-
Verfahren zum Schweißen von Metallrohren Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Schweißen von Metallrohren aus einem schraubenlinienförmig
gewickelten Metallband, das flach und in tangentialer Richtung zu den Windungen
des herzustellenden Rohres mit einem dem Steigungswinkel der schraubenlinienförmigen
Schweißnaht entsprechenden Winkel mit der Rohrachse zugeführt wird und dessen Schweißränder
durch Kontaktstrom und Widerstandserwärmung erhitzt werden.
-
In der deutschen Auslegeschrift 1076 851 sind bereits ein Verfahren
und eine Einrichtung zum Schweißen von Rohren aus einem in dieser Weise zugeführten
Metallband vorgeschlagen, bei denen Hochfrequenzstrom zur Erhitzung der Schweißränder
vor dem Schweißpunkt konduktiv zugeführt wird und an den gegenüberliegenden Schweißrändern
in entgegengesetzten Richtungen fließt, so daß er sehr wirksam auf die tatsächlichen
Oberflächen der Schweißränder konzentriert wird. Dieses Verfahren hat sich sowohl
zum Stumpfschweißen als auch zum überlappten Schweißen gut bewährt. Unter bestimmten
Umständen, die von den Abmessungen des verwendeten Metallbandes und den gewünschten
Abmessungen des herzustellenden Rohres abhängen, kann es jedoch bei der Anwendung
dieses Verfahrens zum Stumpfschweißen schwierig sein, den Schlitz, an dessen Spitze
der Schweißpunkt liegt, genau und gleichmäßig zu kontrollieren und die Schweißränder
zur Gewährleistung einer einwandfreien gleichmäßigen Schweißung immer gleichmäßig
zusammenzupressen. Auch bei Anwendung der überlapptschweißung nach diesem Verfahren
können ab und zu Schwierigkeiten auftreten, die auf das Vorhandensein von ungewöhnlich
kühlen Stellen an den sich berührenden Metallflächen zurückzuführen sind und Anlaß
zu unbefriedigenden Schweißungen geben können; wenn das Metallband Abmessungen aufweist;
die mechanisch schwer zu kontrollieren sind. Das bereits vorgeschlagene Verfahren
ist besonders zur Bildung einer guten Schmiedeschweißung geeignet, bei der nur die
tatsächlichen Oberflächen des Metalls der Schweißränder am Schweißpunkt geschmolzen
werden und das dahinterliegende Metall fest bleibt und als festes Widerlager ermöglicht,
daß die Oberflächen fest zusammengepreßt werden und eine Schweißung ohne nennenswerten
Anteil von geschmolzenen Metall gebildet wird. Obgleich dies in manchen Fällen zur
Bildung einer festen Schweißung mit einem Minimum an Störung des kristallinischen
Gefüges des Metalls an der Schweißnaht sehr erwünscht' ist, können hierbei doch
entlang der Schweißnaht innen und außen oder auch innen oder außen Aufstauchungen
des Metalls auftreten, die eine sorgfältige Beseitigung erfordern. Wenn z. B. eine
glatte innere Rohrfläche gefordert wird, so bildet die Entfernung solcher innerer
Aufstauchungen große Schwierigkeiten.
-
Durch die vorliegende Erfindung werden die aufgezeigten Schwierigkeiten
- dadurch vermieden, daß bei Erhitzung der Schweißränder durch über Kontaktglieder
zugeführten Kontaktstrom und durch Widerstandserwärmung die Kontaktglieder hinter
der ersten Berührungsstelle der aneinanderstoßenden Ränder zweier aufeinanderfolgender
Windungen an im Abstand voneinander aufeinanderfolgenden Stellen der Stoßlinie der
Ränder so angelegt und jeweils an die Klemmen einer Hochfrequenzstromquelle mit
Frequenzen in der Größenordnung von 50 000 Hertz oder mehr so angeschlossen werden,
daß der Strom von der einen Klemme zu dem einen Kontaktglied, dann an den Stoßrändern
der beiden Windungen entlang zu dem anderen Kontaktglied und von dort zurück zu
der anderen Klemme der Stromquelle fließt, wobei dicht an der Stoßlinie der Ränder
Mittel zur induktiven Beeinflussung des Stromes im Sinne einer Konzentrierung entlang
dieser Stoßlinie mit größerer Dichte an der Außenfläche des Rohres als an dessen
Innenfläche angeordnet werden, so daß durch die Erhitzung des Metalls ein Teil desselben
mit einem Querschnitt, der an der Außenfläche des Rohres breiter ist als
an
dessen Innenfläche, geschmolzen und hierdurch eine Gußschweißnaht ohne wesentliche
Aufstauchung des Metalls an der Innenfläche gebildet wird.
