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Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Zusammenschweißen von zwei
langgestreckten Metallstücken, insbesondere zum Längsschweißen von Rohren od. dgl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen
von zwei langgestreckten Metallstücken, insbesondere zum Längsschweißen von Rohren.
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Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum elektrischen Schweißen von
Metallrohren bekannt, bei denen die einander gegenüberliegenden, einen Längsschlitz
einschließenden Schweißkanten durch Induktionserhitzung an der Stelle, an der der
Längsschlitz geschlossen wird, erhitzt werden. Diese bekannten Verfahren bieten
hinsichtlich der 1lbertragung einer genügend großen Energie von den Heizspulen auf
das Metall mancherlei Schwierigkeiten, insbesondere beim Schweißen von Rohren aus
Nichteisenmetallen. Eine dieser Schwierigkeiten beruht darauf, daß ein beträchtlicher
Anteil des in dem Metall induzierten Heizstromes dazu neigt, an Stellen entlangzufließen,
die von der Schweißnaht ab liegen, und z. B. beim Längsschweißen von Rohren, anstatt
auf die herzustellende Schweißnaht begrenzt zu werden, in der Umfangsrichtung des
Rohres abgeleitet wird.
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Zur Verringerung dieser Schwierigkeit ist es unter anderem bekanntgeworden,
die Metallstücke mit den miteinander zu verschweißenden Metallrändern in Richtung
der herzustellenden Schweißnaht über einen Schweißpunkt hinaus vorwärts zu bewegen
und die Schweißränder im Bereich des Schweißpunktes fest gegeneinanderzuhalten,
während ihnen in dem vor dem Schweißpunkt liegenden Bereich Hochfrequenzstrom mit
Frequenzen in der Größenordnung von etwa 100 000 Hertz zugeführt wird. Hierbei erfolgt
die Vorwärtsbewegung der Metallstücke bzw. des zu schweißenden Rohres unter Bildung
und Offenhaltung eines vor dem Schweißpunkt liegenden, sich nach diesem zu verjüngenden
Schlitzes, dessen gegenüberliegenden Schlitzränder, welche die Schweißränder bilden,
der Hochfrequenzstrom über Kontaktglieder entgegengesetzter Polarität zugeführt
wird, die im Abstand vor dem Schweißpunkt so angeordnet werden, daß der Strom von
dem einen Kontaktglied an dem einen Schweißrand entlang bis zum Schweißpunkt und
von diesem an den anderen Schweißrand entlang zurück zu dem anderen Kontaktglied
geführt wird.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren dieser Art geschaffen werden,
bei dem die Führung des Hochfrequenzstromes an den Schweißrändern entlang und die
Konzentrierung des Stromes auf die Schweißränder dadurch verbessert werden, daß
der Hochfrequenzstrom durch mindestens zwei im Abstand hintereinandergehaltene Elektroden
auf die Metallstücke übertragen wird, von denen die eine Elektrode an dem Schweißpunkt
und die andere Elektrode vor dem Schweißpunkt in Berührung mit beiden Metallstücken
an oder in der Nähe der Schweißränder angewendet wird und zwischen denen der Strom
auf einem Weg geführt wird, der dicht an den gegenüberliegenden Schweißrändern entlanggeht.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung ist es im Gegensatz zu dem bekannten
Verfahren nicht unbedingt erforderlich, die Metallstücke bzw. das zu schweißende
Rohr unter Offenhaltung eines Längsschlitzes vorwärts zu bewegen, der erst am Schweißpunkt
geschlossen wird. Vielmehr können die Schweißränder bereits im wesentlichen Abstand
vor dem Schweißpunkt in gegenseitiger Berührung gehalten werden. Letzteres kann
in vielen Fällen vorteilhaft sein, weil hierdurch Unregelmäßigkeiten in der Erhitzung
der Schweißränder, die durch Formunregelmäßigkeiten des Schlitzes und der Schweißränder
hervorgerufen werden könnten, vermieden werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Hochfrequenzstrom
dadurch in noch
größerem Umfang auf die Schweißkanten konzentriert,
daß durch Anwendung eines Elementes aus magnetischem Material hohen spezifischen
Widerstandes an mindestens einem der Metallstücke die Impedanz der Stromwege in
dem Metall in der Nähe des Elementes gesteigert wird. Durch Anwendung eines oder
mehrerer solcher Elemente kann der Schwierigkeit begegnet werden, den Heizstrom
so zur Wirkung zu bringen, daß keine Überhitzung oder Unterhitzung an den äußeren
bzw. inneren Kanten der Schweißränder eintritt. Wenn z. B. beim Längsschweißen von
Rohren die äußeren Kanten der Schweißränder stark überhitzt werden, so neigt insbesondere
bei Rohren mit verhältnismäßig dickem Rohrmantel das geschmolzene Metall dazu, sich
nach außen aufzubauchen und eine Schweißnaht mit unregelmäßiger Außenfläche zu bilden.
