DE2239764A1

DE2239764A1 - Verfahren zur herstellung von geschweissten rohren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2239764A1
Application number: DE19722239764
Authority: DE
Inventors: David Sciaky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-08-12
Publication date: 1973-03-15
Also published as: JPS5131031B2; JPS4836049A; AU459442B2; BR7205224D0; IT964703B; AU4614272A; FR2152542B1; CA948281A; BE786853A; GB1343387A; FR2152542A1

Description

DipL-Ing. E. E. Finkener
Dipl.-Ing. W. Ernesti ^avid Sciaky

Patentanwälte Chicago _t IHinoia

Bochum ' ·' " '

Helnrkh-Könlg-StraSe 12 USA

Fernsprecher 4 IS SO, 4 23 27 Telegrammadresse; Radtpatent Bochum

72 127
EEff/US

Verfahren zur Herstellung von geschweißten Bohren und
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Hohren aus auf Hollen aufgewickelten ebenen Blechen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die es ermöglicht, durch Verwendung eines Elektronenstrahls, der in einem Vakuum erzeugt und durch eine öffnung auf die Schweißstelle auf
dem Werkstück gerichtet wird, eine hohe Eroduktionsgesohwindigkeit zu erzielen. Dabei wird das Werkstück kontinuierlich durch die Schweißmaschine in eine Kammer und aus der Kammer heraus bewegt, die auf einem Druck gehalten wird, der zwischen dem Unterdruck in der Elektronenkanone und dem atmosphärischen Druck liegt.

Zum Schweißen von Bohren hair man bisher Widerstandsschweißverfahren sowie Gas-Iichtbogen-Induktions- und

Hochfrequenzschweißungen benutzt. Diese Schweißverfahren sind auf bestimmte Stoffe, die geschweißt werden können, und bestimmte Schweißgeschwindigkeiten beschrankt, weil
sie alle Wärmequellen mit geringer Energiedichte benutzen. Ein Elektronenstrahl ist eine Quelle konzentrierter Wärme, weil mittels geeigneter elektrostatischer oder
elektromagnetischer ffokus si er einrichtungen ein« hohe;
Energie in einem Elektronenstrahl mit einem Whrkleinen Querschnitt auf dem Werkstück-konzentriert werden kann.
Die Energie in dem hoch konzentrierten Elektronenstrahl, der auf die Naht, die geschweißt werden soll, gerichtet

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ist, wird in Wärme an dem Werkstück umgeformt und wirkt auf das Metall so ein, daß eine schmale, tiefe Schweißzone längs der Naht erzeugt wird. Das Verhältnis von Tiefe zu Breite der geschweißten Zone kann 20 ι 1 sein im Gegensatz zu dem Verhältnis von 2 ι 1, daa als bestes Verhältnis bei Verwendung der älteren Schweißverfahren möglich ist. Wegen der hoch konzentrierten Wärme, der engen Naht und der schmalen, der Wärme ausgesetzten Zone ist der Verzug der zu schweißenden Teile erheblich niedriger und die Schweißnaht und der geschweißte Bereich haben eine Festigkeit, die der festigkeit des geschweißten Materials entspricht. Es können auch höhere Schweißgeschwindigkeiten erzielt und Stoffe mit hohen Schmelztemperaturen und/oder hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Molybdän, Wolfram, Titan, Kupfer und Aluminium geschweißt werden, ebenso wie übliche Stoffe, wie Flußstahl oder rostfreier Stahl.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, Metallrohre kontinuierlich mittels eines konzentrierten Elektronenstrahls zu schweißen. Die Erfindung betrifft ferner Einrichtungen zum Führen des ebenen Bleches, aus dem das Rohr geformt wird, aus einem Raum, der unter atmosphärischem Druck steht durch einen abgeschlossenen Raum, der unter niedrigerem Druck gehalten wird, sowie Einrichtungen zum Formen des Bleches zu einem Rohr, zum Schweißen des Rohres unter niedrigem Druck und zum Weiterleiten des geschweißten Rohres mit hoher Geschwindigkeit in die Atmosphäre.

Gegenstand der Erfindung sind ferner Einrichtungen zur Anordnung einer Blechspule in einem abgeschlossenen Raum, der unter Unterdruck steht, zum Verformen des Blechstreifens zu einem Rohr und zum Schweißen des Rohres innerhalb des unter Unterdruck stehenden Raumes, sowie zum Herausführen des geschweißten Rohres in die Atmosphäre mit ho-

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her Geschwindigkeit.

