DE2023869C3 - Vorrichtung zum Längs- oder SpiralnahtschweiBen von Metallrohren mittels MF-Stromes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Längs- oder Spiralnahtschweißen von Metallrohren mittels MF-Stromes. bei der das Rohr in einer Rohrwalze aus einem Metallband formbar und vorwärts bewegbar ist. wobei durch die Stoßflächen des Metallbandes ein V-förmiger Spalt gebildet ist. bei der im Spaltbereich ein ringförmiger Induktor das Rohr umgibt, bei der im Rohrinneren ein Impeder vorgesehen ist, der aus zwei Teilstücken besteht, von denen das erste Teilstück im Feldbereich des ringförmigen Induktors angeordnet und mit bandförmigen Riick^chlußblechen versehen ist. deren Seitenflächen im wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufen, und von denen das zweite Teilstück zwischen dem ringförmigen Induktor und dem Berührungspunkt der Stoßflächen angeordnet und mit Rückschlußbicchen versehen ist, deren Seiienflächen im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse stehen, und bei der ein Schaber vorgesehen ist, der die hinter dem Spalt gebildete Schweißnaht bearbeitet.

Ein solcher Impeder im Rohrinneren hat den Zweck, den magnetischen Widerstand der Kraftlinien des

ίο Magnetfeldes im Inneren des entstehenden Rohres zu verringern und die Kopplung zwischen dem Werkstück und dem Induktor zu verbessern. Bu Rohrschweißanlagen, die mit einem Impeder ausgerüstet sind, kann daher die Schweißgeschw indigkeit erhöht werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung zum induktiven Schweißen (DT-AS 1141037) ist der Impeder mit stabförmigen Ferritkernen bestückt, die im Rohrinneren parallel zur Rohrachse angeordnet sind. Ein solcher Impeder ist vorwiegend zum Schweißen mit HF-Strom

ίο geeignet. Beim Schweißen mit MF-Strom würde sich «eine Wirksamkeit entscheidend verringern und die .Schweißgeschwindigkeit müßte erniedrigt werden.

Bei einer weiteren bekannten Rohrschweißvorrichtung (DT-AS 10 11 098) werden die Kanten eines aus einem Metallband vorgefertigten Rohres durch Widerstandserhitzung auf Schweißtemperatur gebracht. Zur Erhöhung der Impedanz der das Rohr umschließenden Strompfade ist ein Impeder im Rohrinneren vorgesehen, der aus parallel zur Rohrachse angeordneten Stangen aufgebaut ist. Die Stangen sind aus gesintertem magnetischen Oxid oder aus Eisen. Diese bekannte Rolirschweißvorrichtung mit Widerslandserhitzung ist besonders zum Betrieb bei HF-Strom mn einer Frequenz zwischen 300 und 500 kHz geeignet. Diese bekannte Rohrschweißvorrichtung könnte mit MF-Strom mit einer Frequenz von etwa 1OkHz und höher rur dann gespeist werden, wenn besondere Vorkehrungen /ur Führung des Stromes im Rohr vorgesehen würden Die Schweißgeschwindigkeii: wäre aber auch dann gegenüber der beim Schweißen mit HF-Strom erzieibaren Schweißgeschwindigkeit erniedrigt. Außerdem körnte es zu Überhitzungen kommen, die die Temperaturbelastbarkeit des lmpeders übersteigen. Diese bekannte Rohrschweißvorrichtung wäre daher beim Schweißen mit MF-Strom störanfällig und nicht betriebssicher.

Bei einer weiteren bekannten induktiven Hochfrequenz-Schweißvorrichtung (US-PS 30 28 469) ist zum Entgraten des Rohres nach dem Verschweißen ein Schaber vorgesehen, der die Schweißnaht am Außendurchmesser des Rohres bearbeitet. Weiterhin ist eine Schneidevorrichtung im Inneren des verschweißten Rohres angeordnet. Diese Schneidevorrichtung bildet den Kopf einer rohrförmigen Anordnung, die mit Kühlmittelzuführungen und einem magnetischen Kern in einem zylindrischen Behälter ausgerüstet ist. Die rohrförmige Anordnung besitzt einen Außendurchmesser, der gleich dem Innendurchmesser des Rohres ist. Der Schaber wird nicht durch den Innenraum des magnetischen Kerns hindurchgeführt.

