DE1868778U - Einrichtung zum schweissen der laengsnaehte von rohren. - Google Patents

Description

PA635 244H.1tt62 „__ ,2-

Dipl.-Ing. W. PAAP MÖNCHEN 22,den.

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH
Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN

PATENTANWÄLTE

AN MACEIiJE & FOUNDiIY GOHPAHT
Madison Avenue
Hew York 16, Η.Ύ. / V.St.A,

Gebraucksmusteranmelduag Einrichtung sum Schweißen der Längsnähte von Rohren

Die Neuerung besieht sich auf Vorrichtungen zum Schweißen von Metalleleüienten mit Hilfe hochfrequenter iiechselströme, die in den Metalleleraenten induziert werden, d.h. auf Vorrichtungen für die Induktionsschweißung, und sie betrifft insbesondere Vorrichtungen, die es ermöglichen, mit Hilfe der Induktionsschweißen^· ein Metallrohr kontinuierlich mit einer geschweißten Längsnaht au versehen»

Ss ist bereits bekannt, daß man geschweißte Metallrohre in der t/eise herstellen kann, daß man ein Metallblech zu einem eiförmigen Rohr formt und die Kanten des Rohrs unter Druck in Berührung miteinander bringt, während in dem Rohr hochfrequente Ströme mit Hilfe einer Wicklung induziert werden, welcher man einen Strom der erwähnten Art zuführt, wobei die wicklung das Rohr vor dein Punkte umgibt, an dem das Verschweißen erfolgt. Es ist natürlich erforderlich, nur die au verschweißenden Kanten auf die

Schweißteinperatur zu erhitzen, jedoch, läßt es sicii bei diesem Schweißverfahren niclit vermeiden, daß der längs der einander gegenüber liegenden Kanten fließende Strom auch in der Umfangsrichtung des Rohrs fließt. Da ein solcher in der Umfangsrichtung des Rohrs fließender Strom keinen wesentlichen Beitrag zur Erhitzung der Kanten leistet, sondern andere Teile des Rohrs, z.B. dessen hinteren Teil, erhitzt, werden durch diese unerwünschte Erhitzung erhebliche Energiemengen vergeudet»

Ss wurden schon verschiedene Versuche unternommen, diese unerwünschte Erhitzung zu verringern. Beispielsweise hat man zu diesem Zweck mit verschiedenen ¥icklungsformen gearbeitet, und es wurden magnetische Kerne derjenigen Art verwendet, welche bei Einrichtungen für die ITiederfrequenz-Induktionsschweißung gebräuchlich sind« Zwar konnten in manchen Fällen bessere Ergebnisse erzielt werden, doch sind die Ergebnisse ungleichmäßig, und obwohl eine gewisse Konzentration der elektrischen Ströme erzielt wird, auf die man die Verbesserung der Ergebnisse zurückführen kann, ist es bis jetzt nicht möglich, den größten Teil der Snergieverluste, nämlich den am hinteren Teil des Rohrs auftretenden Verlust, wesentlich herabzusetzen. Außerdem haben sich weitere Schwierigkeiten aus den vorgenommenen Änderungen ergeben, und. zwar Schwierigkeiten bezüglich der Anordnung der abgeänderten Wicklungen, EnergieVerluste in den Kernen, Schwierigkeiten bezüglich der Anbringung der Kerne, eine Erhöhung des Rohrwiders tandes, aus der sich Schwierigkeiten bezüglich der

Kopplung und der Energiequelle ergeben, usw. Somit hat die Verwendung magne ti seller Kerne in vielen Fällen niclit zu einer ausreieilenden Verbesserung geführt, um ihre ständige Benutzung zu rechtfertigen, und derartige Kerne werden bis jetzt auch in sahireichen Fällen nicht verwendet, in denen erhebliche Verbesserungen ersielt werden könnten»

Auf erfolgreiche Weise xvurden schon magnetische Kerne bei Rohrschweißeinrichtungen verwendet, die Kontakte aufweisen, mittels deren der elektrische Strom dem Rohr augeführt wird; eine solche Anordnung ist z,3, in dem USA-Patent 2 818 488 beschrieben. Die Probleme, welche sich bei einem solchen Hochfrequenz— 'tiiderstandschweißvei-fahren ergeben, sind jedoch völlig anders als diejenigen, welche bei der Induktionsschweißung auftreten, denn beim ersteren Verfahren ist es nicht unbedingt ez°f orderlich, daß der Strom, der längs der zu verschweißenden Kanten fließt, auch iibex· den hinteren Teil des Rohrs fließt.

Wunmehr wurde festgestellt, daß die Tatsache, daß es bis jetzt nicht mit Erfolg möglich war, Magnetkerne oder Widerstände bei Xnduktionsschweißeinrichtungen zum Schweißen von Rohren zu verwenden, darauf zurückzuführen ist, daß hierbei nicht die in Frage kommenden elektrischen Erscheinungen und die kritische Besiehung zxiischen der Frequenz der verwendeten elektrischen Ströme und dem zu schweißenden Material berücksichtigt wurden, um bessere Ergebnisse in der Form guter Schweißnähte und praktisch brauchbarer Schweißgeschwindigkeiten

k «

zu erzielen» Ferner wurde festgestellt, daß dann, wenn die Dicke des zur Herstellung des Rohrs verwendeten Metalls mindestens gleich, dein Dreifachen der Bezugstiefe des Schweißstroias in dein Metall ist, die Verwendung eines Magnetkerns oder Widerstandes in vielen Fällen mindestens zu einer Verdoppelung der Geschwindigkeit führt, mit welcher das Rohr geschweißt werden kann, wenn man eine bestimmte Energiemenge zugrundelegt, und daß außerdem ein weniger ungünstiger Verlauf der TfärEie und eine weniger nachteilige Verfärbung erzielt werden kann.

