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Verfahren zum Preßsohweißen von Metallen Die Erfindung bezieht sich
auf ein neuartiges Verfahren zum Preßschweißen von Metallen.
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Es ist bekannt, daß bestimmte Metalle dadurch verschweißt werden können,
daß die durch Schweißen mteinander zu verbindenden Teile der Metallstücke auf eine
hohe Temperatur gebracht und mit einer Kraft gegeneinander gepreßt werden, die ausreicht»
um eine Art von Verschmieden zu erreichens Ein derartiges Preßschweißverfahren kann
insbesondere auf Kohlenstoffstahl, rostfreien Stahl oder andere Legierungen oder
Metalle, wie beispielsweise Leichtmetalle, wie Aluminium, A wendung finden.
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Es ist weiterhin bekannt, die Schweißtemperatur dadruch zu erzielen,
daß das Metall der Wirkung von elektrischen Strömen
und insbesondere
von Hochfrequenzströmen ausgesetzt wird, die die Beschränkung der Wärmezufuhr auf
die Bereiche ermöglichen die durch Anlegen miteinander verschweißt werden sollen,
d .h.
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durch AndrUcken der zu verschweißenden Teile gegeneinander mit eine
ausreichenden Kraft.
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Derartige Schweißverfahren werden insbesondere zur Herstellung von
Metallrohren und insbesondere von Stahlrohren aus einem ebenen Metallband verwendet,
das so geformt wird, daß es einen fast kreisförmigen Querschnitt aufweist und das
der Wirkung von elektrischen Hochfrequenzetrömen mit einer Frequenz von beispielsweise
100.000 bis 500.000 Hz derart ausgesetzt wird, daß die Kanten des Metallbandes auf
die Schweißtemperatur gebracht werden, worauf Walzen die auf diese Weise erhitzten
Kanten aneinander anlegen, um ihre Preßverschweißung durch Ausuhren einer Art von
Schmieden durchzuführen.
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Bei derartigen Schweißverfahren ist es weiterhin bekannt, die Oxydation
des auf eine hohe Temperatur gebrachten Metalls dadurch zu vermeiden, daß die erhitzten
Metallbereiche durch eine inerte Umgebung eingehüllt werden, beispielsweise in eine
Sicke stoffgasungebung.
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Dieses Verfahren weist gewisse Schwierigkeiten bei der Durchführung
auf, weil es zur Erzielung eines wirksamen Schutzes erförderlich ist, den zu sohtitzenden
Bereich mit einer im wesenthohen dichten Umschließung zu umgeben, in die dauernd
das inerte Gas unter Druck eingeführt wird, derart, daß dle Schutzatmosphäre um
die zu schützende Zone eingegrenzt wird. Die Um-Schließung, die hierftir erforderlich
ist, verhindert die Betraohtung und den einfachen Zugang an die Schweitizone, was
ein bedeutender Nachteil bei der Ausführung der Einstellungen und der Kontrollen
darstellt. die fur die dauernde Erzielung einer guten Verschweißung unerläßlich
sind
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und
wenig aufwendiges Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht,
die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden, wobei ein sehr wirksamer Schutz des sich
auf einer hohen Temperatur befindenden Metalls sichergestellt sein soll.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zum Preßschweißen
von Metallen erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Schutz des Bereiches, in dem
die Verschweißung erfolgt, dadurch erreicht wird, daß in die Nähe dieses Bereiches
ein kontinuierlicher Strom eines Schutzgases geleitet wird, das sich im verfltissigten
Zustand befindet.
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Zur Durchf(!hrung des erfindungsgemäßen Verfahrens kannen alle inerten
Gase verwendet werden die bei niedriger Temperatur verfltlssigt sind, es ist Jedoch
vorteilhaft, Flüssigstickstoff zu verwenden, da dies ein besonders wirtschaftliches
Schutzgas ist, Das Flüssiggas wird in vorteilhafter Weise Ueber einen wärmeisolierten
Rchrstutzen zugeführt, der mit einem Flüssiggasbehälter verbunden ist, der beispielsweise
durch einen Behält ter von der Art eines "Dewargefäßes" gebildet ist.
