DE2307781A1

DE2307781A1 - Schweisskasten

Info

Publication number: DE2307781A1
Application number: DE19732307781
Authority: DE
Inventors: Charles Donald Mclain
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1972-02-18
Filing date: 1973-02-16
Publication date: 1973-08-23
Also published as: US3733453A; JPS4897429U; DE2365682B2; SE399526B; DE2365692C2; DE2365692A1; CA952200A; FR2172370A1; FR2172370B1; DE2365682A1; AU5180373A; IT977356B; GB1399843A; DE2365682C3; AU469480B2

Description

Una. Zehn.: O 592

Olin Corporation, 91 Shelton Avenue New Haven, Connecticut 06504/ USA

"Schweißkasten"

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Schweißkastenausbildung zum Zerschweißen von Metallstreifen in Rohre. Diese Erfindung betrifft insbesondere eine Schweißkastenausbildung, die für die Verwendung bei Hochfrequenzfeuerschweißverfahren geeignet ist. Typische Beispiele bekannter Geräte und Verfahren sind in den US-PS 3 037 105, 2 794 108 und 2 818 488 beschrieben.

Um ein Streifen in ein Rohr zu formen und durch Induktionswärme zu verschweißen, kann man eine Reihe von Walz— gertisten oder Matrizen verwenden, um progressiv den flachen Streifen in eine rohrförmige Form zu formen. Der rohrförmige Streifen erstreckt sioh dann durch eine umgebende

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Induktionsspule, welche ausreichend elektrische Energie liefert, um die Streifenkanten auf Schweißtemperatur zu erhitzen. Der Streifen durchläuft dann einen Schweißkasten, der wenigstens ein Paar gegenüberliegende Walzen enthält, die die erhitzten Streifenkanten mit ausreichender Kraft zusammendrücken, um die Kanten miteinander zu verschweißen, um so ein flüssigkeits- und druckdichtes Rohr auszubilden.

Da Kupfer und Kupferlegierungen nicht magnetisch sind und demzufolge eine geringe Permeabilität und weiterhin eine hohe Leitfähigkeit haben, ist mehr Energie erforderlich, um die Streifenkanten auf die Schweißtemperatur zu erhitzen, als wenn ein Metall oder eine Legierung mit einer höheren Permeabilität oder einer geringeren Leitfähigkeit oder einer Kombination dieser Eigenschaften geschweißt wird. Dieser erhöhte Energiebedarf für Kupfer und Kupferlegierungen ist schwierig durchzuführen, weil ein wesentlicher Teil der Energie von der Induktionsspule durch die induzierten Ströme in dem Metallrahmen und anderen Teilen des Sohweißkastens abgezogen wird, die in der Nähe der Induktionsspule sind. Dieses Problem ist besonders akut, da die Rahmenmaterialien und Zusammensetzungen wie Lager im allgemeinen aus Stahl sind, der eine hohe magnetische Permeabilität und eine geringe Leitfähigkeit, verglichen mit Kupfer und Kupferlegierungen, aufweist.

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Die induzierten Ströme in dem Stahlrahmen und anderen Teilen des Schweißkastens verursachen, daß letztere erhitzt werden und die elektrische Leistung wesentlich reduziert wird. Hieraus ergibt sich eine Verringerung der Betriebsgeschwindigkeit der Schweißvorrichtung und eine Verschlechterung der Schweißqualität aufgrund der geringeren Geschwindigkeit. Weiterhin ergibt sich eine mechanische Instabilität mit zugeordneter Expansion des Stahlrahmens and anderen Teilen des Schweißkastens, da sie erhitzt werden.

