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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gleichmäßigen Erwärmen
der Schweißflächen beim konduktiven Spiralrohrschweißen, bei der auf dem zulaufenden
Blechband und auf dem Rohr in der Nähe der Schweißstelle verstellbare Kontakte angeordnet
sind, durch die der hochfrequente Strom zuführbar ist.
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Zum Herstellen von Rohren größeren Durchmessers ist ein Verfahren
bekannt, bei dem ein Blechband auf den gewünschten Rohrdurchmesser wendelartig gewickelt
wird. An der Stelle, an der die Seitenflächen des zu wickelnden Blechbandes und
des bereits gewickelten Rohres zusammentreffen, werden die erwärmten Seitenflächen
von Rohr- und Blechband miteinander verschweißt, so daß sich am fertigen Rohr eine
Spiralschweißnaht ergibt, nach der das Verfahren seinen Namen hat. Zur Erwärmung
der Seitenflächen sind vor der Schweißstelle Schleifkontakte auf dem Blechband und
auf der Rohroberfläche angebracht, durch die der hochfrequente Strom zugeführt wird,
der infolge des Hauteffektes vorwiegend an den zu verschweißenden Seitenflächen
des zulaufenden Bandes und des Rohres zur Schweißstelle hinfließt.
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Daß allein damit noch keine gleichmäßige und ausreichende Festigkeit
erreicht werden konnte, ist mit auf die ungleichmäßige Erwärmung der Seitenflächen
infolge ungleichmäßiger Stromdichte zurückzuführen. Die Versuche, durch geeignete
Ausbildung der Kontakte diesem Mißstand abzuhelfen, haben zu keinem restlos befriedigenden
Ergebnis geführt, da für die ungleichmäßige Stromdichte vor allem der Nachbarschaftseffekt
(Proximityeffect) zwischen den benachbarten Kanten des zulaufenden Blechbandes und
des Rohres ursächlich ist. Der Nachbarschaftseffekt besteht darin, daß durch ungleichsinnig
gerichtete Ströme in benachbarten Leitern die Stromdichte in den einander zugekehrten
Seiten erhöht und in den einander abgewendeten Seiten verringert wird; für gleichsinnig
gerichtete Ströme gilt das Umgekehrte.
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Unabhängig davon wie nun beide Zuführungskontakte ausgebildet oder
angebracht sind, ziehen sich daher die beiden zur Schweißstelle zulaufenden Ströme
an, d. h., auf den einander zugewendeten Kanten des Blechbandes und des Rohres ergibt
sich die höchste Stromdichte; zu den entgegengesetzten Kanten hin dagegen verringert
sich die Stromdichte. Durch diese ungleichmäßige Verteilung des Stromes und damit
- bei geraden Seitenflächen - ungleichmäßige Erwärmung, ist, wie vorstehend geschildert,
die bisher erreichbare Schweißgüte begrenzt.
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Um die Erwärmung der einzelnen Schweißflächen zu steuern, ist es bereits
bekannt, die Stromzuführungskontakte verstellbar zu machen (vgl. z. B. USA.-Patentschrift
2 873 353). Diese Verstellung reicht, wie vorstehend erläutert, nicht in allen Fällen
aus, um eine gleichmäßige Stromverteilung zu erreichen, da nach wie vor strörende
Nachbarschaftseffekte auftreten.
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Es ist auch bereits ein Verfahren zum konduktiven Spiralrohrschweißen
bekannt, bei dem diese auf die geometrischen Verhältnisse zurückgehenden Schwierigkeiten
dadurch umgangen werden, daß erst dann geschweißt wird, wenn der Schweißspalt geschlossen
ist. Hier läuft der Strom in beiden Schweißflächen in gleicher Richtung; um zusätzlich
noch eine Schweißstromkonzentration auf die Oberfläche zu erreichen, folgt ein Stromleiter
in nahem Abstand den Schweißkanten (USA.-Patentschrift 3 073 945).
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Es ist weiterhin bereits beim Schlitzrohrschweißen bekannt, eine Konzentration
des Stromes auf den Schweißflächen dadurch zu erreichen, daß ein Leiter längs der
Schweißkanten in Form einer Haarnadel geführt wird (USA.-Patentschrift 2 818 488).