Andererseits erfordert das Zusammenschweißen z. B. von zwei langgestreckten Stücken
aus verschiedenem Metall oder verschiedenen Legierungen zur Bildung einer gleichmäßigen
Schweißnaht ein verschiedenes Erhitzen der gegenüberliegenden Schweißränder. Durch
Anwendung von Elementen aus magnetischem Material kann auch diesem Erfordernis leicht
Rechnung getragen und bei großer Arbeitsgeschwindigkeit eine gleichmäßige Schweißnaht
erreicht werden.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Erfindung ergibt sich, wenn die Vorrichtung zwei im Abstand
hintereinander angeordnete Elektroden enthält, von denen die eine Elektrode am Schweißpunkt
und die andere Elektrode im Abstand vor dem Schweißpunkt in Berührung mit den zu
verschweißenden Metallrändern beiderseits der herzustellenden Schweißnaht angeordnet
ist und zwischen denen ein den Strom zu der einen Elektrode führender Stromleiter
angebracht ist, der in unmittelbarer Nachbarschaft an den Schweißrändern entlanggeführt
ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten bevorzugten Ausführungsformen.
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F i g. 1 zeigt in schaubildlicher Darstellung eine erste Ausführungsform
der Erfindung; F i g. 2 stellt einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der F i g. 1
dar; F i g. 2a, 2 b und 2 c sind der F i g. 2 entsprechende Schnitte, die einige
mögliche Abänderungen der Erfindung erläutern; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt
nach der Linie 3-3 der F i g. 1; F i g. 3 a und 3 b sind der F i g. 3 entsprechende
Schnitte mit weiteren Abänderungen; F i g. 4 stellt eine der F i g. 1 entsprechende
Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dar; F i g. 5 ist eine Draufsicht
zu F i g. 4; F i g. 6 und 7 sind Teilschnitte nach den Linien 6-6 und 7-7 der Fig.
5; F i g. 8 zeigt einen der F i g. 7 entsprechenden Schnitt mit einer Abänderung;
F i g. 9 stellt eine schaubildliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
dar; F i g. 10 ist ein Schnitt nach der Linie 10-10 der Fig.9; F i g. 11 zeigt einen
der F i g. 10 entsprechenden Schnitt mit einer Abänderung; F i g. 12 stellt eine
schaubildliche Ansicht einer anderen Ausführungsform mit weiteren Merkmalen der
Erfindung dar; F i g. 13 ist eine Ansicht von der Linie 13-l3 der F i g. 12 aus
in Pfeilrichtung gesehen, wobei einige Teile im senkrechten Schnitt erscheinen;
F i g. 14 zeigt die Vorrichtung nach F i g. 13 in Seitenansicht; F i g. 15 ist ein
Schnitt nach der Linie l5-15 der F i g. 14; F i g. 16 zeigt eine der F i g. 12 entsprechende
Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und F i g. 17 stellt die
Anordnung nach F i g. 16 in der Seitenansicht zum Teil im Schnitt dar.
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In der Zeichnung ist mit 10 ein Rohr bezeichnet, das in der
durch den Pfeil angedeuteten Richtung durch eine Rohrwalze vorwärts bewegt wird,
die mit üblichen Vorschub- und Druckrollen 11, 12 versehen ist. Mittels dieser Rollen
werden die miteinander zu verschweißenden Ränder genähert, bis sie sich um Schweißpunkt
w oder nahe diesem Punkt berühren. Zur Durchführung der Erfindung in der in F i
g. 1 dargestellten Weise ist aus dem den Rohrmantel bildenden Material zunächst
ein Rohrkörper vorgeformt worden, der aber noch einen Längsschlitz 13
aufweist.
Die den Schlitz seitlich begrenzenden gegenüberliegenden Ränder sind mit 13a und
13b bezeichnet. Die Rollen 11, 12 oder Äquivalente derselben dienen
nicht nur der Vorwärtsbewegung des Rohres, sondern, wie bereits erwähnt, auch dazu,
die Schlitzränder so weit einander zu nähern, daß sie sich am Schweißpunkt w oder
nahe diesem Punkt berühren.
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Gemäß der Erfindung wird Heizstrom, und zwar vorzugsweise mit hoher
Frequenz in der Größenordnung von etwa 100 000 Hertz, von einer nicht dargestellten
Stromquelle einem Kontaktglied 14 zugeführt, das, wie am besten aus F i g.