Kurzstromwege existieren im allgemeinen ebenfalls innerhalb des Schweißkastens, die ebenfalls den Energieeingang zu den Streifenkanten reduzieren und die Gesamtleistung der Schweißvorrichtung herabsetzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die erwähnten Probleme, welche elektrische Leistungsverluste und Verschlechterung der Schweißqualität verursachen, beseitigt, indem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ein Schweißkasten geschaffen wird, wobei eine nichtmagnetische Abschirmung mit hoher Leitfähigkeit über wenigstens diejenigen magnetischen Teile und Rahmen des Schweißkastens angeordnet sind, welche der Induktionsspule gegenüberliegen, so daß

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sie von der Induktionsspule abgeschirmt und die zugehörigen elektrischen Verluste und andere Probleme reduziert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschirmung über all den freiliegenden Flächen der magnetischen Teile des Rahmens und anderen Teilen des Schweißkastens angeordnet.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung werden die erwähnten Probleme im wesentlichen durch Ersetzen der freiliegenden Rahmen und Teile des Schweißkastens, die früher aus magnetischem Material wie beispielsweise Stahl hergestellt waren, durch nichtmagnetische Materialien mit einer hohen leitfähigkeit beseitigt.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung, die geeignet ist, elektrische Verluste aufgrund von Xurzschlußwegen innerhalb des Schweißkastens zu eliminieren, schließt isolierende Abstandshalter und andere Einrichtungen in dem Schweißkasten ein, um im wesentlichen die Kurzstromwege zu eliminieren.

Es ist demzufolge ein Gegenstand der Erfindung, einen verbesserten Schweißkasten für Hochfrequenzfeuerschweißen durch Induktionserhitzen zu schaffen, der eine verbesserte

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elektrische Wirksamkeit und mechanische Stabilität aufweist.

Ein anderer Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Schweißkasten, wobei im wesentlichen alle magnetischen Metalle und Metalle mit geringer Leitfähigeit in dem Rahmen und andere freiliegenden Teile eliminiert sind und durch nichtmagnetische Metalle mit hoher Leitfähigkeit ersetzt sind oder von dem Feld der Induktionsspule mittels Anordnung einer nichtmagnetischen Metallabschirmung mit hoher Leitfähigkeit abgeschirmt sind.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Schweißkasten, in welchem Kurzstromwege, die in dem Schweißkasten während des Schweißens auftreten würden, mit Hilfe einer geeigneten Isolierung im wesentlichen eliminiert sind.

Weitere Gegenstände und VoriELle ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen der Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen.

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 schematisch eine bekannte Hochfrequenzfeuerschweißvorrichtung, bei welcher der Schweißkasten gemäß Erfindung angewendet werden kann; 30983A/09S0

Pig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Schweißkastens in Richtung des Rohrweges während des Schweißens gesehen;

Pig. 3 einen Teilschnitt einer Schweißwalzenanordnung des Schweißkastens gemäß Pig. 2, wobei eine nichtmagnetische Abschirmung bei den magnetischen Teilen des Teilzusameenbaues angeordnet ist;

Pig. 4 einen Teilschnitt einer Schweißwalzenanordnung des Schweißkastens nach Pig. 2, wobei zwischen der Schweißwalze und dem Rest der Konstruktion eiuc Isolierung angeordnet ist, um so einen Kurzstromweg innerhalb des Schweißkastens zu eliminieren.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Pig. 1 ist ein typisches Schweißgerät 1 zum Verschweißen eines Metallstreifens in der Form eines vorgeformten offenen Rohres 2 in ein Rohr gezeigt. Das Gerät kann die gegenüberliegenden Kanten 3 und 4 miteinander verschweißen, welche den Längsspalt 5 in dem offenen Metallrohr 2 bilden.

Das offene Rohr 2 wird in einem Walzwerk (nicht gezeigt), welches in Pluchtung unmittelbar vor dem Gerät 1 angeordnet ist, geformt. Das Walzwerk ist bekannter Art und kann eine

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Vielzahl von Walzgerüsten oder Matrizen enthalten, welche den Metallstreifen in ein offenes Rohr formen. Es sei verstanden, daß andere Walzgerüste in einer Linie unmittelbar nach dem Gerät 1 angeordnet sein können, um weiterhin das Rohr zu formen, beispielsweise die Rundheit zu korrigieren. Die Walzgerüste sind im allgemeinen energieangetrieben und schaffen demzufolge eine Einrichtung zum schnellen und länglichen Voreilen des Rohres. Alternativ kann diese Einrichtung angetriebene Schweißwalzen 6 aufweisen, wie dies gezeigt ist.