Als weiteres Ergebnis dieser Feststellung hat es sich gezeigt, daß man Backen oder Brücken aus einem Metall, das einen geringeren Widerstand, besitzt als das Metall des Rohrs in Berührung mit dem Rohr anordnen kann, und zwar derart, daß es sowohl in Verbindung Eiit der Benutzung eines Widerstandes als auch ohne einen solchen möglich ist, die unerwünschten Verluste auf der Rückseite des Rohrs zu verringern»

Bin Ziel der Neuerung besteht somit darin, verbesserte Einrichtungen für die Induktionsschweißung von Metallrohren vorzusehen«

Ein weiteres Siel der Neuerung besteht in der Schaffung verbesserter Vorrichtungen, die es ermöglichen, eine höhere Geschwindigkeit beim Schweißen von Metallrohren bei einem höheren 'Wirkungsgrad zu erzielen, wobei bessere Ergebnisse gewährleistet sind, und wobei eine Induktionswicklung dazu dient, dem Rohr Schweißströme zuzuführen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Heuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbei spiele an Hand der Zeichnungen,

Fig. 1 und 2 veranschaulichen jeweils in perspektivischer Darstellung bestimmte technische G-eSichtspunkte bezüg lich der im folgenden erläuterten Heuerung.

Fig» 3 gibt graphische Darstellungen wieder, auf die im Zusammenhang mit den. erwähnten technischen C-esichtspunkten eingegangen wird.

Fig. h ist eine schematisch gezeichnete perspektivische Darstellung einer Ausbildungsform einer Einrichtung suni Durchführen der Heuerung»

Pig» 5j 6 und 7 zeigen im Längsschnitt bzw* in perspektivischer Darstellung bzw. in einem Querschnitt eine bevorzugte Ausbildungsform einer !Einrichtung zur Anwendung der Neuerung beim Schweißen von Rohren mit überlappter Naht«

Fig, 8 und 9 zeigen perspektivisch bzw. im Querschnitt eine weitere Ausbildungsform einer Einrichtung gemäß der Heuerung,

Fig. 10 ist ein Teilschnitt, aus dem gewisse Einzelheiten ersichtlich sind»

Ss ist üblich, die Tiefe des Eindringens des Stroms in einen Leiter bzw, die sogenannte Bezugstiefe wie folgt auszudrücken j

(i) d = 3160 tfp/uf

« 6

Hierin ist d die Bezugstiefe in Zoll (1 Zoll = 25,4 nun) ρ der Widerstand des Metalls in Ghm/Zoll u die relative Permeabilität des Leiters und f die Frequenz des Stroms in Hs.

Wendet man die vorstellende Formel (i) an, so erhält man die Bezugstiefe für verschiedene Metalle bei verschiedenen Frequenzen wie folgt:

Tabelle I

Material

25

Frequenz kHz 400 800

1600

Bezugstiefe in ram

Kupfer Aluminium	O1	43 55
Nichtigsten-« der Stahl	3,	QZ
Messing	0,	85

0,21	0	»11	0,	076	0,053
0,27	0	,14	0,	096	0,069
1,50	0	,76	0,	53	0,38
0,42	0	,21	0,	15	0,10
0,015	0	,076	o*	053	0,038

Stahl (unter _ „„ G urie-Punkt) ' ^J

Der in dem Rohr sum Zwecke der Erhitzung induziei-te Strom wird in erster Linie durch die Frequenz des ¥echselstroEis beeinflußt, ferner durch das Material des Rohrs, von dein der Widerstand und der induktive Blindwiderstand abhängen, sowie durch die Wandstärke des Rohrs und die Anordnung der Induktionswicklung auf der Außenseite des Rohrs. Während die Stärke des Stroms und die Bahn, längs deren der Strom fließt, durch den Widerstand dex¹ verschiedenen Stronwege bestimmt wird,

erfolgt eine Srhitaung nur als Folge des Widerstandes, den der Stromweg dem Fließen des Stroms entgegensetzt, und sie ist proportional zur Größe des ¥iderstandes und dein Quadrat der Strorastärke.

Die bei niedrigen Frequenzen erzielte Brhitzungswirkung ist liäufig eine ganz andere als bei hohen Frequenzen» \ienxy man niederfrequente Ströme verwendet, um ein Rohr zum Zwecke des Schweißens zu erhitzen, ist die erwähnte Besugstiefe groß, und gewöhnlich, ist sie mindestens gleich der Wandstärke des Rohrs, In einem solchen Falle ergibt sich die in Fig. 1 mit den Pfeilen 1 angedeutete Stromverteilung; in Fig» 1 erkennt man ein Metallrohr 10 und eine nur eine Windung umfassende Induktionswicklung 17· Gemäß Fig» 1 fließt der Strom somit durch die ganze Dicke der Rohrwand und längs der Kanten 12 und 14, die einen V-förmigen Spalt 11 begrenzen. Ein solcher Verlauf des Stromflusses ergibt sich sogar bei relativ hohen Frequenzen, wenn die Bezugstiefe für das Metall bei diesen Frequenzen groß ist, oder wenn das Rohr eine rela»- tiv kleine Wandstärke hat. Unter den in Fig. 1 dargestellten Bedingungen fließt der gesarate Strom längs der Kanten 12 und Ik des Rohrs 10 und bewirkt eine ausnutzbare Erwärmung der Kanten 12 und 14; außerdem fließt der Strom üb ei" die Rückseite des Rohrs 10 und bewirkt eine unerwünschte Erhitzung der Rohrwand, so daß sich Energieverluste ergeben«