2 ersichtlich ist, mit dem Rohr 10 in Gleitberührung steht und dabei den
Strom nicht nur der Rohroberfläche zu beiden Seiten des Schlitzes 13 zuführt, sondern,
falls gewünscht, mit einem Vorsprung 14 a versehen ist, der den Strom zugleich
auch den sich nähernden Stirnflächen des Schlitzes zuleitet. Gegebenenfalls kann
der Vorsprung 14a in dem Schlitz 13 auch als Spreizglied dienen, das dem Schlitz
in einem bestimmten oder einstellbaren Abstand vor dem Schweißpunkt w, an dem die
die Schlitzränder durch die Rollen 11, 12 in gegenseitige Berührung gebracht
werden, eine bestimmte Breite gibt.
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Wie in F i g. 2 a dargestellt ist, kann aber das Kontaktglied, das
hier mit 14' bezeichnet ist, auch so gestaltet sein, daß es nur die Rohrfläche beiderseits
des Schlitzes 13 von oben her berührt oder, wie in F i g. 2 b für das Kontaktglied
14" dargestellt ist, nur in den Schlitz eingreift und die sich nähernden
Stirnflächen des Schlitzes berührt.
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Bei allen vorerwähnten Ausführungsformen ist es im allgemeinen erforderlich
oder zum mindesten wünschenswert. das Kontaktglied zu kühlen. Dies kann durch Zuführung
von Kühlwasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit durch ein isoliertes Rohr 15 in
einen das Kontaktglied durchdringenden Hohlraum 16 erfolgen, aus dem das Kühlmittel
durch eine Rohrleitung 17 austritt. Wie in F i g. 1 und 2 dargestellt ist, kann
die Rohrleitung 17 auch eine der elektrischen Verbindungen zwischen der Stromquelle
und
einem Kontakt enthalten bzw. darstellen. Gleichartige Kühlleitungen
sind in den F i g. 2 a und 2 b dargestellt und mit 15', 16', 17' bzw. 15", 16",
17" bezeichnet.
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Der dem Kontaktglied 14 bzw. 14' oder 14" zugeführte Hochfrequenzstrom
folgt den durch die gestrichelten Linien 18, 19 dargestellten Wegen, die an den
sich nähernden Schlitzrändern entlang nach dem Schweißpunkt w zu bis zu einem zweiten
Kontaktglied 20 parallel zueinander verlaufen. Das Kontaktglied 20 ist, wie am besten
aus F i g. 3 ersichtlich ist, auf seiner Unterseite vorzugsweise mit einer breiten
Nut 21 versehen, so daß seine Berührungsflächen 20, 23 unter Überbrückung des Schlitzes
13 die Rohrwandung im Abstand voneinander auf jeder Seite des Schlitzes gleitend
berühren. Die Schlitzränder sind zu der Zeit, wenn das Rohr etwa mit seinem Schlitzende
an dem Kontakt 20 ankommt, im wesentlichen bis zu dem Schmelzpunkt erhitzt. Vorzugsweise
berührt das Kontaktglied 20 die erhitzten Schlitzränder nicht in der Weise, daß
es in den Schlitz eingreift, sondern überbrückt denselben (vgl. F i g. 3), damit
das erhitzte und erweichte Metall nicht beschädigt oder abgesteift wird. Das Kontaktglied
20 ist vorzugsweise ähnlich wie das Kontaktglied 14 mit Rohrleitungen für ein Kühlmittel,
z. B. einem Zuführungsrohr 25 für Wasser, einen Hohlraum 26 und einem Auslaßrohr
27 versehen. Das Auslaßrohr 27 kann, wie in F i g. 1 dargestellt, ebenfalls eine
der Verbindungen zu der Hochfrequenzstromquelle enthalten bzw. darstellen. Wie weiter
aus F i g. 1 und 3 ersichtlich ist, ist das Auslaßrohr 27 vorzugsweise so angeordnet,
daß es von dem Kontaktglied 20 an in der Mitte zwischen den sich nähernden Schlitzrändern
und dicht über diesen entlang bis in die Nähe des Kontaktgliedes 14 verläuft, so
daß es zugleich einen Stromleiter zur Rückführung des Hochfrequenzstromes bildet,
der so angeordnet ist, daß die Stromwege 18, 19 dicht an den sich nähernden Schlitzrändern
entlang konzentriert werden, wodurch diese Ränder stetig und schnell mehr und mehr
zwischen den Kontakten 14 und 20 erhitzt werden. An dem Kontakt 20 können die Stromwege
18, 19 etwas divergieren, indem sie durch die Kontaktteile 22 und 23 hindurchgehen.
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Die Ausbildung und Anordnung des ersten Kontaktgliedes 14 kann auch
entsprechend F i g. 3 b erfolgen (vgl. das hier mit 14 b bezeichnete Kontaktglied).