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Das erfindungsgemäBe schutzverfahren ist insbesondere von Interesse,
wenn es im Zusammenhang mit einem Schweißverfahren verwendet wird, bei dem die durch
Anpressen aneinander zu verschweißenden Oberflächen mit Hilfe von elektrischen Hochfrequenzstr5men
auf die Schweißtemperatur gebracht werden, wobei diese elektrischen Hochfrequenzströme
auf die zu verschweißenden Kanten durch Induktionswlrkung oder durch Verschiebungsströme
Ubertragen werden. In diesem Fall sind die Teile des Metalls, die auf hohe Temperatur
gebracht sind. tatsächlich
sehr gut örtlich begrenzt und kennen
daher in einer besonders einfachen und wirkungsvollen Weise geschützt werden.
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Die Durchflußmenge des Flüssiggases, die der zu schützenden Schweißsone
sqefhhrt werden muß, kann sich in weiten Grenzen ändern, und zwar insbesondere in
Abhängigkeit von anderen Charakteristika der Verschweißung. Im allgemeinen kann
sich dies Durchflußmenge zwischen 0,1 und 2,5 1 pro Minute ändern, ohne daß diese
Werte in irgendeiner Weise beschränkend sind.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, daß es keine
Abänderung der üblicherweise zur Durchführung des Schweißens verwendeten Vorrichtung
erfordert und daß es Vollständig unnötig ist, eine abgeschlossens dichte Umschließung
zur Trennung der Atmosphäre umdie Schweißzone vorzusehen.
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Weiterhin verringert die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in keiner Weise die einfache Betrachtbarkeit, die Einstellbarkeit und de Überwachung
der Schweißzone.
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Bs sei bemerkt, daß sich eine ausgezeichnete Schutzwirkung gegenüber
einer Oxydation ergibt, wenn in der erfindungsgemäßen Weise der Ebene des Schweißbereiches
Stickstoff oder ein anderes inertes verflüssigtes Gas zugeführt wird, während es
praktisch unmöglich ist, einen richtigen Schutz zu erreichen, wenn der gleichen
Schweißzone ein selbst großer Strom ton Gas in gasförmigem Zustand zugeführt wird.
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Diese irscheinung, die zunächst überraschend ist, erklärt sich ohne
Zweifel durch die Tatsache, daß es bei Verwendung des Schutzgases im verflüssigten
Zustand möglich ist, eine große Menge dieses Gases in einem geringem Volumen zuzuführen,
wobei
das verfltlseigte Gas bei Berührung mit den erhitzten Schwelßzonen
schlagartig verdampft und an dieser Stelle eine inerte Umgebung erzeugt, die das
Metall vor einer Oxydation schützt.
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Andererseits erzielt man, wenn ein Strom von Stickstoff in gasförmigem
Zustand auf die zu schützende Zone gerichtet wird, keine befriedigende Schutzwirkung,
und zwar vielleicht aufq grund der Tatsache, daß der Strom des gasf8rmigen Stickstoffs
(der relativ groß sein muß) Turbulenzen hervorruft und damit einen großen Teil von
Luft und damit von Sauerstoff mit sich reißt, der sich mit dem Stickstoff vermischt
und der du Metall an der Schweißstelle oxydiert. Ohne Zweifel ist dies der Grund
datum, daß es erforderlich ist, eine dichte Umsohließung um die zu schützende Zone
vorzusehen, um zu vermeiden, daß die atmosphärische Luft sich mit dem Schutzgas
vermischt.
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Das erfindungsgemäß e Verfahren ermagli oht die Durchftihrung von
Ublichen Schweißverfahren durch Anlegen oder Anpressen unter verbesserten Bedingungen.
Die Funken und Überschlägs von elektrischen Lichtbögen sind stärker begrenzt und
die Qualitat der Verschweißung wird aufgrund der Tatsache verbessert, daß die Verschweißung
in einer gegen die Oxydation geschtitzten Umgebung erfolgt0 Weiterhin ist das erfindungsgemäße
Verfahren in wirtschaftlicher Weise durchführbar, weil der verfltissigte Stickstoff,
der ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Sauerstoff ist, zu einem sehr geringen
Preis gewonnen werden kann0 Schließlich hat die Zuführung des verflüssigten Gases
in den Schweißbereich die Wirkung, daß die Bauteile oder Elemente sowie die Abschnitte
des Ausgangsmetalls, die sich in der Nähe der eigentlichen Schweißzone befinden,
auf einer
relativ niedrigen Temperatur gehalten werden, was weiterhin
zur Verbesserung der Qualität des geschweißten Gegenstandes beiträgt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erftndngsg-uen Verfahrens
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
AusrUhrungsbeispiels noch näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht, die
die lierstellung eines geschweißten Stahlrohre. nach dem ertlndungsgemäßen Verfahren
zeigt; Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Seitenansicht.
