Fig.1 eingezeichneten
Pfeils vorwärts bewegt, während die einander zugewandten Innenflächen 12a und 14a
der Flansche 12, 14 so erhitzt werden, daß sie an der Schweißstelle w die Schweißtemperatur
erreichen. Die Erhitzung der gegenüberstehenden Flanschflächen erfolgt dadurch,
daß ihnen über vor der Schweißstelle w liegende Elektroden 15 und 16 Wechselstrom
zugeführt wird, dessen Frequenz so hoch ist, daß der Schweißvorgang mittels Widerstandserhitzung
durchgeführt werden kann und der Stromweg dabei dem Weg des geringsten Widerstandes
zwischen den Elektroden 15 und 16 an den sich einander nähernden Flächen 12a und
14a der Flansche 12 und 14 entlang zu der Schweißstelle w hin und von dieser zurück
folgt. Die Frequenz des Wechselstroms liegt vorzugsweise in der Größenordnung -von
100 000 Hz oder darüber.
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An der Schweißstelle w werden die einander gegenüberstehenden Flansche
12, 14, die durch die Zuführung des Stroms so weit erhitzt sind, daß sie an der
Schweißstelle gerade die Schweißtemperatur erreichen,
durch zwei
einander gegenüber angeordnete Druckwalzen 17 und 19 gegeneinandergedrückt; die
Druckwalzen greifen an den Außenflächen der Flansche 12 und 14 an und tragen außerdem
dazu bei, den Blechmantel vorzuschieben. Die miteinander verschweißten Flansche
12,14 stehen im wesentlichen radial zum Kabel 10 und zum Mantel 11 von diesem
ab. Zur Beseitigung dieser Flansche kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hinter
den Druckwalzen 17 und 19 ein Schneidwerkzeug 20 angeordnet sein, das den oberen
Teil der verschweißten Flansche bei der Vorwärtsbewegung des Kabels 10 mit dem Mantel
11 wegnimmt und, wie in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt ist, einen im wesentlichen
flachen, niedrigen Vorsprung im Bereich der Schweißnaht bildet.
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Bei Anwendung der Erfindung tritt die zum Schweißen erforderliche
Erhitzung im wesentlichen nur an den Flanschen 12, 14 auf, also an Stellen, die
vom Innenraum des Mantels 11 relativ weit entfernt sind, so daß durch die Schweißwärme
das Kabel 10
oder das an die Flansche anschließende Material des Mantels durch
Hitzeeinwirkung nicht beschädigt werden kann. Außerdem ragt der zwischen den Flanschen
12, 14 entstehende Schweißwulst 21 gemäß Fig. 3 und 4 nicht so weit nach innen,
daß er das Kabel beschädigen oder bei einem ein Strömungsmittel führenden Rohr den
Verlauf der Strömung stören könnte. Diese Lage des Schweißwulstes ist darauf zurückzuführen,
daß die Innenfläche des Mantels bzw. Rohres dort, wo sie in die Flansche übergeht,
abgerundet ist.
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Statt die überschüssigen Teile der verschweißten Flansche 12, 14 wegzuschneiden,
können die Flansche auch nach unten auf die Außenfläche des Mantels oder Rohres
oder des sonstigen Werkstücks aufgedrückt werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Die
hierzu dienenden Hilfsmittel können bekannter Art sein.
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Bei der Anwendungsform des Verfahrens nach Fig. 5 bis 8 sind die Ränder
des Blechmantels 11 um mehr als 90° nach außen abgewinkelt, so daß sie nach außen
divergierende Flansche 22 und 23 des Blechmantels 11 bilden. Bei den in dieser Weise
ausgebildeten Flanschen können die Elektroden 15 und 16 unmittelbar an die
einander zugewendeten Innenflächen der Flansche angelegt werden, wie es in Fig.
5 gezeigt ist. Der Schweißstrom braucht dabei nicht von den Außenflächen der Flansche
unter Durchdringung derselben zu den einander gegenüberstehenden Innenflächen zu
fließen. Außerdem können bei dieser Anwendungsform des Verfahrens, wie insbesondere
aus Fig. 5 und 6 hervorgeht, Druckwalzen 24 und 25 angewendet werden, die mit einander
gegenüberliegenden abgeschrägten Flächen 26 und 27 versehen sind. Die Druckwalzen
greifen mit diesen Schrägflächen unter die Flansche 22 und 23 und tragen vorteilhaft
dazu bei, die Flansche im Bereich der Schweißstelle abzustützen und zu führen.
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Wie bei der Anwendungsform nach Fig. 1 kann auch hier ein Schneidwerkzeug
20 etwas hinter der Schweißstelle angeordnet werden, so daß die überflüssigen Teile
der miteinander verschweißten Flansche weggenommen werden, während sie noch heiß
sind. Die überflüssigen Flanschteile sind in Fig. 7 mit gestrichelten Linien dargestellt.
Beim Wegnehmen dieser Teile mittels des Schneidwerkzeuges 20 ergibt sich
ebenfalls nur ein niedriger flacher Vorsprung.
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Fig. 8 zeigt im Querschnitt, daß die nach außen divergierenden Flansche
22, 24, ohne sie wegzuschneiden, auch auf die Außenfläche des Blechmantels 11 nach
unten aufgedrückt werden können.
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Auch bei dieser Anwendungsform der Erfindung wird die Schweißwärme
von dem eigentlichen Blechmantel 1l ferngehalten und erreicht, daß der Schweißwulst
21 in keiner Weise nach innen bzw. unten vorspringt.