Dies kann in Verbindung mit anderen als in F i g. 1 dargestellten Anordnungen zweckmäßig
sein oder in Verbindung mit Teilen 20 a und 27 a, wie sie in F i g. 4 dargestellt
sind. Das Kontaktglied 14 b nach F i g. 3 b ist an einem Tragglied angebracht, das
den Schlitz 13 des Rohres von oben nach unten durchdringt und mit zwei Kontaktteilen
versehen ist, welche die Innenfläche des Rohrmantels zu beiden Seiten des Schitzes
von unten bzw. innen her berühren. Bei dieser Ausführungsform ist das Tragglied
vorzugsweise so ausgebildet, daß es durch irgendwelche in Richtung des dargestellten
senkrechten Pfeiles wirkende Mittel nachgiebig nach oben gedrängt wird, so daß die
Kontaktteile auf den Rohrmantel beiderseits des Schlitzes eine Zugkraft ausüben,
die bewirkt, daß der Schlitz geöffnet und seine Ränder im Abstand von dem Kontaktglied
bleiben. Wenn der Rohrmantel verhältnismäßig dick ist und Kontaktglieder der vorher
beschriebenen Art verwendet werden, so kann es vorkommen, daß der äußere Teil der
Schlitzränder höher erhitzt wird als die Schlitzränder auf der Innenseite des Rohrmantels,
d. h., daß der Strom nicht so weit durchdringen kann, wie es erwünscht ist, um das
Metall an dem Schlitz in der gesamten Tiefe zu erhitzen. Bei der in F i g. 3 b dargestellten
Ausführungsform ist jedoch diese Schwierigkeit dadurch vermieden, daß der Strom
von dem einen Kontaktglied der Innenfläche des Rohrmetalls an den Schlitzrändern
zugeführt wird und an diesen Rändern entlang nach dem auf der Außenseite angeordneten
anderen Kontaktglied, z. B. dem Kontaktglied 20 geleitet wird. Auf diese
Weise werden die Schlitzränder, selbst wenn der Rohrmantel verhältnismäßig dick
ist, hinreichend auf ihrer ganzen Dicke erhitzt. Die Anordnung nach F i g. 3 b hat
den weiteren Vorteil, daß zur Bildung des Kontaktgliedes 14 b ein verhältnismäßig
schwerer Metallkörper verwendet werden kann, der entsprechend seiner Abnutzung durch
die vorerwähnte Federkraft ständig nach oben gezwungen wird und eine gleichmäßige
Berührung ergibt. Auch verursacht ein an der Innenfläche des Rohres angreifendes
Kontaktglied keinerlei Schrammen oder Kratzspuren oder sonstige unerwünschte Beschädigungen
auf der Außenfläche des Rohres, und wenn es in Verbindung mit einem Kontaktglied
20 a nach F i g. 4 verwendet wird, so werden derartige Beschädigungen auch
an anderen Stellen des Rohres vermieden.
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In der Zeichnung ist der Schweißpunkt w zur Verdeutlichung gerade
hinter dem Kontaktglied 20 dargestellt. Das Kontaktglied 20 kann aber gewünschtenfalls
auch so angeordnet sein, daß es den Schweißpunkt überbrückt oder etwas hinter dem
Schweißpunkt liegt.
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Wie bereits erwähnt, ist der verwendete Strom Hochfrequenzstrom. Die
Frequenz dieses Stromes kann bei Anwendung von Hochfrequenzgeneratoren von Vakuumröhrentypen
z. B. etwa 100000 bis 300000 oder 400000 Hertz betragen oder noch höher liegen.
Bei allen diesen Frequenzen bewirken die vorzugsweise verwendeten Gleitkontaktglieder,
wie festgestellt wurde, keinerlei Lichtbogenbildung oder Sprühwirkung und sind in
der Lage, solche Hochfrequenzströme mit sehr kleinen Widerstandsverlusten in das
Rohrmetall einzuleiten, selbst wenn die Rohrflächen nicht immer glatt und regelmäßig
sind. Eine Lichtbogenbildung oder Sprühwirkung findet auch nicht an dem Schweißpunkt
statt, da die beiden Stromwege 18, 19 parallel verlaufen. Auf diese Weise wird die
Gleichmäßigkeit der Schweißnaht gewährleistet. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich,
gleitende Kontaktglieder zu verwenden, es können vielmehr auch Rollkontakte angewendet
werden.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird das
Rohr 10 mit bis zum Schweißpunkt geöffnetem Schlitz 13 durch die Rohrwalze vorwärtsbewegt.