Ferner betrifft die Erfindung Einrichtungen zum Leiten eines Rohres aus einem Raum, der unter atmosphärischem Druck steht durch einen abgeschlossenen Raum, der unter niedrigerem Druck steht und wieder in die Atmosphäre "bei hoher Geschwindigkeit. Gegenstand der Erfindung sind ferner eine Einrichtung zum Schweißen von Rohren aus verschiedenartigen Metallen und legierungen und aus Blechen unterschiedlicher Stärke und mit unterschiedliehen Abmessungen, ebenfalls bei hoher Geschwindigkeit, sowie Einrichtungen zum Abheben oder Glätten der Schweißwulst, die längs der inneren und äußeren Wandung des Rohres beim Schweißen gebildet worden ist.

Weitere Merkmale der Erfindung und deren Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die auf der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Schweißen von Rohren mittels eines Elektronenstrahls,

Figur 2 eine Draufsicht auf die auf Figur 1 dargestellte Maschine,

Figur 5 einen Schnitt nach, der Linie E-E der Figur 1,

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Figur 4- eine Querschnittsansicht der Figur 1, etwa an der linie F-F,

Figur 5 eine Querschnittsansicht, etwa an der linie D-D, die einen Abschnitt der Vakuumkammer zeigt, in der sich die Verformungs- und Leitrollen und der ßchweißbereich der Maschine befinden,

Figur 6 eine Seitenansicht der Einrichtungen Eum Einführen des Bleches aus der Atmosphäre in die Vakuumkammer der Maschine, in der die Verformung und das Schweißen des Eohres stattfinden,

Figur 7 eine Querschnittsansicht der Figur 6, etwa an der Linie A-A,

Figur 8 eine Querschnittsansicht eines Teils der auf Figur 1 dargestellten Maschine, einschließlich des Schweißbereiches, die die Einrichtungen zum Verhindern des Lufteintrittes aus der Atmosphäre in den Schweißbereich zeigt,

Figur 9 eine Querschnittsansicht der Figur 7 längs der Linie C-O,

Figur 10 eine Querschnittsansicht der Figur 8 längs der Linie B-B,

Figur 11 eine schematische Darstellung der Verwendung von zwei Elektronenstrahlkanonen, die ihre Strahlen gleichzeitig auf den Schweißbereich richten und

Figur 12 die Projektion der beiden Elektronenstrahlen, die auf Figur 10 dargestellt sind, auf das zu

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schweißende Rohr.

Die auf Figur 1 dargestellte Vorrichtung "besteht aus einem Höhrenwalzwerk, in das Röhrenstreifen aus Eisen oder einem anderen Metall eingeführt werden; diese werden der Ma= schine von Spulen aus flachen Metallstreifen, die vorgefertigt sind, zugeführt«. Der flache Metallstreifen 1, der vorher auf eine Haspel 2 aufgewickelt wurde, tritt durch eine Vorrichtung zum Abschrägen der Kanten, die nicht dargestellt ist und dann in die Vakuumkammer, nachdem er die Abdichtung 3 passiert hat» In dem Abdichtungsbereich 3 wird das zu schweißende Band am Umfang so abgedichtet, daß keine Luft in die Vakuumkammer 4- eintreten kann«, Innerhalb der Kammer durchläuft dar Streifen verschiedene ' Walzgerüste 5_S deren Walzen den Streifen vorziehen, während er den gewünschten rohrförmigen Querschnitt annimmt _o !Figur 1 zeigt vier solcher angetriebenen Walzgerüste, durch die der Streifen läuft und das gebildete Rohr, das sich von links nach rechts bewegt» Das Walzgerüst 6 enthält JJHihrungsrollen, die verhindern, daß sich das Rohr dreht, wenn es durch die Rollen läuft, damit die zu schweißende Naht, "d.h. die Kanten des Bleches, das so verformt ist, daß sich die Kanten berühren, durch den Schweißbereich 7 hindurchtritt, und die Naht immer richtig in bezug auf die Elektronenkanone ausgerichtet istο

Das Walzgerüst 6 trägt ferner lührungsrollen 8 und 9»- die in Figur 4- dargestellt sind und das Rohr oben und unten unterstützen und die mittels Scheiben 10 verhindern, daß das Rohr sich dreht® An dem Walzgerüst 11 befinden sich Walzen 12, deren Aufgabe es ist, die Naht zu schließen, die durch die Kanten des Bleches gebildet wirdo Am oberen rechten Ende der Schweißkammer ist eine Elektronenkanone 13 befestigt, die Einrichtungen zum Erzeugen, Beschleunigen, Fokussieren und Ablenken eines Elektronenstrahls enthält und die im einzelnen in dem US-Patent

