DE1196307B

DE1196307B - Vorrichtung zum induktiven Schweissen eines Rohres mit schraubenfoermiger Naht

Info

Publication number: DE1196307B
Application number: DES90990A
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Rolf Esche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-05-09
Filing date: 1964-05-09
Publication date: 1965-07-08
Also published as: US3391265A

Description

Vorrichtung zum induktiven Schweißen eines Rohres mit schraubenförmiger Naht Für die Herstellung von Rohren, bei denen ein Metallband schraubenförmig gewickelt und die Kante des einlaufenden Bandes mit der freien Kante der anschließenden Bandwindung verschweißt wird, sind bisher verschiedene Verfahren und Vorrichtungen speziell zum Verschweißen dieser Kanten bekannt. Große Bedeutung haben dabei die Verfahren erlangt, die auf der Basis des elektrischen Widerstandsschweißens entwickelt sind und mit Nieder-, Mittel-oder Hochfrequenz arbeiten. Dabei werden die zu verschweißenden Kanten des Metallbandes durch einen elektrischen Strom erwärmt und unter Druck zusammengepreßt.
Bei einem dieser Verfahren wird der Strom direkt über Schleifkontakte dem Rohrmaterial in, der Nähe der zu verschweißenden Kanten zugeführt. Dabei sind aber sehr hohe Anforderungen .an die Güte und die Gleichmäßigkeit des Stromüberganges von den Kontakten zum Rohrwerkstoff gestellt, da wegen der hohen Stromstärken oft Verbrennungen der Materialoberfläche schon bei geringsten Unsauberkeiten auftreten.
Bei einem anderen Verfahren wird von einem Induktor ein Strom in den Schweißkanten des Rohres erzeugt. Dabei wird der Induktor an der Außenseite des Rohres längs der Schweißkanten bis zum Schweißpunkt oder direkt im Schweißschlitz zwischen Einlaufband und der Außenkante des schon gewickelten Rohres angeordnet, so daß ein Strom entlang der Bandkanten bis zum Schweißpunkt fließt und diese Kanten bis auf Schweißtemperatur erwärmt. Hier ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Anbringung des Induktors, da das schräg zur Rohrachse geführte Einlaufband und die Druck-und 'Führungsrollen zum Formen des Rohres den verfügbaren Raum außerhalb des Rohres für eine günstige Führung des Induktors sehr beschränken. Außerdem ist eine gleichmäßige Kopplung zwischen Induktor und Rohr bzw. Einlaufblech nur schwer zu erreichen.
In der neuen Anordnung werden die Schweißstelle und die Schlitzkanten in der Umgebung der Schweißstelle von einem Inneninduktor in Form einer elektrischen Spule von einer oder auch mehreren Windungen erwärmt, deren Spulenleiter zumindest in der Nähe des Schweißschlitzes senkrecht zu diesem und parallel zur Rohrwand und zum Einlaufblech angeordnet sind. Dabei ist die Spule so ausgebildet und angeordnet, daß ihre Projektion auf eine zur Rohrachse senkrechten Ebene armnähernd einen Kreis bildet und daß sich in den Rohrwandungen des Wickelrohres ein Induktionsstrom ausbildet, der im Bereich des Induktors senkrecht auf den Schweißschlitz zufließt. Außerdem kann in bestimmten Fällen der als Spule ausgebildete Induktor an der Stelle des Schweißschlitzes einen stufenförmigen Absatz vom Rohr zum Einlaufband aufweisen, und- zwar so, daß der stufenförmige Absatz in Radialrichtung des Rohres angeordnet ist.
In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele der neuen Anordnung dargestellt.
F i g. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Wikkelrohr mit einem Inneninduktor in Arbeitslage; F i g. 2, 3 und 4 stellen jeweils spezielle Ausführungsbeispiele des Inneninduktors dar; F i g. 5 zeigt die Anordnung der Induktorausführung nach F i g. 3 in der Arbeitslage im Wickelrohr; F i g. 6 stellt einen ausgefahrenen Inneninduktor mit Eisenrückschlüssen sowie das Wickelrohr mit einem Impeder dar.