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In den Zeichnungen ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt, die
die kontinuierliche Umwandlung eines Metallbandes 1, beispielsweise aus Stahls in
ein geschweißtes Rohr 2 ermbglioht.
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In üblicher Weise wird das Band, das in Richtung des Pfeils vorwärtsbewegt
wird, fortschreitend in sich durch nicht dargestelle Formwalzen umgebogen , derart,
daß die Kanten 3 und 4 dieses Bandes sich in einer Zone 5 einander nähern, in der
die Verschweißung erfolgen muß.
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Weiterhin ist in Fig. 1 eine mit Hochfrequenzstrom gespeiste Induktionsvorrichtung
6 angeordnet, deren Form im wesentlichen der Form der Ränder 3 und 4 des Bandes
1 während ihrer Verschweißung entspricht, die durch Aneinanderlegen der Ränder unter
der Wirkung der Preßwalzen 7 und 8 durchgerührt wird, wie dies üblicherweise erfolgt.
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Die Induktionsvorrichtung 6, die durch einen elektrischen Strom mit
hoher Frequenz durchflossen wird, bringt die Kanten 3 und 4 des Bandes in der NMhe
der Zone, in der die Verschweißung durch Anlegen oder Anpressen erfolgt, auf die
Schweißtemperatur.
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Bin derartiges Verfahren kann ggf. eine vorherige Erwärmung des Bandes
umfassen, im allgemeinen wird Jedoch ein Band verwendet, du bei Umgebungstemperatur
gebogen ist und dessen Rinder 3 und 4 ausschließlich'durch die Wirkung der mit Hochfrequenzströmen
gespeisten Induktionsvorrichtung auf die Schweißtemperatur gebracht werden.
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Um einen Schutz der Ränder 3 und 4, die durch die Induktionsvorrichtung
auf die Sohweißtemperatur gebracht sind, zu erreichen, ist es erforderlich (wenn
nicht das erfindungsgemKße Verfahren verwendet wird), den Raum, der die Walzen 7
und 8 und die Induktionsvorrichtung 6 umfaßt, durch eine im wesentlichen dichte
Umschließung zu umgeben, in die ein inertes Schutzgas eingeführt wird.
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Es ist verständlich, daß eine derartige Umschließung eine erhebliche
Bchinderung für die Überwachung und die Kontrolle der Eigenschaften der Verschweißung
darstellt.
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erfindungsgemäß wird Jedoch anstefle der Verwendung einer derartigen
Umschließung ein wärme isoliertes Rohr 9 vorgesehen, das mit seinem oberen Teil
mit einem Behälter fur ein inertes verfltissigtes Gas, beispielsweise Stickstoff,
verbunden ist und das einen Strahl 10 des verflüssigten Gases auf die Zone richtet,
an der die Verschweißung durch Anpressen erfolgt.
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Wenn daß verflüssigte Gas mit sehr niedriger Temperatur in Be.
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rührung mit der Schwißzone kommt, verdampft es sehr schnell
und
erhöht beträchtlich sein Volumen, wodurch eine inerte Atmosphäre geschaffen wird,
die sehr wirkungsvoll das sich auf der hohen Schweißtemperatur befindende Metall
schUtzt.
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In der Zeichnung ist bei 11 der freiwerdende Stickstoffgasdampf dargestellt,
obwohl diese Dämpfe im allgemeinen während der DurchPUhrung dieses Verfahrens nicht
sichtbar sind.
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Es ist zu erkennen, daß die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
extrem einfach ist und es ist verständlich, daß dieses Verfahren die Erzielung eines
wirksamen Schutzes des sich zu seiner Verschweißung auf einer hohen Temperatur befindenden
Metalls ermßglicht.
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Es ist verständlich, daß du beschriebene Verfahren in dieser speziellen
Form nur zur Erläuterung beschrieben wurde und daß viele wUnsohenswerte Modifikationen
durchgefUhrt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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So könnte das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise auf andere
Verschweißungen und auf die Verschweißung von anderen Gegenständen als von Rohren
angewendet werden.
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P a t e n t a n s p r ü c h e: