-
Verfahren. zur Schweißung durch Reibungswärme Die- vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von unlösbaren: Verbindungen>zwischen
Werk-.stücken,, insbesondere auf ein Verfahren zur RPIbungsschweßung von Werkstücken
mit unterschiedlichen Querschnittsflächen. . Bekannt sind Verfahren zur - Schweißung
von Werkstücken., =bei denen, um eine hochwertige :Schweißverbindung-zu erneichen,s
zunächst die Querschnitts fläche--des schwächeren Werkstückes - bis auf die Zuers:chnittsfläche
des stärkeren -@Terkstückes vergrößert wird und danach die :beiden Werkstücke verschweißt
werden. So bedient man sich beispielsweise bei der Herstellung von Rohrs für die
Erdölindustrie eines-Verfahrens, bei dem man die zu verschweißenden Rohrenden zur
Erzielung der' Gleichfestigket der Schweißnaht und-_des Rohrgrundwerkstoffes im
erhitzten Zustand auf Spezialmaschinen (hydraulischen Pressen, Horizontal-Schmiedemaschinen)
anstaucht., Das-angest-auchte Rohrende wird anschließend mechanisch bearbeitet,
und zwar gestirnt und in@seinem zylindrischen feil gedreht: Diese Arbeitsgänge-erfordern
die Anwendung,von Spezialausrüstungen und erschweren somit die Fertigung von Rohren.:
De Verschweißung (Stumpfachweißung'oder Schweißung durch _-Reibungswärme) des Rohres
mit dem Fitting ist .außerdem von einer unerwünschten Grätbildung begleitet, und
die dabei Faserverkrümmung in der Schweißnaht, beeinträchtigt die Elastizität der
Schweißverbindung,,- -
Däs_Z:el der vorliegenden Erfindung ist,
diese Machteile zu vermeiden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Schweißüng
von Werkstücken mit unterschiedlichen Querschnittsflächen durch Reibungswärme zu
entwickeln, das sich mit relativ einfacher Ausrüstung bei geringem Zeitaufwand yerwirklichen.und
eine hochwertige Schweißverbindung zwischen den Werkstücken herstellen läßt.
-
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schweißverfahren
gelöst, bei dem die zu verschweißenden eine rotationssymmetrische Form auf@reisenden
Stoßflächen der Werkstücke von -einer Fassung umschlossen werden, die das Anstauchen
des Werkstuckes mit der kleineren Querschnittsfläche infolge der glastischen Deformation
während der Schweißung zumindest auf die Abmessungen der 1-jerkstückes mit der größeren
(#uerschnittsfläche begrenzt.
-
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, bei Schweißung von :Werkstücken-mit
rohrförmigen Stoßflächen, einen Dorn im Innern der Werkstücke an der Schweißstelle
anzuordnen.
-
Die Erfindung wird nachstehend: an einigen Ausführungsbeispielen -anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen-.
-
Fig1 eine Einrichtung; zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
.zum Reibungsschweißen von Werkstücken mit rohrförmigen Teilen in einer Schnittdarstellung;
Fig. f Gestaltung und Anordnung der Werkstücke in der Fassung bei Schweßung mit
Aufweiten durch Stauchen des schwächeren Werkstückes in einer SchnIttdarstellung9
Fig. 3 die Gestaltung und die Anordnung der Werkstücke und des Dornes in der Fassung
bei Schweißung mit Einziehe4 durch
Stauchen des schwächeren Werkstückes
in einer Schnittdarstellung: Das Rohr 1 wird in einer feststehenden Haltevorrichtung
2_ eingespannt und trägt an der-Schweißstelle eine starr befestigte Fassung 3#.
-
Das.anzuschweißende Fitting 4, dessen Querschnittsfläche größer ist
als die des Rohres 1, wird in der Haltevorrichtung 5 eingespannt, die in einer drehfesten
Verbindung mit der Spindel 6 steht. Die letztere- läuft in den im Gehäuse B angeordneten
Lagern 7. Die von'dem hydraulischen.Z@rlnder ,9 während der Schweißung entwickelte
Achsalkraft wird vom . Drucklager 10 aufgenommen.
-
Im Inneren des Fittings 4 und des Rohres 1 ist an der Schweißstelle
der Dorn 11 gleichachsig mit der Fassung 3 angeordnet. Der@Dorn sowie die Fassung
bestehen aus einem hitzebeständigen verschleißfesten Werkstoff:.
-
Der Dorn 11 ist@starr auf der Welle 12 angeordnet, die mit
der Spindel 6 verbunden ist und synchron mit dieser läuft. Die Stoßfläche des Rohres,-
dessen Querschnitt schwächer ist, ist nach innen konisch bzw. flach* Die
Stoßfläche-des-,Fittings 4 ist nach außen konisch, um eine größere Berührungsfläche
und richtige Flußrichtung des Rohr-Werkstoffes zu erreichen.