Die Schweißwalzen 6 bestehen aus einem Paar Druckrollen bekannter Art, die die gegenüberliegenden Seiten des Rohres 2 angreifen und verursachen, daß sich der längs erstreckende Schlitz 5 im wesentlichen an dem Schweißpunkt 7 schließt, um einen V-förmigen Schlitz 8 zu bilden. Wenn das offene Rohr 2 sich zu dem Schweißpunkt 7 bewegt, werden die Kanten 3 und 4 an dem Spalt 8 längs der Schweißnaht 9 zusammengeschweißt.

Die Kanten 3 und 4 an dem V-förmigen Schlitz 8 werden mittels einer Induktionsspule 10 oder Kontakten erhitzt. Die Induktionsspule 10 ist eine Spule mit einer Windung; jedoch könnte auch eine Spule mit mehreren Windungen die gezeigte Spule mit einer Windung ersetzen.

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Die Spule 10 ist als Schmiedemetallrohr ausgebildet. Die Spule ist elektrisch mit einer Hochfrequenzstromquelle (nacht gezeigt) verbunden. Der Hochfrequenzstrom beträgt normalerweise wenigstens 100 KHz und vorzugsweise wenigstens 400 KHz oder höher. Die Spule ist ebenfalls mit einer Quelle eines Kühlmediums (nicht gezeigt) verbunden, welches durch das Rohr strömt, um es vor Überhitzung zu schützen.

Das Gerät 1 kann auch die folgenden Elemente einschließen, wie dies in Pig. 1 gezeigt ist. Ein Widerstand I kann vorgesehen sein, um die Wirksamkeit der Induktionsspule 10 durch Erhöhung der Impedanz der Hochfrequenzstromwege um das rückwärtige Teil des offenen Rohres 2 zu erhöhen. Hierdurch wird der StromfluS um das rückwärtige Teil des Rohres 2 reduziert und der Stromfluß längs den Rohrfcanten 3 und 4 erhöht, welcher von einem Punkt an der Rohrkante 3 neben der Spule 10 zu dem Schweißpunkt 7 und zurück längs der gegenüberliegenden Kante 4 zu einem Punkt in der llähe der Spule 10 fließt. Hieraus ergibt sich eine wirksamere Erhitzung der Kanten 3 und 4 des offenen Rohres 2, wobei die Kanten auf Schweißtemperatur erhitzt sind, wenn sie den Schweißpunkt 7 erreichen.

Der Widerstand I kann irgendeine bekannte Konstruktion aufweisen und umfaßt einen Mantel 11, der mit einem hohlen

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Stützarm 12 verbunden ist, der sich, abwärts durch den Spalt 8 erstreckt. Die tatsächliche Ausbildung des Mantels 11, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist lediglich schematisch und kann jede geeignete Form aufweisen.

Eine Quelle eines Kühlmediums (nicht gezeigt) wie beispielsweise Wasser ist mit dem hohlen Stützarm 12 verbunden, so daß Wasser in den Mantel 11 und um einen Kern eines magnetischen Materials M fließen kann, der darin gehalten ist. Das magnetische Material in dem Kern sollte isolierend sein, um den Kern im wesentlichen frei von Wirbelstromverlusten zu halten. Der Kern ist vorzugsweise ein Isoliermaterial aus gesinntertem Magnetoxyd, vorzugsweise der bekannten Art, die einen geringen Verlustfaktor und einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen. Ein geeignetes Material wird unter dem Namen "Ferramic" von der Fa. General Ceramik and Steatite Corp. angeboten, dessen Permeabilität im wesentlichen größer als eine Einheit ist. Das Kühlmedium, welches durch den hohlen Stützarm 12 strömt, fließt innerhalb des Mantels 11 und um den "Ferramic"-Kern M, um den Kern zu kühlen und wird im allgemeinen innerhalb des geschweißten Rohres 15 abgezogen.