Die Erfindung kann jedoch auch in der Weise angeordnet werden, daß das Rohr mit
geschlossenem Schlitz vorwärts bewegt wird. Wie z. B. in F i g. 2 c dargestellt
ist, berühren sich die Schlitzränder 13 a und 1.3 b bereits an dem
Kontaktglied 14'. Wie ferner aus F i g. 3 a ersichtlich ist, werden die Stirnflächen
13 a, 13 b in gegenseitiger Anlage gehalten, bis sie an den Schweißpunkt
w oder in die Nähe des Kontaktgliedes 20 gelangen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung
ist im übrigen im wesentlichen
die gleiche wie bei der Anordnung
nach F i g. 1, wenn ein Kontaktglied verwendet wird, das dem Kontakt 14' nach F
i g. 2 a entspricht. Das Schweißverfahren mit geschlossenem Schlitz ist außer aus
den bereits erwähnten Gründen dann besonders vorteilhaft, wenn verhältnismäßig kurze
Rohrlängen zu schweißen sind, da die Schweißung dann im wesentlichen bis zu den
Enden des Rohres erfolgen kann. Bei den Verfahren nach F i g. 2 c und 3 a können
die Kontaktglieder 14' und 20 verhältnismäßig nahe aneinander angeordnet
werden, besonders dann, wenn eine starke Stromquelle verwendet wird und der verfügbare
Raum für die Schweißeinrichtung oder die Rohrlängen begrenzt ist.
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Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zeigt der
Strom, weil dicht beieinanderliegende parallele Stromwege 18, 19 für den
Hochfrequenzstrom zwischen den beiden Kontaktgliedern 14 und 20 vorhanden sind,
keinerlei Neigung zur Abwanderung in der Umfangsrichtung des Rohres. Der größte
Anteil des Stromes wird vielmehr insbesondere bei der Anwendung des Stromleiters
27, der in unmittelbarer Nähe an den Schlitzrändern entlang verläuft, auf diese
konzentriert. Außerdem wird dadurch, daß der Strom einem Weg folgt, der von der
Zuführungsverbindung 17 über das Kontaktglied 14, die Wege 18, 19 und das Kontaktglied
20 verläuft, die alle dicht bei der zurückführenden Stromleitung 27 liegen, die
Reaktanz des Stromes sehr gering gehalten. Hierdurch wird ermöglicht, daß hei Anwendung
eines Hochfrequenzgenerators von mäßiger Größe ein starker Heizstrom auf die zu
schweißende Naht konzentriert wird. Bei einem Generator bestimmter Größe kann daher
die Vorschubgeschwindigkeit des Rohres durch die Rohrwalze beim Schweißen nach der
Erfindung wesentlich größer sein, als es mit den bisher bekannten Vorschweißeinrichtungen
möglich war. Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind ferner
die Kontaktglieder 14 und 20 vorzugsweise an isolierten Traggliedern angebracht,
die der Deutlichkeit halber nicht dargestellt sind. Die Tragglieder können vorzugsweise
in der Längsrichtung der Rohrbewegung einstellbar sein, so daß durch entsprechende
Einstellung der Kontaktglieder gewährleistet werden kann, daß die Ränder des Rohrschlitzes
mit dem verfügbaren Strom hinreichend erhitzt werden können, bevor sie den Schweißpunkt
erreichen. Das Kontaktglied 20 kann, wie bereits erwähnt, vor dem Schweißpunkt w
oder unmittelbar über ihm oder hinter diesem angeordnet sein. Die letztere Anordnung
ist besonders zweckmäßig, um die Schlitzränder stetig bis zu einem an der Berührungsstelle
bzw. dem Schweißpunkt liegenden Maximum zu erhitzen. Es kann aber auch zweckmäßig
sein, das Kontaktglied 20 etwas vor dem Schweißpunkt anzuordnen, wodurch
der Heizstrom kurz vor dem Schweißpunkt von diesem abgeleitet wird.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung nach den F i g. 4 bis 7 sind
Teile, die auch bei der Ausführungsform nach F i g. 1 enthalten sind, durch die
gleichen Bezugszeichen mit dem Zusatz a bezeichnet. Bei dem Schweißverfahren nach
diesen Figuren ist der in dem Rohr 10a vorhandene Schlitz bereits ,schlossen, bevor
er an dem Kontaktglied 14a ankommt (vgl. hierzu auch den in F i g. 2 c dargestellten
Fall). Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform bei gleicher Anordnung und Ausbildung
des Kontaktgliedes 14a das Kontaktglied 20a so angeordnet, daß es die obere Fläche
der einen oder der beiden Vorschub- und Druckrollen 11a und 12a berührt, welche