Wenn man einen Magnetkern oder Widerstand in das Innere des Rohrs 10 und die Wicklung 17 unter den aus Fig, 1 ersichtlichen Bedingungen einführt, erhöht der Widerstand

den elektrisehen Widerstand des Rohrs an seiner Rückseite, wodurch die induzierte Spannung, die in manchen Fällen schädlich ist, erhöht wird, welche man benötigt, um den gewünschten Schweißstrom längs der Kanten 12 und 14 fließen zu lassen. Diese Tatsache wird in einem gewissen Ausmaß durch die verstärkte Kopplung· zwischen der 'Wicklung I7 und dem Rohr 10 infolge des Vorhandenseins des Widerstandes ausgeglichen, doch bewirkt,das Einführen des Widerstandes keine Verringerung der Stromstärke auf der Rückseite des Rohrs bei einem gegebenen Schweißstrom längs der Kanten 12 und 14, so daß sich keine "Verringerung der Energieverluste ergibt, sowie auch keine Verringerung der Leistung der Stromquelle, die erforderlich ist, um die ¥icklung 17 zu speisen.

Wenn man die Frequenz des der Wicklung I7 zugeftlhrten Stroms so wählt, daß die Bezugstiefe im Metall des Rohrs 10 geringer ist als die Wandstärke des Rohrs, ergibt sich ein Stromfluß auf der Rückseite des Rohrs, der nicht nur auf das Fließen des Schweißstroms längs der Kanten 12 und 14 zurückzu* führen ist, sondern auch auf einen zirkulierenden Strom, der in der einen Richtung längs der Außenseite der Rohrwand und in der entgegengesetzten Richtung längs der Innenseite der Rohrwand fließt« Gemäß Fig» 2 fließt somit längs der Außenseite der Rohrwand über den hinteren Teil des Rohrs ein ^ötrom 2 über die Rückseite des Rohrs; dieser Strom umfaßt den Strom 3 längs der Kanten 12 und 14 und den Strom 4 längs der Innenseite der Rohrwand. Obwohl eine stärkere lonsentration

m 9 «

des Schweißstroins erfolgt und sich daher bei gegebener Stromstärke eine höhere Temperatur an den Kanten 12 und, 14 einstellt, da mit einem hochfrequenten Strom gearbeitet wirdj geht eine größere Wärmemenge am Rohrumfang verloren, was auf den zirkulierenden vStrom zurückzuführen ist, welcher durch die Pfeile k angedeutet ist und auf der Außenseite des Rohrs 10 einen Teil des Stroms 2 bildet«

Die Erhöhung der Stärke des Stroms 4 auf der Innenseite der Rohrwand bei einer Vergrößerung des Verhältnisses zwischen der Wandstärke des Rohrs und der Bezugstiefe sowie ohne Verwendung eines magnetischen. Kerns oder Widerstandes ist in Fig. 3 durch die Kurve 5 dargestellt, Wenn das erwähnte Verhältnis gleich 1 ist oder darunter liegt, hat die Frequenz des iSrhitsungsstroms nur eine geringe Wirkung auf den Stroinfluß auf der Innenseite, während dann, wenn man das Verhältnis über 1 hinaus erhöht, die Stärke des Stroms auf der Innenseite zunimmt, und zwar bis zu einem Verhältnis von etwa 3j5 in einem erheblichen Ausmaß und bei höheren Werten des Vex-hältnisses auf langsamere Weise.

Vergleicht man Fig, 1 und Fig» 2, so erkennt man, daß sich der Stromfluß bei Frequenzen, bei denen die Bezugstiefe kleiner ist als die Wandstärke des Rohrs erheblich von dem Stromfluß unterscheidet, der sich bei Frequenzen einstellt, bei welchen sich die Bezugstiefe der Wandstärke des Rohrs nähert oder größer ist als diese, und daß im in Fig, 2 dargestellten ersteren Falle zwei getrennte Ströme auftreten,

nämlich ein Strom h auf der Innenseite und ein Strom 2 auf dex- Außenseite, die beide über den hinteren Teil des Rolirs 10 fließen. Daher wird es möglich, unter den Bedingungen nach Fig. 2 einen Widerstand zu einein anderen Zweck und liiit einer Wirkung zu verwenden, die sich, von der iJirkung unterscheidet, die unter den Bedingungen von Fig. 1 erzielt wird»