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3 187 216 beschrieben ist. Die oberhalb der Vakuumkammer befestigte Elektronenkanone ist mit bekan&t«n Einrichtungen zum Einstellen des Elektronenstrahls in bezug auf die Naht, sowie mit Einrichtungen versehen, die dazu dienen, um festzustellen, ob der Strahl auf die Naht auftrifft, wie es in der US-Patentanmeldung Ser. No. 784 575 beschrieben ist.

Die Elektronenkanone wird getrennt mittels eines Vakuumsystems, das Diffusions- und mechanische Pumpen enthält, evakuiert, so daß ein Druck von wenigstens 10 Torr innerhalb der Kanone vorliegt. Sie erzeugt einen Elektronenstrahl solcher Stärke und Leistungsdichte, wie es für eine zufriedenstellende Schweißung des Materials, aus dem das Rohr besteht, und dessen Stärke erforderlich ist. Der Elektronenstrahl tritt durch eine Öffnung in die Schweißkammer und wird so fokussiert und ausgerichtet, daß er auf das Rohr an der Naht auftrifft. Infolge der hohen Leistungsdichte, die mittels eines Elektronenstrahls erreichbar ist, ist die sich ergebende Schweißnaht schmal und hat nur eine minimale Überhitzungszone. Auf diese Weise entsteht eine Schweißnaht, die praktisch genau so fest ist wie das Muttermetall. Infolge der hohen Leistungsdichte des Elektronenstrahls ist es möglich, Rohre aus einem weiten Bereich verschiedener Metalle bei Geschwindigkeiten zu schweißen, die viel höher sind als sie bisher bei Anwendung älterer Schweißverfahren möglich gewesen sind. Geschwindigkeiten in der Größenordnung von JO m pro Minute können leicht erreicht werden. Das fertige Rohr hat darüber hinaus die höchste erreichbare Festigkeit bei minimalem Verzug und kann leicht gerichtet und zugeschnitten werden. Wenn das Rohr den Punkt 14-, an dem der Strahl fokussiert ist, passiert, wird es geschweißt und der Schweißwulst 55 an der äußeren Oberfläche des Rohres längs der Naht wird mittels eines Schneidgerätes

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15 entfernt, das in der Nähe der Schweißstelle angeordnet ist.

Um das Rohr 31 aus der Kammer in die Atmosphäre zu befördern, ohne daß der Druck innerhalb der Schweißkammer sich verringert, werden neuartige Abdichtungseinrichtungen 18 benutzt. Die Atmosphäre in der Schweißkammer soll auf

-Zl — Λ einem Druck zwischen 10 und 10 Torr, vorzugsweise bei 5 x 10 Torr gehalten werden. Es wäre zwar sehr wünschenswert, innerhalb der Kammer einen Unterdruck von

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10 Torr zu halten, dies wäre aber unwirtschaftlich insofern, als die Kosten für die Pumpeinrichtungen, die hierfür notwendig wären, zu aufwendig sein würden. Die Ver-

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wendung eines Druckes oberhalb 10 Torr würde dazu führen, daß der Strahl abgelenkt wird, wenn er durch das Gas innerhalb der Kammer tritt, so daß schmale Schweißnähte nicht realisierbar wären. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß beim Schweißen mit einem derartig hohen Druck erhebliche Oxydationsrückstände auftreten» Es konnte festgestellt werden, daß der Strahl beim Auftreffen auf Gasmoleküle nicht zerstreut wird, wenn die Schweißung bei

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einem Unterdruck von 5 x 10 Torr durchgeführt wird, sondern daß er seine Leistungsdichte beibehält, während er von der Kanone auf das Werkstück gelangt und daß Oxydationsrückstände erheblich vermindert werden. Die Abdichtungseinrichtung 18 ist mittels eines Flansches 62 an der Ausgangsöffnung 63 der Vakuumkammer angebracht. Das Rohr wird durch die Abdichtungseinrichtung 18 bewegt und gelangt aus dieser bei 19 in die Atmosphäre, worauf das Rohr mittels der Schneideinrichtung 20 auf die gewünschte Länge geschnitten wird«