-
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird im Gegensatz zu dem bereits
vorgeschlagenen Verfahren der Strom an die einander zugekehrten Ränder der vorhergehenden
und der folgenden Bandwicklung angelegt, nachdem diese Ränder miteinander in Berührung
gekommen sind, und zwar derart, daß er an beiden Rändern in derselben Richtung fließt,
aber an diesen nur in solchem Ausmaß konzentriert wird, daß wenigstens in den äußersten
Metallteilen zu beiden Seiten der gewünschten Schweißnaht eine Erweichung etwas
größerer Tiefe eintritt und sich die erwähnte Gußschweißnaht ergibt. Bei dieser
Schweißungsart wird das Metall im Querschnitt gesehen so geschmolzen, daß sich eine
im allgemeinen dreieckige Schweißnaht mit der Breitseite an der Außenfläche und
der Spitze an der Innenfläche des Rohres bildet, mit dem Ergebnis, daß keinerlei
wesentliche innere Aufstauchung des Metalls eintritt.
-
Wenn überhaupt eine gewisse Aufstauchung stattfindet, so tritt diese
an der Außenfläche auf, an der eine breitere Metallmasse geschmolzen wird.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der in der Zeichnung als Beispiel dargestellten bevorzugten Ausführungsform.
Es zeigt F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einer zur Durchführung der Erfindung
besonders geeigneten Einrichtung und F i g. 2 einen vergrößerten Querschnitt nach
der Linie 2-2 der F i g. 1.
-
Nach F i g. 1 ist ein Wickeldorn 10 durch nicht dargestellte Lagermittel
entsprechend der erwähnten älteren Erfindung oder in anderer Weise derart gelagert,
daß er in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 11 mit konstanter Geschwindigkeit
um seine Achse drehbar ist. Auf den Wickeldorn 10 wird ein Metallband 12
so aufgewickelt, daß aus seinen aufeinanderfolgenden Windungen 12a, 12b ein Rohr
gebildet wird, wobei die Ränder der Windungen entlang einer schraubenförmigen Linie
13 zusammenstoßen. Beim Rotieren des Wickeldornes wird das auf ihn gebildete Rohr
zugleich in Richtung des Pfeiles 14 durch an sich bekannte Mittel vorwärts bewegt,
die nicht zum Gegenstand der Erfindung gehören. Die schraubenlinienförmigen Windungen
könnten dabei statt durch Aufwicklung des Bandes auf einen rotierenden Wickeldorn
auch in irgendeiner bekannten Weise gebildet werden.
-
Der vordere Rand 15 des Metallbandes 12 kommt bei der dargestellten
Ausführungsform an einer mit 17 bezeichneten Stelle in tangentiale Berührung mit
dem hinteren Rand 16 der jeweils letzten Windung des Bandes. Bei 18 und 19
können hierzu Führungsmittel angeordnet sein, welche an der oberen und unteren Fläche
des Bandes bei seiner in Pfeilrichtung erfolgenden Vorwärtsbewegung in seine Wickelstellung
anliegen. Ebenso können an den Seitenrändern des Bandes 12 Rollen
20, 21 angeordnet sein, die das Band sowohl an den oberen und unteren Flächen
als auch jeweils an den Kantenflächen führen und von denen ein Paar oder mehrere
Paare zum Zuführen des Bandes gegebenenfalls angetrieben werden können. An einer
hinter der ersten Berührungsstelle 17 liegenden Stelle, und zwar vorzugsweise hinter
einer vollen Windung oder einem wesentlichen Teil einer Windung, sind an beliebigen
nicht dargestellten Tragmitteln Kontaktglieder 22, 23 angeordnet, welche die Bandwindungen
an zwei in Umfangsrichtung der gewünschten Schweißnaht im Abstand voneinander gelegenen
Stellen berühren und Strom von einer Hochfrequenzstromquelle zuführen. Diese Kontakte
sind jeweils an die Klemmen einer Hochfrequenzstromquelle mit einer Frequenz in
der Größenordnung von wenigstens 50 000 Hertz, vorzugsweise aber mehr, z. B. von
350 000 bis 400 000 Hertz, angeschlossen. Wie dargestellt ist die eine Klemme der
Stromquelle bei 24 mit dem Kontaktglied 22 und die andere Klemme bei 25 mit einem
Leiter 26 verbunden, der dicht an der gewünschten Schweißlinie entlang zu dem Kontaktglied
23 geführt ist. Hierdurch wird ein Strom angelegt, der von der einen Klemme der
Stromquelle über die Verbindung 24 zu dem Kontaktglied 22, dann den punktierten
Linien 28 entlang den auf Schweißtemperatur zu erhitzenden Metallrändern zu dem
Kontaktglied 23 und über den Leiter 26 zurück zu der Verbindung 25 der anderen Klemme
der Stromquelle führt. Der Strom wird dabei durch den sogenannten Nachbarschaftseffekt,
der durch die gegenseitige Induktanz der Leitungswege an dem Leiter 26 und dem Band-
bzw. Rohrmetall hervorgerufen wird, dicht an den bei 28 zu erhitzenden Metallflächen
konzentriert.