-
Im allgemeinen richtet sich die Form der -Stoßflächen nach-- dem Werkstoff
und den geometrischen Abmessungen der Werkstücke.. Die Fassuni kann konstruktiv-mit
Ader Haltevorrichtung 2
vereinigt werden. Sie kann weiter sowohl
lösbar als auch -einstöckig sein.
-
Der Dorn 11 kann, auch lose auf -der Welle 12 angeordnet werden. In
Fällen bei denen'der Innendurchmesser des Rohres @1 viel größer ist als der des
Fittings 4,wird die Funktion des Dornes von dem Schaftteil 15 des Fittinps erfüllt.,
der in. das Innere des Rohres 1 hineinragt.
-
Der Schweißvorgang verläuft wie folgt: I1an versetzt .den Fitting
4 in.Drehunrr und verschiebt ihn mittels des hydraulischen Zylinders 9 in der@Achsrichtunr.
Infolge der Reibung zwischen den Stoßflächen-wird an der Schweißstelle Wärme entwickelt.
Dabei steigt die Temperatur des Rohres infolge seines-schwächeren, Zuerschnitts
schneller als die Temperatur des Fittings 4.- .._. -Es-tritt eine-plastische Deformation
des Rohres 1 auf und der tRohrrerkstoff fließt über die kegelige Stoßfläche des
Fittings und füllt den Raum zwischen. -dem Fitting--4 und :der Fassung.? Die Berührungsfläche
zwischen dein kegeligen Stirnteil des . Ftt-inis 4 --und dem aufgeweteten Rohrende
nimmt allmählich sü und man vergrößert die Achsialkräft soweit, bis der Rohrwerkstoff,
den ganzen Raum zwischen dem Fitting 4 und der Fassung ausfüllt.
-
Die Innenfläche der Eassung.3 ist .so beschaffen, daß die erforderliche
Form des Rohrendes nach dem Stauchen (Vergrößerung der Wandstärke an der Schweißstelle)
gewährleistet ist: Eine Deformation der Schweißstücke nach innen wird durch den
Dorn 11 oder den Schaft 15 des Fittncs 4 verhindert, Sollte
die
Wandstärke des Schaftes- 15` dazu nicht ausreichen, so wir#d;zusätzlich noch ein
Dorn eingesetzt.
-
Nacherfolgter Aüf,;reitung des - Rohres durch Stauchen und .der Ausfüllung
des Raumes zwischen- dem Fitting-4 und der Fassung. j- wird'-die@ Erwärmung bei
-zunehmender, Achsialkraft fortgesetzt. Dadurch wird eine beschleunigte örtliche
Erwärmung der Stoßfiächen.erreicht.. _ @`-Yachdem die zur Verschweißung der Werkstücke
erforderliche Oherflächentemper-atur erreicht ist, bremst man ab und staucht die
Werkstücke durch einen hohen spezifischen Druck an der Schi;reißstelle zusammen.°
- --Alsdann öffnet man die Haltevorrichtung 5 des Fittings -4 und zieht durch Rückhüb-des-hydraulschen-Zylinders:
9 den Dorn 11 aus dem fertiggeschweißten. Werkstück, wobei letzteres in der Haltevorrichtung
2 festgehalten-wird.
-
Fg: 3 läßt die Form der Werkstücke find ihre-Anordnung'n-der Fassung-zusämmen-mit
dem Dorn bei Schweißung mit Einziehung äurch Stauchen. erkennen: - - -Die zu verschweißenden
Stirnteile des Röhres 1 und-des. Fittings 4 haben den gleichen Außfendurchmesser°-Sie-
werden entsprechend nach außen und nach-innen kegelig bearbeitet. Die Stoßfläche
des Rohres: 1 kann eine beliebige-obenerwähnte Form haben.
-
Die Deformation des Fittings 4 nach außen. wird durch die mit ihm
verbundene Fasaung.3 begrenzt, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser der Schweißteile
etwa--gleich ist;. - -Der Körn 11 ist so beschaffen,: daß die notwendige Größe des
Rohrendes-
nach -dem Stauchen gewährleistet ist.
-
Eine hohe Güte der"Schweißverbindung wird bei dem erfindungs-igemäßen
Verfahren durch die große Schcreißfläche und geringe-Faserdeformatiön in der Schweißnaht
erzielt.
-
Um eine hochwertige Schweißverbindung auch bei härtbaren Werkstoffen
sowie eine@hohe Lebensdauer des-Dornes und der Fassung zu erreichen., können der
Dorn und-die Fassung gekühlt werden:. .
-
Das beschriebene Schweißverfahren läßt sich nicht nur bei W-lerkstücken
mit rohrförmigen C4uerschnitten sondern: auch bei rot-ationssymmetrischen-Zierkstücken
mit vollem (#üiers-chnitt anwenden. In letzteren Fall kommt nur die Fassung zur
Anwendung.