Die Wirkungsweise der Abdichtungseinrichtungen am Eingang und am Ausgang der Vakuumkammer können am besten unter Bezugnahme auf die Figuren 6 bis 10 erläutert werden. Figur 6 zeigt das Band 1, das bei 21 eintritt, die

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Abdichtungseinrichtung 3 durchläuft und in die Vakuumkammer austritt. Figur 7 zeigt einen Schnitt durch die Abdichtungseinrichtung längs der Linie A-A. Die Abdichtung besteht aus einem unteren Teil 22, der an der Öffnung 23 mit der genauen Breite des Streifens 1 angebracht ist. Wenn die Maschine in Betrieb genommen wird, kann die Deckplatte 27, die bei 24 angelenkt ist, durch Drehen geöffnet werden und man kann einen Streifen 1 in die Öffnung 23 einlegen und in die Schweißkammer 4 einführen. Die Deckplatte 27 kann dann wieder gedreht und über den Streifen gelegt werden, so daß sie praktisch einen Schlitz bildet, durch den der Streifen 1 mit sehr wenig Spiel durchtritt, das zwischen dem Streifen und dem Schlitz bleibt. In bestimmten Abständen längs der Schlitzes, unten, oben und an den Seiten können Rollen angeordnet werden, um zu verhindern, daß das Blech sich abnutzt und dabei den Schlitz vergrößert. Die Verriegelungseinrichtung 25 dient dazu, die Abdichtungseinrichtung in der geschlossenen Stellung zu halten} nachgiebige Dichtungen 26 werden verwendet, um einen Lufteintritt in den Schlitz von den Seiten der Abdichtungseinrichtung zu verhindern. Die Abdichtungseinrichtung für das gebildete Rohr ist am Ausgangsende der Schweißkammer angebracht und im Schnitt auf Figur 8 dargestellt. Sie besteht aus einem inneren und einem äußeren Abdichtungszylinder, durch den das geschweißte Rohr über eine Länge von etwa 3 m oder mehr geführt wird. Die abgedichtete Rohrlänge ist ein Vielfaches des Durchmessers des geschweißten Rohres. Es wurde gefunden, daß eine Länge, die dem 100-fachen des Durchmessers entspricht, dazu führt, daß das Eindringen von Luft in die Schweißkammer erheblich reduziert wird. Nachdem das Rohr die Schweißstelle 14 passiert hat, gelangt es in den äußeren Abdichtungszylinder 28. Das geschweißte Rohr wird dann durch den langen Abdichtungszylinder geführt, der mit

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Sätzen von IHihrungsrollen 30 verseilen ist, die das geschweißte Rohr 31 im wesentlichen zentriert innerhalb des Abdichtungszylinders 28 halten. Das geschweißte Rohr 31 tritt aus dem Zylinder 28 "bei 32 in die Atmosphäre aus. Die auf atmosphärischem Druck "befindliche Luft kann nur am Punkt 32 zwischen der äußeren Oberfläche des geschweißten Rohres 31 und der inneren Wandung des Abdichtungszylinders 28 eintreten. Da zwischen dem geschweißten Rohr und dem Abdichtungszylinder ein Spiel von weniger als 1/8 mm eingehalten werden kann, läßt sich der Grad der Undichtigkeit durch diesen Spalt über die Länge des benutzten Abdichtungsrohres leicht bestimmen»

Vakuumpumpen ausreichender Stärke sind an den Anschlußstutzen 33 angeschlossen, der sich an einem Abschnitt des Abdichtungszylinders in der Nähe der Schweißstelle 14 befindet, um die Luft zu entfernen, die in das System eintritt und so einen Unterdruck in der Schweißzone aufrechtzuerhalten.

■ Um zu verhindern, daß Luft durch die Mitte des Rohres eintritt, wenn es geschweißt wird, wird ein innerer Abdichtungszylinder 29 benutzt. Der Durchmesser des inneren Abdichtungszylinders ist nur etwa 1/10 mm kleiner als der innere Durchmesser des zu schweißenden Rohres und ebenfalls mit Stützrollen 34- versehen, die den inneren Zylinder 29 praktisch zentriert innerhalb des geschweißten Rohres 31 halten. Eine Pumpleitung 35, deren äußerer Durchmesser dem inneren Durchmesser des Abdichtungszylinders 29 entspricht, wird am Ende dieses Zylinders in der Nähe der Auftreffstelle der Elektronen an dem zu schweißenden Rohr befestigt. Luft, die bei 36 eintreten und durch den Spalt zwischen dem inneren Abdichtungszylinder 29 und der inneren Fläche des geschweißten Rohres eintreten kann, wird durch die Öffnungen 37 in der Pumpleitung 35 abgezogen.