In Fig, h ist eine Ausbildungsform einer Einrichtung gemäß der Heuerung dargestellt; diese Einrichtung umfaßt ein Rohr 10 mit einem Längsschlitz 11, dessen Kanten 12 und 14 einen konvergierenden Spalt abgrenzen und schließlich an dem Eiit ¥ bezeichneten Schweißpunkt ineinander übergehen· Bs sind swei Quetschrollen 15 und 16 mit profilierter Umfangsflache vorgesellen, die an der Außenseite des riohrs im Bereich des Schweißpunktes so angreifen, daß sie die einander gegenüber liegenden Flächen 12 und 14 auf bekannte ¥eise zwangsläufig in gegenseitige Berührung bringen. Sine nur eine Windung umfassende Induktionsspule 17 ist ein. kurzes Stück vor dein •sclxweißpunkt angeordnet und umschließt das Rohr 10 im wesentlichen vollständig, x«robei sie sich in einem geringen Abstand von der Außenfläche des Rohrs erstreckt. Zwar ist in Fig« 4 eine Induktionsspule 17 mit nur einer Windung gezeigt, doch könnte man gegebenenfalls auch eine mehrere Windungen umfassende Sipule von bekannter Konstruktion verwenden» Die Klemmen der Spule sind über Leitungen 19 und 20 mit einer hier nicht gezeigten Quelle für einen hochfrequenten Wechselstrom verbunden, so daß innerhalb der Spule 17 ein alternierendes Magnet-

feld erzeugt x-/ird, durch, das hindurch das Rohr gemäß Fig. h in Richtung des Pfeils A hindurchbexiegt wird. Die Frequenz des Stroms beträgt vorzugsweise mindestens 100 kHz, damit die bekannten Vorteile erzielt werden, die sich, beim Schweißen ergeben, wenn man mit einer solchen Frequenz arbeitet»

Der Magnetkern «der Widerstand 21 wird innerhalb des Rohrs 10 und der Spule 1? sowie unterhalb des Schweißpunktes VJ durch einen hohlen Arm 22 unterstützt, der durch eine Mutter 25 mit einem beweglichen Tragorgan 24 verbunden ist. Das bewegliche Tsagorgan 2k ist seinerseits durch eine Schraube 27 mit einem ortsfesten Bock verbunden. Somit kann man den T¹Jider-« stand 21 gegenüber dem Schweißpunkt ¥ in der Längsrichtung verstellen. Der Widerstand 21 ist von einer Abschirmung 29 aus isolierendem Material umschlossen, und man kann über das Innere des Arms 22 und die Bohrung der Abschirmung 29 ein Kühlmittel zuführen, das durch die Löcher 28 strömt, so daß der Kern 21 vom Kühlmittel umspült und gekühlt wird. Das Kühl« mittel kann auf geeignete iieise zurückgeleitet werden, oder es kann innerhalb des Rohrs 10 über Löcher 29a· der Abschirmung 29 abgegeben werden. Der Widerstand 21 besteht vorzugsweise aus einem gesinterten magnetischen isolierenden Osydmaterial, vorzugsweise einem der schon bekannten Materialien dieser Art, die einen niedrigen Verlustfaktor und einen hohen Volumenwiderstand besitzen; beispielsweise verxrendet man das Material, das unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Ferramic" erhältlich ist und durch die General Ceraiaic and Steatite

Corp. auf den Markt gebracht wird5 die Permeabilität dieses Materials ist erheblich größer als 1· Die Verwendung eines Materials dieser Art ist erforderlich, wenn mit einer Strom« frequenz von mehr als 100 kHz gearbeitet wird, um die Verluste in dem Widerstand auf ein Mindestmaß herabzusetzen, sowie aus anderen Gründen. Zwar kann der Widerstand 21 im Vergleich zu Fig. k erheblich kürzer sein, und seine Länge kann nur wenig größer sein als der Querschnittsdurchmesser der Wicklung 17» doch wird für die Zwecke der Neuerung die Verwendung eines langen Kerns der in Fig. k gezeigten Art vorgezogen, um dazu beizutragen, die Heizströme an den Kanten 12 und 14 zu konsentrieren und die Stärke der Ströme längs der Rückseite des Rohrs an solchen Punkten möglichst weitgehend herabzusetzen, die in der Bewegungsrichtung des Rohrs von der Spule 17 durch einen Abstand getrennt sind»

Der Widerstand 21 erfüllt nicht nur die Aufgabe, die er bei schon bekannten Anordnungen erfüllte, sondern, wenn man die Frequenz des Heizstroms so wählt, daß sich ein Verhältnis zwischen der Wandstärke des Rohrs und der Bezugstiefe des Stroms in dein betreffenden Metall ergibt, das mindestens gleich drei ist, verringert der Widerstand die Stärke des Stroms nicht nur auf der Innenseite des Rohrs, sondern auch auf der Außenseite des Rohrs und unterhalb der Spule I7, so daß Eian mit einer geringeren Leistung auskommt, um das Rohr bei einer gegebenen Geschwindigkeit zu schweißen. Außerdem ergibt sich ein besseres Aussehen des geschweißten Hohrs, denn die Schweißnaht ist schmal und gleichmäßig, und es

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tritt eine geringere Verfärbung infolge der vergeudeten Wärme an Teilen des Eohrs in einem Abstand von den Kanten 12 und 14 auf» Im 'Vergleich, sum gleichen Leistungsbedarf beim Schweißen ohne Verwendung eines Widerstandes 21 oder zur Benutzung eines Widerstandes 21, jedoch bei in ungeeigneter T/eise gewählter Frequenz des Heizstroms liefert die Einrichtung nach Fig. k- eine erheblich höhere Schweißge— schwindigkeit, d.h.» die Schweißgeschwindigkeit kann z»B, mindestens verdoppelt werden.