die Schlitzränder am Schweißpunkt geschlossen halten. Infolgedessen folgen die Stromwege
von dem Kontaktglied 14a aus parallelen Linien, die unmittelbar an der mit 18a und
19a bezeichneten Berührungslinie der Schlitzränder entlanglaufen, d. h. unmittelbar
unterhalb des hier ebenfalls angeordneten Rückführungsstromleiters 27a, und zwar
bis der allgemeine Schweißbereich zwischen den Vorschub- und Druckrollen erreicht
ist. Von dort an teilt sich der Strom und geht durch diese Rollen in das Kontaktglied
20 a und von dort zu dem Stromleiter 27a. Die Rollen 11a und 12a müssen in diesem
Fall gegenüber ihren Trägern isoliert werden, z. B. durch die dargestellten Isolierhülsen
30. Diese Ausführungsform der Erfindung ist besonders zweckmäßig in solchen Fällen,
in denen z. B. das Kontaktglied 20 a vorzugsweise das heiße Metall des Rohres
in der Nähe des Schweißpunktes nicht unmittelbar berühren soll. Diese Anordnung
ist ferner dann besonders vorteilhaft, wenn Rohre mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser
geschweißt werden sollen oder wenn die Einrichtung zum Schweißen von Rohren mit
verschieden kleiner Querschnittsgröße angewendet werden soll, weil durch sie vermieden
wird, die Stellung des Kontaktgliedes 20a dem besonderen Umstand jedes Falles entsprechend
einzustellen. Außerdem wird jegliche Gefahr vermieden, daß das Kontaktglied an dem
erhitzten Metall des Rohres entlangstreicht. Da infolge der Anordnung des Stromleiters
27a der Strom unter dieser auf eine beträchtliche Länge über den Kontakt 14a hinaus
eng auf die Schweißnaht konzentriert wird, werden die miteinander zu verbindenden
Ränder hinreichend erhitzt, obgleich der Strom kurz vor dem Schweißpunkt von der
Schweißnaht abgeleitet und in die Vorschub- und Druckrollen eingeleitet wird.
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Wie in F i g. 8 am Beispiel der Leitung 31 dargestellt ist, kann der
zugleich als Kühlmittelleitung ausgebildete Stromleiter, soweit er über der Naht
entlangläuft, gegebenenfalls einen unrunden Querschnitt haben. Die Querschnittsform
dieser Leitung kann dabei so gestaltet sein, daß z. B. Seitenteile 32, 33 gebildet
sind, die der Oberfläche des den Rohrmantel 10a bildenden Metalls näher liegen als
der Mittelteil der Leitung und daher für die Zuführung von Wärme zu der Schweißnaht
bestimmte Unterschiede bewirken. Ein solcher unregelmäßiger Querschnitt kann z.
B. angewendet werden, um eine hinreichende Erhitzung an der Schweißnaht zu erreichen,
ohne die eigentlichen Kanten eines z. B. sehr dünnen Metallrohres zu überhitzen.
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Die Anordnung nach F i g. 9 und 10 entspricht im wesentlichen derjenigen
nach F i g. 4 bis 7 mit dem Unterschied, daß hier Elemente aus magnetischem Material,
z. B. die Stäbe 35, 36 beiderseits des Stromleiters 27a angeordnet sind. Gegebenenfalls
kann auch ein weiterer magnetischer Stab noch innerhalb des Rohres angeordnet sein.
Derartige Elemente aus magnetischem Material können aus gesintertem magnetischem
Oxyd und Isoliermaterial, vorzugsweise an sich bekannter Art, versehen sein, die
einen niedrigen Verlustfaktor und einen hohen Leitungswiderstand haben. Zum Besipiel
ist das unter der Handelsbezeichnung »Ferramie« bekannte
Material
der Firma General Ceramic u. Steristite Corp. für diesen Zweck gut geeignet. Es
können jedoch auch andere magnetische Kernmaterialien angewendet werden, die eine
Permeabilität (mu) von größer als 1 haben (vorzugsweise wesentlich größer) und die
magnetischen Teilchen vorzugsweise in derart verteilter Form enthalten, daß irgendwelche
Stromverluste in dem Material auf ein kleinstes Maß zurückgeführt sind. Zum Beispiel
kann ein feinverteiltes Eisenpentakarbonyl gemischt mit einem geeigneten Isoliermaterial
aus Kunstharz angewendet werden.
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Wie aus F i g. 9 und 10 ersichtlich ist, können die Stäbe 35, 36 von
isolierenden Winkelprofilen 38, 29 getragen sein, die an dem Kontaktglied 14 a z.