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Figur 3 zeigt, wie die Pumpleitung 35 gehalten wird. Dies erfolgt mittels einer Muffe 38, die ihrerseits an eine Stützplatte 39 geschweißt wird, die von der Innenseite zur Außenseite des teilweise verformten, zu schweißenden Rohres verläuft. Die Halterung für die Pumpleitung kann an der Rückwand der Vakuumkammer und an Reguliereinrichtungen befestigt werden, die zur Anpassung an verschiedene Größen von herzustellenden Rohren vorgesehen sind. Die Pumpleitung 35 ist mit der Vakuumpumpe 40, wie sich aus Figur 2 ergibt, verbunden, die außerhalb der Vakuumkammer liegt} die Verbindung erfolgt durch eine Leitung 41, die durch einen abgedichteten Flansch mit dem Innenraum der Kammer und mit der Pumpleitung 35 innerhalb der Kammer verbunden ist.

Die Pumpleitung 35 ist mit Einrichtungen versehen, durch die verhindert wird, daß der Elektronenstrahl ein Loch in die Pumpleitung unterhalb des Auftreffbereichs 14 des Strahls auf das zu schweißende Rohr bohrt. An dieser Stelle ist an der Pumpleitung eine Tasche 42 vorgesehen, in der eine Wolframscheibe 43 befestigt ist. Die Energie des Elektronenstrahls, der durch das Rohr tritt, das geschweißt werden soll, ist nicht hoch genug, um die Wolframplatte zu schmelzen. Auf diese Weise wird das Rohr davor geschützt, durch den Elektronenstrahl an dieser Stelle durchbohrt zu werden.

Um die Abdichtungsfunktion des äußeren Zylinders gegen Eindringen von Luft aus der Atmosphäre in die Schweißkammer noch wirksamer zu gestalten, ist eine Reihe von Ausnehmungen 44 im Abstand voneinander längs der inneren Wandung des hohlen äußeren Abdichtungszylinders vorgesehen. Normalerweise würde Luft von der Außenseite durch die öffnung 32 zwischen der äußeren Oberfläche des Rohres und der inneren Oberfläche des hohlen äußeren Zylinders eintreten. Diese Luft tritt schließlich in die Vakuum-

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kammer durch die Öffnung 45 am entgegengesetzten Ende des äußeren Abdichtungszylinders ein. Sie wird von der Vakuumkammer durch die Pumpe 46 abgezogen, die außerhalb der Kammer angebracht und mit der Kammer über die Leitung 47 und geeignete Flansche an dem Pumpstutzen 48 verbunden ist. Diese Pumpe würde einen ausreichend niedrigen Druck innerhalb der yakuumkammer und längs der Außenfläche des Rohres, das geschweißt worden ist_s aufrechterhalten, da der Druck ständig längs des Abdichtungszylinders ansteigt, bis er bei 52 atmosphärischen Druck erreicht» Da die Luft an der Stelle 52 von rechts einströmt und langsam durch den ringförmigen Spalt fließt ₉- erreicht sie die erste Ausnehmung, die ein verhältnismäßig großes Volumen hat, so daß die Luft sich ausdehnt und auf diese Weise der Druck absinkt. Dies wird nach und nach wiederholt an Of der ringförmigen Ausnehmung und hat die Wirkung, daß dkl Eintritt von Luft in die Kammer verringert wird»

Figur 4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie F = F, die die Druckwalzen zeigt, die zum weiteren Schließen des Rohres benutzt werden und gleichzeitig Einrichtungen in Form einer Scheibe 10 enthalten, um das Drehen des Rohres zu verhindern» Die Pumpleitung 55 ist," wie sich aus dieser Figur ergibt, an dieser Stelle bei 49 abgebogen, so daß die Scheibe 10 nicht störend eingreift»

Figur 5 ist ein Querschnitt durch die Kammer an der linie D-D. Sie zeigt, wie die obere und die seitliche Wandung der Schweißkammer um eine waagerechte Achse gedreht werden können, um die Innenseite der Kammer freizulegen, so daß sie gewartet werden kann und Verformungs- und Führungsrollen und die anfänglichen Führungen des Streifens durch die verschiedenen Rollen ausgewechselt werden können. Die obere und die Seitenwandung der Kammer, auf der die an eine getrennte Pumpe angeschlossene Elektronerji'..;0jone befestigt ißt, können mittels eines Gelenkes

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geschwenkt werden. Nachgiebige Abdichtungseinrichtungen 52 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß Luft in die Kammer eintritt, wenn diese geschlossen ist.