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Stromdichte
in den Schweißflächen beim konduktiven Spiralrohrschweißen derart steuerbar zu machen,
daß sich eine optimale Schweißgüte ergibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß Zuleitungsteile beider Kontakte im engen Abstand annähernd den Rohr-
bzw. Blechbandformen in Richtung zur Schweißstelle folgen, um die Schweißkanten
jeweils dem Nachbarschaftseffekt des entgegengerichteten Zuleiterstromes zu unterwerfen,
und daß die Kontakte samt den ihnen benachbarten Zuleitungsteilen verstellbar sind.
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Durch die Ausnutzung weiterer Nachbarschaftseffekte wird also die
gewünschte Stromdichte sowohl in der Rohrseitenfläche als auch in der Seitenfläche
des zulaufenden Blechbandes erzwungen, wobei für jeden Betriebsfall und für jedes
Rohrmaterial die optimale Einstellung vorgenommen werden kann.
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Im nachfolgenden sei die Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert.
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Das in F i g. 1 gezeigte Stahlrohr 1 mit der Wickelachse 15 ist schraubenlinienförmig
in Pfeilrichtung 16 aus einem Blechband 2 gewickelt. Beim Zusammenlaufen von Band
und Rohr werden die erwärmten Seitenflächen 3 und 8 miteinander verschweißt, so
daß sich am Rohr eine Schweißnaht 14 ergibt, deren Festigkeit entscheidend für die
Güte des Rohres ist. Die Erwärmung der Seitenflächen 3 und 8 wird konduktiv vorgenommen.
Zu diesem Zweck ist sowohl auf dem zulaufenden Blechband 2 als auch auf der Innenseite
des Rohres 1 vor der Schweißstelle 3 in der Nähe der Seitenflächen ein Stromzuführungskontakt
9 bzw. (gestrichelt gezeichnet) 10 vorgesehen, der über Zuleitungsteile 11 bzw.
12 von möglichst geringer Induktivität und eine daran anschließende Leitung mit
einer nicht gezeigten Hochfrequenzspannungsquelle mit einer Frequenz von z. B. 400
kHz verbunden ist. Durch den von einem Kontakt zur Schweißstelle 13 und von dort
zum anderen Kontakt zurückfließenden Strom werden die Seitenflächen erwärmt und
verschweißen miteinander beim Zusammentreffen. Durch diese entgegengesetzt gerichteten
Ströme würde nun die Stromdichte zu den Kanten 5 und 6 hin größer und zu den Kanten
4 und 7 hin geringer. Um dies zu vermeiden und eine gleichmäßige Erwärmung zu erhalten,
läuft der Zuleitungsteil 12 des Kontaktes 9 nahe der Oberfläche des Blechbandes
2 zur Schweißstelle hin. Infolge der unterschiedlichen Stromrichtung des Schweißstromes
und des Stromes im Zuleitungsteil 12 wird der Strom in der Seitenfläche 3 entgegen
der Anziehung des Schweißstromes in der Seitenfläche 8 zur oberen Kante 4 gezogen,
so daß eine einigermaßen gleichmäßige Erwärmung der Blechseitenfläche erzwungen
wird.
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Das gleiche wird beim Rohr 1 erreicht, bei dem der Zuleitungsteil
11 des anderen Kontaktes 10 in gleicher Weise verlegt wird, wie dies F i g. 2 näher
zeigt, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen
sind. Hier ist deutlich ersichtlich,
daß auch der Zuleitungsteil
11 zum inneren Kontakt 10 der Form des Rohres bis etwa zur Schweißstelle
13 folgt. Dadurch wird auch in der Seitenfläche 8 des Rohres eine annähernd gleichmäßige
Stromdichte hervorgerufen.
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Die Aufwickel- und Haltevorrichtung für das Rohr und das zugeführte
Blechband sind der übersichtlichkeit halber nicht gezeigt, ebenso die Vorrichtung
zur Verstellung der Kontakte und Zuleitungsteile 11 und 12, durch die z. B. die
Abstände a und b (F i g. 1) der Zuleitungsteile von den Seitenflächen
verändert werden können, um in jedem Fall eine optimale Schweißgüte zu erreichen.
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Die Erfindung läßt sich auch dazu verwenden, um in schrägen Seitenflächen
des Bandes oder Rohres eine gleichmäßige Erwärmung zu erzielen. Da sich eine spitze
Kante schneller als die übrigen Teile erwärmt, kann durch geeignete Anordnung der
Stromzuführungsleitungen auf der der spitzen Kante entgegengesetzten Seite eine
derartige Stromverteilung erzwungen werden, daß sich eine gleichmäßige Erwärmung
der Seitenflächen ergibt.