Eine bekannte Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Rohrenden (GB-PS 7 15 969) enthält eine Induktorspule mit einer einzigen Windung eines verhältnismäßig flachen Leiters, der in Längsrichtung des Rohres vergleichsweise schmal ist. Der Induktor überdeckt die Ränder der beiden zu verschweißenden Rohre und erzeugt ein schmales Feld eines hochfrequenten magnetischen Flusses, welche die induktive Erwärmung

der beiden Rohrenden bewirkt. Auf beiden Seiten des Induktors sind Bleche aus magnetischem Material angeordnet, die den magnetischen F⁷IuB konzentrieren. Die magnetischen Bleche sind in Ebenen angeordnet, die im wesentlichen radial zur Rohrachse ausgerichtet sind.

Bei der eingangs genannten Schießvorrichtung (US-PS 23.35 894) wird die RoVnaht fortlaufend zunächst geschlossen, dann zum Abschmelzen der Schweißkanten wieder geöffnet und schließlich zur so endgültigen Verschweißung erneut geschlossen. Hierzu sind drei Reihen von Walzengestellen vorgesehen, von denen das erste zum Schließen der offenen Rohrnaht, das zweite zur Wiederöffnung derselben und das dritte zum endgültigen Schließen der Rohrnaht dient. Zwischen dem zweiten und dritten Walzengestell ist im Rohrinneren ein aus zwei Teilstucken zusammengesetzter Impede.- angeordnet. Das erste Teilstuck des Impeders besteht aus Rückschlußblechen aus iamelliertem Siliciumstahl und einem mittleren Flacheisen. Die Seitenflächen der Rückschlußbleche sind parallel zueinander und parallel zum mittleren Flacheisen ausgerichtet. Damit das zu verschweißende Rohr frei über dieses Teilstück, hinwegbewegt werden kann, nimmt die Breite der einzelnen Rückschlußbleche vom mittleren Flacheisen aus nach beiden Seiten ab. Eine ringförmige Spule umgibt das Rohr im Bereich des ersten Teilsuickes des Impeders. Das erste Teilstuck ragt kei'formig in das zweite Teilstück hinein. Das /weite Teilstück des Impeders ist unter Berücksichtigung der Richtungsänderung des magnetischen Krafti'iusses aus kreisförmigen Rückschlußblenden aufgebaut, die konzentrisch zur Rohrachse liegen. Das /v. eue Teilstuck ist in der Höhe des dritten Walzengesiells angeordnet, wo das Rohr endgültig verschweißt wird. Weiterhin ist ein Schaber zur AuBenerügratung des verschweißten Rohres vorgesehen.

Ein solcher Impeder mit keilförmiger Verbindung der beiden Teilstücke ist schwierig zu fertigen: er bietet auch keine Möglichkeit, einen Schaber in das Rohrinnere einzuführen, um den beim Schweißvorgang entstehenden Innengrat zu entfernen. Mit der bekannten Vorrichtung lassen sich nahtlose, auch innen entgratete Rohre nur durch einen zusätzlichen nachfolgenden Arbeitsgang herstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art auf einfache Weise so auszubilden, daß trotz hoher Schweißgeschwindigkeit der Impeder vor einer Überhitzung geschützt ist und das Anbringen ;iner Innenentgratungsvorrichtung am Impeder auf einfache Weise möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rückschlußbleche außen auf einem rohrförmigen Tragkörper befestigt sind, dessen Innenraum zum Durchführen des zur Innenentgratung des Metallrohres vorgesehenen Schabers bemessen ist und daß die Rückschlußbleche am ersten Teilstück des Impeders radial abstehend angeordnet sind.