Eine Haspel mit einem drehbaren Gestell 5I wird verwendet, um die Walζeinrichtung für die Rohre kontinuierlich und ununterbrochen zu betreiben und um größere Eohrlängen schweißen zu können, als durch von einer einfachen Haspel kommende Streifen zugeführt werden könnten. Wie sich aus Figur 1 ergibt, wird' das Material von der Haspel 2 der Maschine zugeführt. Während dies stattfindet und die Maschine Rohre produziert, wird die Haspel 53 eingesetzt und deren Anfang an das Ende des Streifens 1 geschweißt, indem eine Materialschleife gebildet wird, die ausreichend lang ist, damit der letzte Abschnitt des Streifens 1 in die Maschine eingebracht werden kann, während die Enden der beiden Streifen zusammengeschweißt werden können. Wenn die Haspel 2 abgewickelt ist, wird das Gestell gedreht und die Haspel automatisch in die richtige Stellung gebracht und zu den Abdichtungseinrichtungen ausgerichtet.

Figur 9 ist ein Querschnitt längs der Linie 0-0, die den Elektronenstrahl zeigt, der auf das Rohr 31, das geschweißt werden soll, auftrifft. Die Pumpleitung 35 befindet sich innerhalb des Rohres, ebenso wie die Wolframscheibe 43, die verhindert, daß der Strahl ein Loch in die Pumpleitung bohrt. Figur 10 ist ein Schnitt längs der Linie B-B und zeigt die Art, in der die Walzen 34· auf dem inneren Abdichtungszylinder angebracht sind. Der äußere, das Rohr umgebende Zylinder ist ebenfalls im Querschnitt dargestellt} er weist eine Rinne 54 auf, die auf der gesamten Länge angebracht ist und Spiel für die Schweißwulst 55 schafft für den Fall, daß es nicht notwendig ist, sie zu entfernen.

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Beim Schweißen mit Elektronenstrahlen bohrt der Elektronenstrahl zunächst ein Loch durch die gesamte Starke des Materials, das später von nachträglich aufgeschmolzenem Material ausgefüllt wird. Dies findet kontinuierlich statt, so daß eine glatte kontinuierliche Schweißnaht gebildet wird.

Das Schweißen mit Elektronenstrahlen wirft für einige Stoffe das Problem auf, daß das geschmolzene Material "eingefroren" wird, bevor es das durch den Strahl erzeugte Loch ausgefüllt hat. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn mit großen Geschwindigkeiten geschweißt wird. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, sind gemäß der Erfindung zwei Elektronenkanonen 56 und 57 vorgesehen, deren Strahlen sich an der Schweißstelle überschneiden«, Die Auftrefflächen können so eingerichtet werden, daß sie sich überlappen oder daß sie so weit voneinander entfernt sind, daß sie sich teilweise überlappen} wie es in Figur 12A dargestellt ist. Es ist auch möglich, daß ein Schweißpunkt geringfügig von dem anderen entfernt ■ ist, wie es in Figur 12B dargestellt ist. In dem letztgenannten Fall erfolgt eine Torerhitzung des Materials durch den ersten Strahl, während der zweite Strahl die eigentliche Schweißung durchführt. Wenn sich die Straalsii teilweise überlappen, wie es in Figur 12A dargestellt ist, würde die vorauseilende Eante des Strahls das Material erhitzen, während die sich überlappenden Abschnitte die Tief enschweißung durchführen und die nachlaufende Kante des zweiten Strahls das Material flüssig halten würden, bis es das Loch ausgefüllt hat, das zunächst g©- bildet wurde. Die Verwendung von zwei Elektronenkanonen macht es auch möglich, die Energie einzubringen*, die notwendig ist, um mit höheren Gesclrtjin&igkeiten. au schweißen, ohne daß die Leistungsdichte des SStrahls erhöht werden muß. Dies ist wichtig, t/eii eine zu hohe

Leistungsdichte das Material nicht schweißen, sondern durchschneiden würde.