Die Wirkung des Widerstandes 21 bei Änderungen des Verhältnisses zwischen der Wandstärke und der Besugstiefe und damit auch bei .Änderungen der Frequenz des Heizstroms bei gegebener Wandstärke eines Metalls ist in Fig_e 3 dargestellt. Die Kurve 6 zeigt, daß bei der Erhöhung des Verhältnisses über den Wert 1 hinaus die- Stärke des Stroms auf der Innenseite, d.h» des Stroms h in Fig. 2, langsam zunimmt und bei einein Verhältnis von etwa 3»5 im wesentlichen einen Grenzwert erreichtj während die Kurve 5 erkennen läßt, daß die Stärke des Stroms auf der Innenseite rasch zunimmt und ohne Verwendung des Widerstandes 21 einen höheren Grenzwert erreicht» Bei gegebener Leistungsaufnahme der Spule 17 zeigen die Kurven 7 und 8 entsprechend, daß die relative Schweißgeschwindigkeit mit und ohne Verwendung eines Widerstandes bei einer Erhöhung des erwähnten Verhältnisses zunimmt und ein Maximum bei einem Verhältnis von etwa 3*1 erreicht, wenn man mit einem Widerstand arbeitet* Vorzugsweise arbeitet man bei der Anwendung der Neuerung mit einem Verhältnis zwischen der

Wandstärke und der Bezugstiefe, das mindestens gleich 3 ist, doch lassen sich schon erheblich bessere Ergebnisse erzielen, wenn dieses Verhältnis nur 2,5 beträgt.

Aus der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse zu ersehen, die mit Hilfe der Vorrichtung gemäß der Neuerung erzielt werden können, wenn man die in Pig« 4 gezeigte Einrichtung benutzt, wobei die Energiequelle eine Frequenz von etwa 450 kHz liefert.

Material

Tabelle II

Rohr- Wand- Verhältn. Strom- Rohr-

durch— stärke Wand- stärke Geschwo

messer stärke/ des Os-

Bezugs- zilla-

tiefe tors

Wider- Ergebnisse stand

mm

m/min

Stahl

Stahl

25,4 1,27 16"7

25,4 1,27 I67

25,4 1,27 167

Aluminium 25,4 0,89

Aluminium 25,4 0,89

.Aluminium 25 _s 4
Aluminium 25,4

Kupfer 19,0

Kupfer

19

0,89
1,65

O_s89
0,89

7
13

8,7 8,7

6,6

6,4

6,4

4,2

4,1 4,2

40,5

4o,5

20,2

4,2 49,5 4,2 ^f 65,0

49,5 34

20,2 Ja Gute Schweißung Schmaler Wulst; wenig Wulst auf Innenseite

Nein Keine Schweißung Breite Wärme— spuren

Nein Geschweißt, jedoch breite Wärmespur und schlechte Naht

Ja Kräftige Schweißung

Ja Mittlere Schweißung

Nein Keine Schweißung

Ja Mittlere Schweißung

20,2 Ja Gute Schweißung

Nein Keine Schweißung Ke ine Wärme s pur

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Die vorstellende Tabelle ±± läßt erkennen, daß bei Stahlrohr unter Verwendung eines Widerstandes eine Schweißge« schwindigkeit erzielt werden kann, die nahezu doppelt so hoch ist wie die ohne Widerstand erzielbare Schweißgeschwindigkeit und daß außerdem die Schweißnaht schmaler wird und eine geringere Verfärbung durch die Erhitzung des Rohrmaterials außerhalb der Schweißstelle auftritt. Ferner ist zu bemerken, daß man bei Rohren aus Aluminium und Kupfer Schweißgeschwindigkeiten bis zu etwa 63 m/min bzw» bis au etwa 20 m/min unter Verwendung eines Widerstandes erzielen kann, während ohne Verwendung des Widerstandes bei Aluminiumrohr bei etwa 50 m/inin und bei ICupferrohr bei etwa 20 in/rain keine Verschwel ßung mehr ersielt wird.

en
Die Einrichtung/gemäß der Neuerung sind in gleicher

Weise bei der Herstellung geschweißter Rohre Eiit überlappter Schweißnaht anwendbar, Sine bevorzugte Ausbildungsform einer Einrichtung gemäß der Neuerung für diesen Zweck ist in Fig,5 bis 7 dai"gestellt. Das Metallrohr 30 wird gemäß Fig» 5 und 6 in Richtung des Pfeils B bewegt, und die sich überlappenden Ränder 31 und 32 des Rohrs werden Mit Hilfe von Strömen er« hitzt, die im Rohrmaterial durch eine Induktionsspule 33 induziert werden, die das Rohr vor dem Schweißpunkt W umgibt; die Spule 33 kann gemäß Fig, 7 nur eine einzige Windung oder in bekannter Weise mehrere Windungen umfassen. Der Induktionsspule 33 wird von einer hier nicht gezeigten Quelle aus ein hochfrequenter Strom zugeführt, dessen Frequenz so gewählt ist, daß sich ein Verhältnis zwischen der, Wandstärke des Rohrs

und der Sezugstiefe des Stroms in dein betreffenden Metall ergibt, das mindestens gleich 3 ist.