F i g. 1 zeigt ein Wickelrohr 1, das aus einem Metallband 2, z. B. einem Stahlband, spiralförmig gewikkelt wird. Dabei ist der Induktor 5 im Innern des Rohres so angeordnet, daß die dem Schweißschlitz 4 zugewandte Seite des spulenförmigen Induktors nicht direkt am Schweißpunkt 3 vorbeigeführt wird, sondern in einem bestimmten Abstand vom Schweißpunkt entfernt in Richtung des einlaufenden Metallbandes. Die Lage des Induktors zum --Schweißpunkt und somit die Länge der noch nicht verschweißten Kanten zwischen dem Schweißpunkt 3 und dem Induktor 5 sind im wesentlichen abhängig von der Wanddicke des Rohres und der Schweißgeschwindigkeit. Der hier dargestellte Induktor ist annähernd elliptisch ausgebildet und so angeordnet, daß die Ebene der .Spule senkrecht zum :Schweißschlitz liegt. Für einen guten Wirkungsgrad des Induktors ist eine gleichmäßige Kopplung zwischen Rohr, Einlaufband und Induktor zumindest in der Nähe des Schweißschlitzes notwendig. Da aber in einiger Entfernung vom Schweißpunkt das eben einlaufende Metallband schon einen gewissen .Abstand; von der Kante des Rohres aufweistz ist es` vorteilhaft, wenn in der` Induktorspule 5 eii.std6nf'örmiger Absatz 6 vom Rohr zum Einlaufblech v%gesehen wird, da dadurch der gleichmäßige Kopplupgsabstand zwischen Rohr, Einlaufband und Induktdr@wiederhergestellt ist.
F i g. 2 zeigt eine Aufsicht auf den annähernd elliptisch ausgebildeten Induktor 5. Dabei kann die Spule des Induktors ein- oder mehrwindig ausgeführt sein. Die Spulenenden 7 führen zu einem Transformator, z. B. zu einem Mittel- oder Hochfrequenztransformator oder z. B. auch zu einem Hochfrequenzgenerator.
F i g. 3 zeigt ein *eiteies Ausführungsbeispiel des Induktors. Hierbei ,..besteht der, Induktor aus zwei halbkreisförmigen Spulenteilen, die in Achsrichtung versetzt und durch zwei elektrisch leitende Zwischenstücke in Achsrichtung verbunden sind. Der stufenförmige Absatz 6 liegt dabei in einem der Zwischenstücke in Achsrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel hat gegenüber dem in F" i g. 2 gezeigten den Vorteil, daß es leichter herzustellen ist.
F i g. 4 zeigt ein weiteres, etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Induktors. Der Induktor besteht aus einem schraubenförmigen Spulenteil von einer Windung, dessen Enden von einem elektrisch leitenden Zwischenstück in Achsrichtung verbunden sind.
F i g. 5 gibt in perspektivischer Darstellung die Anordnung des Induktors aus F i g. 3 im Wickelrohr wieder.
In F i g. 6 ist noch einmal ein Induktor 5 nach F i g. 2 dargestellt. Hierbei sind aber am Induktor 5 Eisenrückschlüsse 9 angebracht, um die Impedanz der Rohrwandungen zu erhöhen und um dadurch weitgehend zu verhindern, daß sich der Induktionsstrom über die dem Schweißschlitz abgewandte Rückseite des Rohres schließt. Außerdem ist ein Impeder 10 angebracht, der längs des Schweißschlitzes von der Induktorspule bis zum Schweißpunkt verläuft. Dieser Impeder besteht vorteilhaft bei Verwendung von MitteIfrequenz aus einem Bleckpaket, bei dem die Bleche parallel zum Schlitz und senkrecht zur Rohrachse angeordnet sind. Bei Verwendung von Hochfrequenz ist als Impeder vorzugsweise ein Ferritkern zu verwenden. Außerdem ist es möglich, daß im Bereich des Schweißschlitzes die Eisenrückschlüsse und der Impeder eine Einheit bilden.