Die auf Figur 1 dargestellte Maschine ist auch mit Einrichtungen versehen, die sicherstellen, daß der Elektronenstrahl das Rohr an der Naht trifft. Eine Antenne 16 sammelt sekundäre, reflektierte Elektronen, die an der Auftreffstelle des Strahls auf das Metall erzeugt werden. Wenn sich der Elektronenstrahl genau oberhalb der Naht befindet, ist das Auftreten von sekundären Elektronen minimal, da die Naht einen Spalt bildet, durch den nur einige sekundäre Elektronen nicht austreten können. Wenn der Strahl zur einen oder anderen Seite der Naht ausweicht, erhöht sich die Anzahl der sekundären Elektronen. Die Antenne 16 fängt die sekundären Elektronen auf und es ist mittels eines geeigneten elektronischen Systems mög-, lieh, den Elektronenstrahl mit Hilfe eines Rückführ-Steuersystems an die Stelle zu bewegen, an der das Auftreten der sekundären Elektronen minimal ist, was dann der Fall ist, wenn der Strahl sich genau oberhalb der Naht befindet.

Bei einer anderen Ausführungsform der Maschine gemäß vorliegender Erfindung können die Spulen der flachen Metallstreifen, aus denen das Rohr gebildet wird, innerhalb der Vakuumkammer zusammen mit den zur Bildung des Rohres benutzten Walzen angeordnet werden, wobei das Rohr durch die Abdichtungseinrichtungen 16 der Figur 8 oder durch eine Öffnung austritt, die durchlaufende biegsame Abdichtungseinrichtungen enthält, die den Umfang des Rohres abdichten, wenn dieses aus der Vakuumkammer austritt, wobei Undichtigkeiten an der Innenseite des Rohres durch die innere Abdichtung, die auf Figur 8 dargestellt ist, begrenzt werden.

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Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Schneideinrichtung 20 innerhalb der Vakuumkammer 4 angeordnet ist, die entsprechend vergrößert ist. Die Eohre werden durch die "bewegliche Schneideinrichtung auf Länge geschnitten, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung "bewegt wie das Rohr, während das Messer das Rohr schneidet. Jedes geschnittene Rohrstück wird aus der Vakuumkammer entfernt und durch eine Luftschleuse, die so ausgebildet ist, daß das Eintreten von Luft aus der Atmosphäre in die .Vakuumkammer verhindert wird, in die Atmosphäre gebracht.

Patentansprüche

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Claims

- 1b -

atentansprüche

Λ J Verfahren zur Herstellung von geschweißten Rohren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streifen aus metallischem Material von einer Haspel durch einen Schlitz in eine Vakuumkammer eingeführt wird, dessen Länge das Mehrfache der Breite des Metallstreifens beträgt und dessen Abmessungen so gewählt sind, daß ein minimales Spiel vorhanden ist, während sich der Streifen frei durch den Schlitz bewegt, daß der Streifen durch eine Anzahl von lührungsrollen und Walzen geleitet wird, um ihm eine rohrförmige Gestalt zu geben, bei der die Kanten des Streifens gegeneinanderstoßen, daß ein Elektronenstrahl in einer getrennten Kammer, die an der Außenwandung der Vakuumkammer angeordnet ist, erzeugt, beschleunigt, fokussiert und abgelenkt wird und durch eine öffnung in die Vakuumkammer eintritt, eo daß er auf die Oberfläche des Rohres an den Stoßkanten des Metallstreifens auftritt, um diese kontinuierlich über die Länge, auf der sie zusammenstoßen, zu schweißen, daß das Rohr über innere und äußere Abdichtungszylinder geleitet wird, deren Länge ein Vielfaches des Durchmessers des Rohres betragen und deren Oberflächen ganz dicht an der inneren und äußeren Oberfläche des Rohres anliegen, um das Eindringen von Luft in das System zu begrenzen, daß das geschweißte Rohr aus den Abdichtungszylindern in die Atmosphäre tritt und in Rohrstücke mit den gewünschten Längen geschnitten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißwulst, die über die Oberfläche des Rohres vorsteht, unmittelbar nach Beendigung der Schweißung ent-JO fernt wird.

J. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn-309811/068A

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zeichnet, daß der Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf das Werkstück mittels eines Ablenkungssystems für den Strahl überwacht wird, das mittels eines Steuersystems gesteuert wird, das ein Signal benutzt, das von sekundären Elektronen stammt, die am Auftreffpunkt des Strahls reflektiert werden, um den Strahl oberhalb der zu schweißenden Naht zu zentrieren*

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mittels einer fliegenden Schneideinrichtung in Rohrstücke mit den gewünschten Längen geschnitten wird, wobei die Schneideinrichtung in der Vakuumkammer angeordnet ist, und die einzelnen Bohrstücke aus der Kammer über eine Luftschleuse in die Atmosphäre austreten.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das geschweißte Rohr von den Abdichtungszylindern in eine Kammer geleitet wird, die auf einem

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Druck zwischen 10 und 10 Torr gehalten wird, in der eine fliegende Schneideinrichtung angeordnet ist, daß das Eohr mittels der Schneideinrichtung zu Rohrstücken mit den gewünschten Längen geschnitten und die einzelnen Rohrstücke durch eine Luftschleuse in die Atmosphäre austreten«,

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr nach seiner Herstellung, bevor es mittels des Elektronenstrahles geschweißt wird, einer Vorerhitzung unterworfen wird,

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Einrichtungen zum Halten von Rollen des Metallstreifens, Einrichtungen zum Zuführen des streifenförmigen Materials in eine Vakuumkammer, Einrichtungen, mit -denen der Streifen zu einer rohrförmigen Gestalt geformt wird, wobei die

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Kanten des Streifens stumpf aneinander stoßen, Einrichtungen zum Erzeugen, Beschleunigen, Fokussieren und Ablenken eines Elektronenstrahls in einer mit einer getrennten Pumpe versehenen Kammer, die auf einer Außenwandung der Vakuumkammer befestigt ist, Einrichtungen zur Führung des Elektronenstrahls aus dieser Kammer in die Vakuumkammer derart, daß er auf die Oberfläche des Rohres längs der Stoßkanten des Streifens auftrifft, um die Kanten kontinuierlich längs der Stoßkanten zu verschweißen, Einrichtungen zum Entfernen der Schweißwulst, die an der Oberfläche des Rohres längs der Schweißnaht gebildet ist und Abdichtungseinrichtungen für den Durchtritt des geschweißten Rohres in die Atmosphäre besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das geschweißte Rohr in eine weitere Vakuumkammer eingeleitet wird, in der Einrichtungen zum Schneiden des Rohres zu Rohrstücken gewünschter Länge während der Bewegung des Rohres durch die Kammer und Einrichtungen angeordnet sind, mit denen die Rohrstücke aus der Kammer in die Atmosphäre geleitet werden, wobei diese Einrichtungen mit einer Luftschleuse versehen sind, die den Austritt des Rohres aus der Kammer ermöglichen, ohne daß Luft aus der Atmosphäre in die Kammer eintritt.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8» gekennzeiclinet durch Einrichtungen zum Ablenken des Strahls, derart, daß er ständig auf die zu schweißende Naht auftrifft, Einrichtungen zum Abtasten der Abweichung des Strahls von der Naht und Rückführeinrichtungen, die ein elektrisches Signal benutzen, das von sekundären Elektronen stammt, die am Auftreffpunkt des Strahls auf das Werkstück emmitiert werden und das den Ablenkungskreis steuert, der die Richtung des Strahls so einreguliert, daß er oberhalb der Naht zentriert wird.

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10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zum Vorerhitzen und Nacherliitaen des Materials während des Schweißens längs der Naht enthält.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Zufuhr des Streifens in die Schweißkammer einen rechteckigen Schlitz enthält, dessen Länge dem Mehrfachen der Breite des zu schweißenden Streifens entspricht und dessen Wandungen einen solchen Abstand voneinander haben, daß nur ein minimales Spiel.für den StieLfen vorhanden ist, der frei durch die Öffnung tritt.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, mit denen das ge- · schweißte Rohr in die Atmosphäre geleitet wird, einen inneren und einen äußeren konzentrischen Abdichtungszylinder enthalten, wobei der äußere hohle Abdichtungszylinder einen inneren Durchmesser hat, der bis zu etwa 1/10 mm größer ist als der Durchmesser des zu schweißenden fiohres und die Länge dem hundertfachen des Durchmessers des Rohres entspricht, während der innere Abdichtungszylinder nicht mehr als etwa 1/10 mm kleiner ist als der innere Durchmesser des Rohres und daß beide Abdichtungszylinder mit Walzen und SHihr trag sro Ilen versehen ..sind, um das geschweißte Rohr konzentrisch zu den Zylindern zu halten.

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