Der bei der erfindungsgemäßen .Schweißvorrichtung &₀ verwendete Impeder gestattet das Durchführen des zur Innenentgratung vorgesehenen Schabers um! ist einfacher herzustellen als der bekannte Impeder. Emv besondere F.ntgratungsvomchtung mn eigenen mou· risch betriebenen Rohrführungen i-,t überfliisMg. Durch f-s die radial abstehende Anordnung der Riickschlußbleche am ersten Teilstuck des Impeders ist gewährleiste:. d.iü deren thermische Beanspruchung gering ist. Diese Rückschlußbleche sind im Gegensatz zur bekannten Vorrichtung alle gleich bemessen, so daß sich die Vorratshaltung vereinfacht.

Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, daß die Rückschlußbleche aus einem Material mit einer Sättigungsmagnetisierung von etwa 2 T und einer relativen Permeabilität /wischen 15 000 und etwa 30 ¹DOOgefertigt sind.

Da die Rückschlußbleche des Impeders in jedem Rohrbereich so geschichtet sind, daß ihre Seitenflächen angenähert senkrecht zum Induktionsstrom im Rohr stehen, werden Wirbelströme im Impeder weitgehend unterdrückt. Damit wird die Erhitzung des Impeders stark vermindert. Außerdem besitzt das genannte spezielle Material der Rückschlußbleche einer: hohen Curiepunkt oberhalb 500"C. Eine Überhitzung des Impeders ist damit ausgeschlossen. Es läßt sich auch bei Rohren der mittleren und schweren Qualität der Vorteil einer größeren Schweißgeschwindigkeit bei Verwendung von MF-Strom erhalten.

Mit diesem einfachen Aufbau entsteht ein Impeder mit zw ei Wirkzonen. Die erste Wirkzone im Bereich der Induktionsspule vermindert den Innennngstrom im Induktorbereich. Die zweite Wirkzone beeinflußt die induktionsarme Spaltstrecke zwischen der Induktionsspule und dem .Schweißpunkt derart, daß hier der Induktionsstrom längs der Kanten des V-förmigen Spaltes fließt.

Der Tragkörper einer erfindungsgemäßen Sehweißv Errichtung k.inn mit einem Kühlkanal für ein Kühlmittel .ersehen scm Bei Eisenteilen im Bereich des V-förmigen Spaltes kann der Raum unterhalb des Spjiies uusgespar sein. Dar.:: wird vermieden. d;;ß Herabfallender Zunder die Eisenteüe verschmu;/!

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Beispiele der F i g. ! bis 3 näher erläutert. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen verseher;.

F i g. i zeigt eine Rohrschweißanlage in der Draufsicht. Das aus einem Metallband vorgeformte Rohr 1 wird durch Druckrollen 2 zusammengepreßt und vorwärts bewegt. Die Stoßkanten 3 des Metallbandes bilden einen V-förmigen Spalt 4. Die Druckrollen 2 pressen die auf Schweißtemperatur erhitzten Spaltkanten 3 und die zugehörigen Stoßflächen im Berührungspunkt 5 zusammen, so daß sich eine Schweißnaht 6 ausbildet. Zur Erzeugung der Schweißtemperatur ist eine induktionsspule oder ein ringförmiger Induktor 7 vorgesehen, der mit MF-Strom einer Frequenz von ungefähr 3 bis 10 kHz gespeist wird. Der Induktor 7 ist mit Kühlkanälen 7a fur ein Kühlmittel versehen. Der Induktor 7 erzeugt einen Ringstrom im vorgeformten Rohr 1, der im Feldbereich 8 des Induktors in der eingezeichneten Pfeilrichtung 8a fließt. Im induktionsarmen Bereich 9 des Spaltes 4, der nicht mehr im Feldbereich 8 des Induktors 7 liegt, fließt der Induktionsstrom in der Pfeilrichtung 9a parallel zu den .Spaltkanten 3. Hierdurch wird der Ringstrom geschlossen.