Ein ringförmiger Magnetkern oder Widerstand 34 ist ±m Inneren des Rohrs angeordnet und wird über Rohrleitungen 35 und 36 mit einem Kühlmittel gespeist; diese Rohrleitungen führen zu Ringkanälen 37 und 38 innerhalb des Widerstandes 34» Der Widerstand ist an einer Platte 39 befestigt, die durch eine Stange 40 geführt wird, und als Unterstützung sind zwei Rollen 41 und 42 vorgesehen, die gemäß Fig» 5 und 7 auf der Platte 39 drehbar gelagert sind« Die Rollen 41 und 42 können aus Metall oder einem nicht leitfähigen keramischen Material bestehen»

Das Metall des Rohrs wird iait Hilfe von Quets ehr ollen und 44 in die gewünschte Form gebracht, und die sich überlappenden Ränder 31 und 32 werden am Schweißpunkt TI durch eine Rolle 45 aufeinandergedrückt bzw» miteinander verschmiedet; die Rolle 45 kann ebenfalls aus Metall oder einem keramischen Material bestehen»

Um den Tfirkungsgrad des Arbeitsgangs au erhöhen, und um das Hindurchfließen des Heizstroms durch das Material zu Teilen desselben einzuschränken, die unmittelbar vor dem .Schweißpunkt ¥ liegen, ist es in vielen Fällen zweckmäßig, die Induktionsspule 33 möglichst- nahe am Schweißpunkt 1Ί anzuordaen. 33el der in Fig. 4 gezeigten Anordnung machen es die Quetsehrollen I5 und 16, die relativ groß sein müssen, unmöglich, die Induktionsspule 17 in unmittelbarer Nähe des Schweißpunktes ¥ vorzusehen.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 bis 7 kann man jedoch die Quetschrollen 43 und 44 hinter des Schweißpunkt ¥ anordnen, xiie es in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, denn die erhitzten Ränder 31 und 32 werden durch die Rollen 42 und 45 aufeinander gedrückt, die einen relativ kleinen Durchmesser haben, können. liegen des kleineren Durchmessers der Rollen 42 und 45 kann man die Induktionswicklung 33 somit in einem relativ kleinen Abstand vom Schweißpunkt ¥ anordnen, obwohl die Querschnittsform der Xnduktionsspule 33 z.B. von derjenigen der Induktionsspule nach Fig. 4 abweicht. Wenn man die Ciuerschnittsform der Induktionsspule 33 gemäß Fig» 5 ^so abändert, daß sie einen sich verjüngenden oder dreieckigen Querschnitt erhält, kann man die Spule sogar noch näher an den Schweißpunkt heranrücken, so daß das dünnere Ende des dreieckigen Querschnitts vom Schweißpunkt um einen Betrag entfernt ist, der kleiner ist als der Radius der äußeren Rolle 45· Vorzugsweise ist die laduktionsspule 33 gemäß Fig. 5 hohl ausgebildet, damit iaan ihr auf bekannte iveise ein Kühlmittel zuführen kann,

¥ie schon erwähnt, muß der Strom, der vor dem Schweiß— punkt längs den Rändern des Rohrmaterials fließt, und bei dem es sich im wesentlichen um den einzigen Strom handelt, durch den die Ränder auf die Schweißtemperatur gebracht werden, auch über den hinteren Teil des Rohrs auf dessen Oberfläche unterhalb der Induktionsspule fließen. Somit fließt bei den be« schriebenen Ausbildungsformen immer noch ein Strom von erheb« licher Stärke über die Außenseite und den hinteren Teil des Rohrs 10 bzw, 30, obwohl die Stärke des auf der Innenseite

fließenden Stroms durch den Tviderstand 21 bzw. 3k herabgesetzt wird» Dieser Strom bewirkt eine Erhitzung des ilohrs unter der Induktionswicklung 17 oder 33, und dieser Strom wird nicht nur nutslos vergeudet, sondern er bewirkt eine VDrhitzung, die zu einer Verfärbung das ÜRohrmaterials führt« Hierin besteht bei der Herstellung von Stahlrohren ein wichtiges Problem, denn die Händer des au schweißenden Rohrs werden auf eine Temperatur oberhalb des Curie-Punktes des Stahls erhitzt, damit die Ränder miteinander verschweißt werden. Wenn die Temperatur des Stahls bis oberhalb des Curie-Punktes erhöht wird, geht sein elektrischer Tfiderstand zurück,

so daß die dem Ausdruck I R entsprechenden Verluste in dem so erhitzten Stahl geringer sind als in dem Stahlmaterial, das sich unterhalb der Induktionsspule befindet« Daher ist die Erhitzung je Längeneinheit in dem Stahl, dessen Temperatur oberhalb des Curie—Punktes liegt, geringer als die Erhitzung des Stahls, der den verbleibenden Teil des Leitungsweges bildet, und das Verhältnis zwischen der uiierx-riinschten Erhitzung und der erwünschten Erhitzung wird größer. Gemäß einei¹ in Pig» 8 und 9 gezeigten weiteren Ausbildungsform der Neuerung wird das Metall des zu schweißenden Rohrs vor dem Schweiß— punkt und unter der Induktionsspule von einem geschlitzten zylindrischen oder ringföiTiiigen Schuh umgeben, der eine höhere Leitfähigkeit bzw. einen geringeren Widerstand besitzt als das Metall, aus dem das geschweißte Rohr hergestellt werden soll.