B. mittels Schrauben 40 abnehmbar befestigt sind. Der magnetische Stab 37 innerhalb
des Rohres kann in ähnlicher Weise an einem nicht dargestellten Träger angebracht
sein, der vor dem Kontaktglied 14 a angeordnet ist. Infolge der Anordnung der magnetischen
Stäbe nach F i g. 10 wird die stärkste Erhitzung der zu schweißenden Naht in dem
dunkel schraffierten Bereich bewirkt, der mit 41 bezeichnet ist. Es wird hierdurch
gewährleistet, daß die Innenfläche des Rohres an der Schweißnaht bei 42 in etwas
geringerem Maße erhitzt wird, wodurch jegliche Gefahr des Aufbauchens von Metall
nach dem Rohrinneren zu vermieden wird, was besonders von Bedeutung ist, wenn die
Schweißnaht an der Innenfläche des Rohres glatt sein soll.
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In Fällen, in denen es erwünscht ist, den Bereich der zu schweißenden
Naht auf der Außenseite und auf der Innenseite des Rohres möglichst gleichförmig
zu erhitzen, können Stäbe 43, 44 aus magnetischem Material entsprechend F i g. 11
angeordnet werden. ' Im allgemeinen bewirkt die dichtere Anordnung der magnetischen
Elemente an dem vom Hochfre-`quenzstrom durchflossenen Weg, daß die Stromwege von
diesen Elementen, z. B. den in F i g. 11 dargestellten Stäben 43, 44 gegen die Naht
und gegen die untere Seite der Naht zu weggedrängt werden. Wenn dagegen die magnetischen
Elemente nicht angeordriet 'wären, würden die Stromwege mehr auf der oberen Seite
der Naht entlanggehen und sich etwas mehr auf beide Seiten der Naht verteilen.
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Für die Möglichkeit, daß die Außenseite der Naht mehr erhitzt wird
als die nach dem Rohrinneren zu gelegenen Stellen oder die Innenseite der Naht,
sind so viele Faktorenmaßgebend, daß die zweckmäßigste Anordnung der Elemente aus
magnetischem Material vorzugsweise durch Versuche festgestellt wird, durch die auch
bestimmt werden kann, in welchem Abstand diese Elemente von dem Stromleiter 27 a
und von dem Metallrohr angeordnet werden müssen.
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Einrichtungen, die den bisher -beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung entsprechen oder ähnlich sind, können nicht nur zum Längsschweißen von
Rohren, sondern auch zum Längsschweißen von anderen Metallteilen, z. B. langgestreckten
Metallstücken, dienen. Hierzu braucht lediglich die Form der Vorschub- und Druckrollen
so geändert zu werden, daß, wie aus F i g. 12 ersichtlich ist, die Metallstücke
50, 51 anstatt eines Rohres vorwärts bewegt werden. Für den Fall, daß die Metallstücke
aus verschiedenem Metall gebildet sind oder aus Legierungen, die sich z. B. bei
Erhitzung verschieden verhalten, kann für eine bestimmte Erhitzung der zu schweißenden
Naht eines der Elemente aus magnetischem Material auf der einen Seite der Naht in
mehr oder weniger größerem Abstand von dem Metall als das Element auf der anderen
Seite der Naht angeordnet werden, damit die gewünschte Erhitzung der Schweißränder
jedes Metallstückes gewährleistet wird.
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Weiterhin können ein oder mehrere Elemente aus einem nichtmagnetischen
Material guter Leitfähigkeit, z. B. Kupfer, angeordnet werden. Im Gegensatz zu dem,
was man bei oberflächlicher Betrachtung erwarten sollte, erzeugen solche Elemente,
wenn sie aus gut leitendem Metall, z. B. Kupfer, bestehen, eine Wirkung, die der
durch die Anwendung von magnetischem Material bedingten Wirkung entgegensteht. Wenn
z. B. ein Kupferstab dicht an dem Weg des Hochfrequenzstromes angeordnet wird, wird
die Impedanz dieses Weges verringert, so daß der Strom dichter an solch einem isolierten
Stab entlangläuft. Zum Beispiel würde der Stab 37 nach F i g. 10, wenn er aus Kupfer
bestehen würde, bewirken, daß der Strom einem Weg folgt, der dichter an der unteren
Seite der Naht 42 liegt. Damit die verschiedenen Erfordernisse und Umstände berücksichtigt
werden können, werden diese Elemente vorzugsweise einstellbar angeordnet. Eine Ausführungsform
einer derartigen einstellbaren Anordnung ist beispielsweise in F i g. 12 bis 14
dargestellt. Bei dem Beispiel nach diesen Figuren sollen die langgestreckten -Metallstücke
50, 51 an dem Schweißpunkt w zusammengeschweißt werden, während sie in Pfeilrichtung
vorwärtsbewegt und durch die entsprechend geformten Vorschub- und Druckrollen 52,
53 gegeneinandergepreßt werden. Wie dargestellt ist, sind die Metallstücke 50, 51
vor dem Schweißpunkt durch den Schlitz 54 voneinander getrennt. Einstellbare Elemente
aus magnetischem Material, wie sie nachstehend beschrieben werden, können jedoch
auch zum Zusammenschweißen von Metallstücken od. dgl. verwendet werden, bei denen'der
Trennschlitz geschlossen ist. Ebenso können solche Elemente aus magnetischem Material
auch beim Längsschweißen von Rohren angewendet werden.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 12 bis 14 sind an den Tragteilen
55, 56 Kontaktschuhe 57, 58 angeordnet, die das Metall der miteinander zu verschweißenden
Streifen beiderseits des Schlitzes 54 berühren, so daß der Strom von den Kontaktschuhen
aus den Schlitzrändern bis` zum Schweißpunkt w folgt und wieder zu den Kontakten
zurückführt. Jedoch kann auch die Anordnung für einen Stromweg nach F i g. 1 in
Verbindung mit den einstellbaren magnetischen Elementen angewendet werden, wie sie
in F i g. 12 bis 14 dargestellt sind.