Im Inneren des Rohres I ist ein Impeder 10 angeordnet. Der Impeder 10 besteht aus einem rohrförmigen Tragkörper 1'.. auf dem verschieden , 'isgerichtete bandförmige Riickschlußbleche 12 und 13 angeordnet sind. Der impeder 10 besteht somit aus zwei Teilstticken. Der Tragkörper 11 kann in Abwandlung zu F1 g. I auch aus mehreren Teilrohren bestehen: beispielsweise können gesonderte Teilrohre für die Bereiche 8 und 9 vorgesehen sein. Die Rückschlußble-

ehe 12 und 13 stehen radial zum Tragkörper 11 ab. Die Rück:;chlußbleche 12 im Feldbereich 8 der Induktionsspule 7 sind mit ihren Seitenflächen parallel zur Rohrachse 14 ausgerichtet. Die Rückschlußbleche 13 liegen außerhalb des Feldbereiches des Induktors 7 im induktionsarmen Bereich 9 des Spaltes 4; ihre Seitenflächen sind rechtwinklig zur Rohrachse 14 ausgerichtet.

Durch den impeder 10 wird der Ringstrom an der Rohrinnenwandung vermindert. Es werden somit in äußerst kurzer Zeit und mit geringer MF-Energie die Stoßkanten 3 und die Stoßflächen im vorgeformten Rohr 1 in die Zwischenstufe des festen und flüssigen Aggregatzustandes gebracht. Dadurch entsteht eine Preßschweißung mit hoher Schweißgeschwindigkeit.

Die Rückschlußbleche 12 und 13 stehen im Feldbereich 8 und im Bereich 9 im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung des induktionsstromes in Pfeilrichtung 8;) und 9a. Die Ausbildung von Wirbelströmen im Impeder 10 wird daher im wesentlichen unterdrückt. Die Rückschlußbleche 12 und 13 sind aus einem Material gefertigt, das eine Sätiigungsmagnetisierung von etwa 2 T und eine relative Permeabilität zwischen etwa 15 000 und 30 000 besitzt, vorzugsweise eine Permeabilität größer 20 000. Diese Eigenschaften besitzt siliziertes Eisen, wie es (beispielsweise unter dem Namen Trafoperm oder Hyperm) im Hände! erhältlich ist. Diese Materialien haben einen Curiepunkt bei etwa 75O⁰C. Durch die Unterdrückung der Wirbelströme aufgrund des geschilderten Aufbaues des Impeders 10 und durch den hohen Curiepunkt des verwendeten speziellen Bleches wird eine unzulässige Erhitzung des Impeders beim üetrieb vermieden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den mit MF-Strom gespeisten Impeder 10. Auf dem Tragkörper 11 sind Abstandshalter 15 und 16 aufgebracht, zwischen denen die Rückschlußbleche 12 angeordnet sind. Die Rückschlußbleche 12. die parallel zur Rohrachse 14 ausgerichtet sind, sind mit Spannringen gehalten, die durch Bohrungen 17 in den Rückschlußblechen 12 geführt sind. Die Rückschlußbleche 13, deren Seitenflächen rechtwinkelig zur Rohrachse 14 stehen, sind zwischen einem als Ringmuffe 15 ausgebildeten Abstandshalter und einer weiteren Ringmuffe 18 eingepreßt. Der rohrförmige Tragkörper 11 kann doppelwandig ausgebildet sein. Er kann von einem Kühlmittel durchspült sein, beispielsweise von Wasser. Diese Ausführungsform ist in der F i g. 2 nicht dargestellt.