Gemäß Fig. S und 9 kann das Rohr 10 von einem ortsfesten zylindrischen Schuh 46 umgeben sein, der aus einem Metall

bestellt, dessen Leitfähigkeit höher ist als diejenige des Metalls des Rohrs 5 der Schuh besteht z»B, aus Kupfer, wenn es sich bei dein Material für das Sohl- 10 um Stahl handelt. Der Schuh 46 liegt unter der Induktionsspule 17 und endet vor dem Schweißpunkt ¥. Die radiale Abmessung des Schuhs 46 ist so gewählt, daß sie erheblich größer ist als die Bezugstiefe des darin durch die Spule 33 induzierten Stroms, der über die äußere üsifangsfläche des Schuhs 46 fließt, und vorzugsweise ist die radiale Abmessung mindestens gleich dem Dreifachen der Beaugstiefe oder noch größer« Hart kann den Schuh 46 kühlen, indem man ein Kühlmittel auf den Schuh leitet, oder indem man innerhalb des Schuhs in bekannter Weise Kühl*- kanäle ausbildet, d.ie mit einem Kühlmittel gespeist werden» Der Schuh 46 greift an der Außenfläche des Rohrs 10 an, und im wesentlichen der gesamte Strom, der längs der Ränder 31 und 32 fließt und der normalerweise durch den äußeren Umfangsteil des Metallrohrs fließen würde, fließt jetzt über die Außenfläche des Schuhs 46» Da außerdem die radiale Abmessung oder ¥and.stärke des Schuhs 46 in der erwähnten Weise gewählt wurde und da die Frequenz der Ströme den weiter oben gemachten Angaben entspricht, wird im wesentlichen kein Strom in dem unter der Spule 33 liegenden Teil des Rohrs 30 induziert, so daß sich d.ie Wirkung des Schuhs 46 erheblich von der VJTirkung eines Schuhs unterscheidet, wie er dann vorgesehen wird, wenn man mit relativ niedrigen Frequenzen arbeitet, wobei die Besugstiefe des für den Schuh 46 verwendeten Metalls erheblich, größer ist als die radiale Abmessung oder Dicke des Schuhs*

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Da der Schuh. 46 eine höhere .Leitfähigkeit besitzt als das Metall des Rohrs 10, sind die darin auftretenden dein Ausdruck IH entsprechenden Verluste geringer als die analogen Verluste, die auftreten, wenn der Strom in der Außenfläche des Metallrohrs fließt, und außerdem erfolgt nur eine geringe Erhitzung und im wesentlichen keine: Verfärbung auf der Außenfläche des Rohrs 10 an dessen Rückseite.

Gemäß Fig« 9 kann der Schuh 46 zwei Fortsätze 47 tragen, die mit Öffnungen zum Aufnehmen eines Bolzens 48 versehen sind; der Bolzen 48 ist in eine Halterung 49 eingebaut. Die Fortsätze 47 werden durch eine Feder 50 gegeneinander vorge« spannt, und die Spannung der Feder 50 kann mit Hilfe einer auf den Bolzen 48 aufgeschraubten Mutter 51 eingestellt werden. Um die Mutter 51 festzulegen, kann man eine Gegenmutter 52 vorsehen. Der Bock 49 besteht vorzugsweise aus Isoliermaterial, und der Bolzen 48 ist entxfeder aus Isoliermaterial hergestellt oder gegenüber einem oder beiden Fortsätzen 47 isoliert, so daß kein Strom zwischen den Fortsätzen 47 durch den Bolzen 48 fließen kann.

Da es nicht erforderlich ist, daß der Schuh 46 mit der ganzen Außenfläche des Rohrs 10 in Berührung steht, kann man ihn auch in der in Fig, 10 gezeigten Weise ausbilden, Bei der anordnung nach Pig* 10 ist der Schuh 46a an zwei Bürsten oder Kontakten 53 und 54 befestigt, die gegen die Ränder 55 und 56 des Rohrs 10 gedruckt werden; zu diesem Zweck sind beliebige bekannte I-Iittel vorgesehen, z.B. Federn 58, die sich an ortsfesten Halterungen 59 abstützen. Die Innenfläche des Schuhs

46a kann sicli in einem gelingen Abstand von der Außenfläche des Rohrs 10 erstrecken. Somit berührt dex· Schuh 46a das Metall des Rohrs nur an den Rändern 55 und 56, und der Strom, der norinalei^weise über die Rückseite des Rohrs fließen wüx"de, fließt jetzt durch dis Kontakte 53 und 54 sowie über die Außenfläche des Schuhs. Gegebenenfalls können die Kontakte 53 und 54 aus dem gleichen Material bestehen wie der Schuh, oder Eian kann sie aus einem leitfähigeii Material herstellen, das eine höhere Verschleißfestigkeit besitzt als das Metall des S chuhs.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich^ daß der Schuh 46 bzxir» 46a dann, wenn Juan ihn in Verbindung Eiit dem Widerstand 21 oder· 34 verwendet, im Vergleich aur ¥erwendung des Widerstandes 21 oder 34 allein eine weitere Verringerung der Wänneverluste bewirkt; der Schuh 46 oder 46a erweist sicii insbesondere dann als ZTtfeckmäßig, wenn die Stärke des Stroms auf der Innenseite des Rohrs mit Hilfe des Widerstandes herabgesetzt worden ist, und daher ist das Verhältnis zwischen der Wandstärke des Rohrs und der Bezugstiefe mindestens gleich 3» 2s ist jedoch ersichtlich, daß der Schuh 46 auch beim Fehlen eines Widerstandes 21 oder 34 au besseren Ergebnissen führt, da die Wärmeverlust· auf der Rückseite des Rohrs herabgesetzt werden und eine geringere Verfärbung des Rohrs durch den über seine Rückseite fließenden Strom verursacht wird. Weiterhin trägt der Schuh 46 oder 46a dazu bei, die Verluste herabzusetzen und die Verfärbung einzuschränken, wenn weder ein Widerstand verwendet xvird, und wenn nicht mit dem erwähnten

Verhältnis gearbeitet wird, solange das Verhältnis zwischen
der TJandstärke des Schuhs und der Bezugstiefe des darin
fließenden Schweißstroms größer ist als 1, während die Leitfähigkeit des Metalls des Schuhs höher ist als diejenige des Bohrmaterials.