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Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, können die Elemente aus magnetischem
Material Blocks od. dgl. aus feinverteiltem ferromagnetiscnem Material enthalten,
das in dem eben erwähnten und hier mit 60 und 61 bezeichneten Isoliermaterial eingebettet
ist. Diese Teile können durch Stellschrauben 62 (vgl. F i g. 15) in den isolierten
Halteelementen 63 und 64 gehalten werden. Die Halteelemente 63, 64 ihrerseits sind
in vertikal einstellbaren Stellungen durch Schrauben 65 gehalten, die durch vertikale
Schlitze oder Öffnungen in Isoliergliedern 66, 67 durchgeführt sind. Diese werden
ihrerseits durch Schrauben 68 z. B. an den Seiten der Elektroden gehalten. Da die
Elemente aus magnetischem Material bei Entstehen eines magnetischen Hochfrequenzfeldes
zum Überhitzen
neigen, sind Kühlmittel angeordnet. Zum Beispiel
kann durch die Zuleitung 70 und 71 eine Kühlflüssigkeit so zugeleitet werden, daß
ihre Strahlen oberhalb der zu schweißenden Naht und unmittelbar vor den magnetischen
Elementen 60, 61 auftreffen.
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Die Ausführungsform der Erfindung, wie sie in F i g. 16 und 17 dargestellt
ist, entspricht im wesentlichen derjenigen nach F i g. 12 und 14, nur daß hier lediglich
ein einfacher Block aus magnetischem Material 75 dicht oberhalb des Schlitzes bzw.
der Naht einstellbar angeordnet ist. Dieser Block wird von einem U-förmigen Träger
76 gehalten, dessen Enden an den Kontaktgliedern 55a und 56a angebracht
sind. Die Teile sind durch Schrauben 77 und 78 miteinander verbunden, die durch
Schlitzöffnungen hindurchgeführt sind, so daß sie eine vertikale oder eine Längseinstellung
des magnetischen Blockes75 ermöglichen.
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Die Anordnung nach F i g. 16 und 17 ist im Gegensatz zu F i g. 12
in Verbindung mit dem Längsschweißen eines Rohres dargestellt, wobei das Rohr vor
dem Schweißpunkt w mit einem offenen Schlitz versehen ist. Diese Anordnung könnte
jedoch auch zum Zusammenschweißen von Metallstücken oder Rohren mit geschlossenem
Schlitz sowie auch in Verbindung mit der Kontaktanordnung nach F i g. 1 angewendet
werden.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 16 und 17 ist innerhalb eines
Rohres ein Stab 80 aus magnetischem Material angeordnet, der dem gleichen Zweck
dient wie der Streifen 37 nach F i g. 7.
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Die Elemente aus magnetischem Material nach F i g. 12 bis 17 können
sich gegebenenfalls in der Längsrichtung so weit erstrecken, daß sie an der zu schweißenden
Naht entlanglaufen, wie es in F i g. 9 bis 11 dargestellt ist.
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Die Anwendung von einstellbaren Elementen oder Streifen bzw. Stäben
aus magnetischem Material beim Zusammenschweißen von Metallstücken aus verschiedenen
Legierungen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn- diese Legierungen verschiedenen
Schmelzpunkt oder verschiedenen elektrischen Widerstand haben. Eine Darstellung
hierfür kann aus F i g. 13 entnommen werden. Wenn z. B. das Metallstück 50 aus Schnellstahl
und das Metallstück 51 aus Kohlenstoffstahl bestehen, so soll das aus magnetischem
Material bestehende Element 60 näher an dem Metallstück 50 eingestellt sein als
das Element 61 gegenüber dem Metallstück 51. Der zweckmäßigste Abstand wird dabei
von Fall zu Fall vorzugsweise durch Versuche bestimmt.