Durch das Innere des rohrförmigen Trügkörpers 11 kann ein Schaber zur Entgratung der Schweißnaht 6 in

ίο das Rohr 1 eingeführt werden. In einer abgewandelten Ausführungsform kann der Tragkörper 11 in Segmente unterteilt sein, die beispielsweise auf dem Schaberrohr befestigt sein können. Mit dieser Unterteilung ist es möglich, den Impeder 10 an unterschiedliche Rohrdurchmesser anzupassen.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen Schnitte längs der Linie III-III der F i g. 2 bei verschiedenen Ausführungsformen der Rückschlußblechc 13. In Fig. 3a sind die Rückschlußbleche 13 etwa halbkreisförmig. Mit Kühlkanälen 28, die beispielsweise von Wasser durchströmt sein können, können diese Rückschlußbleche 13 gesondert gekühlt werden. F i g. 3a zeigt außerdem noch die Befestigung der Rückschlußbleche 12, die parallel zur Rohrachse 14 verlaufen. Die Rückschlußbleche 12 sind auf Spannringe 19 aufgefädelt, die durch Muttern 20 mit Flanschen 21 verschraubt sind.

Fig. 3b zeigt eine andere Form der Rückschlußbleche 13. Die Rückschlußbleche 13 sind U-förmig ausgebildet. Sie liegen direkt unterhalb des Spaltes 4 der Rohrschweiüanlage. Zwischen den Schenkeln der U-förmigen Rückschlußbleche 13 ist ein Kühlkanal 28 angeordnet.

In Fig. 3c sind zwei Gruppen von Rückschlußblechen 13a und 136 vorgesehen. Die Form der Rückschlußbleche 13a und 13i> stimmt mit den U-förmigen Rückschlußblechen nach Fig. 3b überein. In der Rohrschweißvorrichtung wird der Impeder 10 nach Fig. 3c so angeordnet, daß jede Gruppe von Rückschlußblechen 13a. 136unter einer Spaltkante liegt.

In den Raum zwischen den beiden Gruppen der Rückschlußbleche 13a und 13έ> kann daher Zunder fallen, der von den Stoßkanten 3 des Rohres 1 abspringt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Längs- oder Spiralnahtschweißen von Metalirohren mittels MF-Stromes, bei der das Rohr in einer Rohrwalze aus einem Metallband formbar und vorwärts bewegbar ist. wobei durch die Stoßflächen des Metallbandes ein V-förmiger Spalt gebildet ist. bei der im Spaltbereich ein ringförmiger Induktor das Rohr umgibt, bei der im Rohrinneren ein impeder vorgesehen ist. der aus zwei Teilstucken besteht, von denen das erste Teilstück im Feldbereich des ringförmigen Induktors angeordnet und mit bandförmigen Rückschlußblechen versehen ist. deren Seitenflächen im wesentlichen parallel zur Rohrachse verlaufen, und von denen das zweite Teilstück zwischen dem ringförmigen induktor und dem Berührungspunkt der StoSflächen angeordnet und mit Rückschlußblechen versehen ist, deren Seitenflächen im wesentlichen senkrecht zur Rohrachse stehen, und bei der ein Schaber vorgesehen isi. der die hinter dem Spalt gebildete Schweißnaht bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruckschlußbleche (12, 13) außen auf einem rohrförmigen Tragkörper (11) befestigt sind, dessen Innenraum zum Durchfuhren des zur Innenentgratung des Metallrohres vorgesehenen Schabers bemessen ist. und daß die Rückschiußbleche (12) am ersten Teilstück des lmpeders (10) radial abstehend angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußbleche (12, 13) aus einem Material mit einer Sättigung^rmagnetisierung von etwa 2 T und einer relativen Permeabilität ZW ischen etwa 15 000 und etwa 30 000 gefertigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußbleche (12, 13) eine relative Permeabilität besitzen, die größer als 20 000 ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Tragkörper (11) mit einem Kühlkanal (28) für ein Kühlmedium vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß bei den Rückschlußblechen (13), die im Bereich des V-förmigen Spaltes (4) liegen, der Raum (22) unterhalb des Spaltes (4) ausgespart ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß auf dem zweiten Teilstück des lmpeders (10) zwei Gruppen von Rückschlußblechen (13a. 13£>) angeordnet sind, zwischen denen der Raum (22) unterhalb des Spaltes (4) ausgespart ist.