-
Die Kontaktglieder 22, 23 können ebenso wie die zugehörigen
Verbindungen in üblicher Weise flüssigkeitsgekühlt sein, wobei die Kühlflüssigkeit
Kanäle 24, 25 und 26, die Teile der Stromleitungen bilden, sowie in
den Kontaktgliedern 22, 23 angeordnete Hohlräume und Anschlußleitungen
30, 31
durchströmen kann.
-
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Kontaktglieder 22, 23
so geformt, daß jedes Kontaktglied entsprechend F i g. 2 mit zwei Flächen zur Berührung
des vorderen und des hinteren Randes der Bandwindungen versehen ist. Zu diesem Zweck
sind ihre Enden über der Schweißnaht gespreizt, so daß das Kontaktglied das Metall,
das in einem der Schweißlinie entlanglaufenden Streifen mehr oder weniger geschmolzen
wird, überbrückt und nicht mit ihm in Berührung kommt. Infolge des Nachbarschaftseffektes
des Leiters 26 neigt der zwischen den beiden Kontaktgliedern 22, 23 auf jeder Seite
der Schweißlinie fließende Strom dazu, dicht entlang dieser Linie konzentriert zu
werden mit dem Ergebnis, daß das Metall bei oder kurz vor Erreichen des Kontaktgliedes
23 im Querschnitt gesehen in einer Form erhitzt und geschmolzen wird, die, wie bei
40 in F i g. 2 dargestellt ist, etwa einem Dreieck entspricht. Im beträchtlichen
Umfange wird dabei infolge der Anordnung des Leiters 26 der Strom an der äußeren
Metallfläche konzentriert, so daß der auf die Schweißtemperatur erhitzte und geschmolzene
Teil 40 des Metalls an der Außenfläche des Rohres breiter ist als an der Innenfläche
desselben, wo er im allgemeinen sehr eng wird und eine Spitze bildet. Auf diese
Weise wird vermieden, daß geschmolzenes Metall an der Innenfläche des Rohres austritt
und eine Aufstauchung bildet. Vielmehr wird sich das Metall, sofern überhaupt eine
Aufstauchung stattfindet, nach außen in Richtung auf die Breitseite des Schmelzdreieckes
40 zu aufstauchen. Gewünschtenfalls
kann der Wickeldorn,
wie bei 41 angedeutet, im Schweißbereich mit einer Umfangsnut versehen sein.
-
Die Erfindung ist zur Herstellung von Rohren sowohl aus Eisenmetallen
als auch aus Nichteisenmetallen anwendbar, wobei gewünschtenfalls Mittel angeordnet
werden können, um den Schweißbereich einer Atmosphäre aus Argon, Kohlensäure oder
anderen Schutzgasen auszusetzen, die das Oxydieren des erhitzten Metalls an der
Schweißnaht verhüten. Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Rohren aus schraubenlinienförmig
gewundenen Metallbändern mit ungewöhnlich großer Arbeitsgeschwindigkeit. Zum Beispiel
kann bei Verwendung eines Metallbandes mit einer Dicke von 3,3 mm eine Schweißnaht
mit einer Länge von 61 bis 300 m in der Minute hergestellt werden, wobei das fertige
Rohr im wesentlichen keine Metallaufstauchungen aufweist.
-
Die dargestellte Ausführungsform kann in mancherlei Hinsicht abgeändert
werden, ohne den mit den nachfolgenden Patentansprüchen gegebenen Rahmen zu überschreiten.