13s sei bemerkt, daß man bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die verschiedensten Abänderungen und
Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Neuerung zu verlassen»

Claims (1)

1. leue Schutzansprüche

   1, Vorrichtung zum kontinuierliohen Längsschweißen von Metallrohren aus einem C-förmig vorgebogenen Hohrmantel, der unter Offenhaltung eines mit seiner Spitze einen ortsfesten Schweißpunkt bildenden V-förmigen Schlitzes gegenüber einer kurz vor dem Schweißpunkt angeordneten, mit ν/echselatrom gespeisten elektrischen Heizvorrichtung vorwärts bewegt wird, durch die das Metall an den die Schweißkanten bildenden Händern des Spaltes auf Schweißtemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung zur Erhitzung des Metalles an den Schweißkanten mit einer nicht mehr p.Is ein Drittel der Wanddicke des Rohrmantels betragenden Eindringtiefe des Stromes durch eine mit Hochfrequenzstrom von wenigstens 100 000 Hz gespeiste Induktionsspule (17, 33) gebildet ist und innerhalb des sich vorwärts bewegenden Rohrmantels und der Induktionsspule ein ortsfester Magnetkern oder Widerstand (21, 34) angeordnet ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfeste Magnetkern oder Widerstand (21, 34) von einer vor der Induktionsspule liegenden Stelle bis kurz hinter den Schweißpunkt (W) reicht.

   -2-

   — 2 ·—

   ii

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern oder Widerstand (21) auf einem axialen Tragarm (22) angeordnet ist, der in der Längsrichtung. des Rohrmantels versteilbar ist.

   4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß auf dem 'Tragarm (22) ein den Magnetkern oder Widerstand (21) in geringem Abstand umgebender Abschirmmantel (29 ) angeordnet ist, der einen τοη einem Kühlmittel durchströmten Kühlraum für den Magnetkern oder Widerstand bildet.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Induktionsspule (17) und dem Rohrmantel in elektrisch leitender Verbindung mit diesem eine von dem einen Spaltrand über den Umfang des Rohrmantels bis zum anderen Spaltrand reichende Schale (46, 46a) aus einem Metall mit einer das Metall des Rohrmantels übertreffenden Leitfähigkeit angeordnet ist, die kurz vor dem Schweißpunkt endet.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (46, 46a) eine radiale Dicke aufweist, die mindestens dreimal so groß ist, als die Eindringtiefe des Stromes in die Schale.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (46) mit ihrer ganzen Fläche auf dem Rohrmantel aufliegt.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (46) durch mindestens eine an ihren Rändern angreifende Feder (50) in elastischer Flächenberührung mit dem vorwärts bewegten Rohrmantel gehalten ist.

   -3-

   _ ¹Z _

   9. Torrichtung· nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, | daß die Feder (50) als Schraubenfeder ausgebildet und auf ;

   einem Bolzen (48), der an einem radialen Ansatz (47) des j einen Eandes der Schale (4^:6) in tangentialer Richtung "befestigt
   und durch einen entsprechenden Ansatz des anderen Schalenrandes j hindurch nach außen geführt ist, zwischen der Außenfläche dieses j Ansatzes und einer auf das Ende des Bolzens (48) aufgeschraubten
   Einstellmutter (51) angeordnet ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (46a) in geringem Abstand von dem
   Rohrmantel angeordnet und nur an den Spalträndern (12, 14)
   mit dem Rohrmantel elektrisch verbunden ist.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

   daß an den Rändern der Schale (46a) Kontakte (53, 54) befestigt i sind, die alsBrüsten oder Gleitkontakte ausgebildet sind und _; zur elektrischen Verbindung zwischen der Schale und dem Rohrmantel an den Spalträndern (12, 14) dienen. j

   12. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum überlappten Längsschweis-' sen, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern oder Widerstand i (34) ringförmig ausgebildet und an einer axialen Stange (40)
   befestigt ist, die im Bereich des Schweißpunktes in dem Rohr ; (30) durch radial angeordnete Rollen (41, 42) geführt ist, von ! denen die eine Rolle (42) gegenüber einer radialen Außenrolle

   (45) angeordnet ist und mit dieser zusammen ein Druckrollenpaar
   zum Aufeinanderpressen der überlappten Ränder (31, 32) des Rohrmantels im Schweißpunkt (W) bildet.

   13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (17, 33) nur eine einzige V/indung aufweist.

   14· Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (33) einen nach dem Schweißpunkt (W) spitz zulaLifenden Querschnitt aufweist und mit ihrem spitzen Sand in den zwischen dem Umfang der äußeren Druckrolle (45) und dem Sohrmantel gebildeten Winkel hineinragt.

   Der Patentanwalt

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