Durch den Induktor wird im schon fertig gewikkelten Rohr und im Einlaufband ein Induktionsstrom erzeugt, der parallel zum Induktor durch die Anordnung desselben senkrecht auf den Schweißschlitz zufließt und von dort in den Kanten des Schweißschlitzes zum Schweißpunkt. Der in F i g. 6 gezeigte Impeder hat dabei vorwiegend die Aufgabe, den Strom im Bereich zwischen Induktor und Schweißpunkt zu konzentrieren.
Die Geschwindigkeit des Schweißens hängt in erster Linie von der Höhe der Energie ab, die dem Induktor zugeführt wird. Dadurch werden die Schweißkanten zwischen Induktor und Schweißstelle auf eine genügend hohe Temperatur gebracht, so daß bei Zusammenpressen der Metallteile die Kanten fest verschweißen. Wird eine höhere Schweißgeschwindigkeit gewünscht, so ist auch die Länge _des Schweißschlitzes zu vergrößern. Um aber die gleiche Induktorspule bei verschiedenen Schweißgeschwindigkeiten verwenden zu können, ist zur Konstanthaltung des Kopplungsabstandes zwischen Induktor und Einlaufblech ein in F i g. 6 gezeigtes Verstärkungsstück 8 parallel zum Einlaufblech am Induktor anzubringen.
Es hat sich gezeigt, daß bei der beschriebenen neun Anordnung des Induktors ein Schweißen von Rohren bis zu sehr hohen Durchmessern und Wandstärken möglich ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Spiralnähten an Wickelrohren, bei der die Schweißstelle und die Schlitzkanten in der Umgebung der Schweißstelle von einem als elektrische Spule von einer oder mehreren Windungen ausgebildeten Inneninduktor erwärmt werden und die Spulenleiter zumindest in der Nähe des Schweißschlitzes senkrecht zu diesem und parallel zur Rohrwand und zum Einlaufblech angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule so ausgebildet und angeordnet ist, daß ihre Projektion auf eine zur Rohrachse senkrechten Ebene annähernd einen Kreis bildet und daß sich in den Rohrwandungen des Wickelrohres ein Induktionsstrom ausbildet, der im Bereich des Induktors senkrecht auf den Schweißschlitz zufließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Spule ausgebildete Induktor an der Stelle des Schweißschlitzes einen stufenförmigen Absatz vom Rohr zum Einlaufblech aufweist, derart, daß der stufenförmige Absatz in Radialrichtung des Rohres angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Einlaufbleches an dem als Spule ausgebildeten Induktor ein Verstärkungsstück parallel zum Einlaufblech angebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Spule ausgebildete Induktor annähernd elliptisch ausgebildet ist und daß die längere Achse der Ellipse annähernd senkrecht zum Schweißschlitz in einem Winkel zur Rohrachse liegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Spule ausgebildete Induktor aus zwei halbkreisförmigen Spulenteilen besteht, die in Achsrichtung versetzt und durch zwei elektrisch leitende Zwischenstücke in Achsrichtung verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Spule ausgebildete Induktor aus einem schraubenförmigen Spulenteil von einer Windung besteht, dessen Enden von einem elektrisch leitenden Zwischenstück in Achsrichtung verbunden sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Induktor ein Impeder angebracht ist, der längs des Schweißschlitzes bis zum Schweißpunkt führbar ist. B.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impeder aus einem Blechpaket mit Blechen parallel zum Schlitz und senkrecht zur Rohrachse besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Impeder aus einem Ferritkern besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß- am Induktor Eisenrückschlüsse auf der dem Rohr abgewandten Seite befestigt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenrückschlüsse im Bereich des Schweißschlitzes mit dem Impeder eine Einheit bilden. In. Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 647 98l.