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Da weiterhin der Winkel des V-förmigen Schlitzes 8 wesentlich ist, ist eine Nahtführungseinrichtung 14 im allgemeinen an einem Punkt von der Induktionsspule 10 angeordnet, um die Kanten des Rohres 2 in genauem Abstand voneinander zu erhalten und um somit den gewünschten Winkel zu erzielen. Die Nahtführungeinrichtung kann aus einem geeigneten Isoliermaterial sein und erstreckt sich abwärts in den Spalt, so daß das Walzgerüst vor dieser Stellung (nicht gezeigt) verursacht, daß die Rohrkanten 3 und 4 gegen gegenüberliegenden Seiten der Nahtführung 14 gedrückt werden, so daß die Kanten einen gleichmäßigen Abstand behalten.

Unter Bezugnahme auf Pig. 2 ist eine Schnittansicht einer typischen Schweißkastenkonstruktion 20 gezeigt. Der Schweißkasten 20 hält die Schweißwalzen 6 in eiier einstellbaren Beziehung, so daß der Abstand zwischen den Walzen verändert werden kann, um den Grad des Feuerschweißens zu ändern und weiterhin daß sie mit der Längsachse des geschweißten Rohres fluchten können. Die Schweißfcastenkonstruktion 20 nach Fig. 2 ist bekannter Art. Die strukturellen Merkmale des Schweißkastens 20 nach Fig. 2 werden nachfolgend kurz beispielsweise erläutert.

Der in Fig. 2 gezeigte Schweißkasten ist ein Schweißkasten mit zwei Schweißwalzen 6 und in horizontaler Richtung auf

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einem schweren Maschinenbett (nicht gezeigt) angeordnet, das normalerweise auch die Walzen oder Matrizen trägt (nicht gezeigt), welche den Streifen in die Form ^ines offenen Rohres nach Fig. 1 formen. Die Induktionsspule 10 nach Fig. 1 ist genau vor dem SchweiSkasten angeordnet, und das Rohr 11 bewegt sich in eine Richtung weg von dem Betrachter.

Der in Fig. 2 gezeigte Schweißgas ten niit zwei Walzen ist lediglich beispielsweise, und jede bekannte SchweiSkastenkonstruktion kann geeignet sein, um die Wirksamkeit gemäß der vorliegenden Erfindung zu verbessern, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Demzufolge kann der Schweißkasten mehr als zwei Walzen, beispielsweise drei oder ^"ier Walzen aufweisen, die bekannt sind.

In dem Schweißkasten 20 nach Fig. 2 ist eine Bodenplatte 21 vorgesehen, die auf dem Maschinenbett (nicht gezeigt) angeordnet werden kann. Auf der Oberfläche der Bodenplatte 21 ist eine Basisplatte 22 des Schwei3kastens 20 angeordnet, der horizontal gegen die Bodenplatte 21 bewegbar ist, um die Mittelachse zwischen den Schweißwalzen 6 siit der Mittelachse der Walzgerüste oder Matrizen (nicht gezeigt)

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auszurichten. Der Kasten 20 ist seinerseits von rechtwinkliger Konstruktion mit zwei Seitenwänden 23 und zwei Endwänden 24, die miteinander verbunden sind, um einen rechteckigen Kasten zu bilden, und welche ebenfalls mit der Bodenplatte 22 verbunden sind, Die Wände 23 und 24 und die Bodenplatte 22 sind mit Hilfe herkömmlicher Befestiger wie beispielsweise Bolzen miteinander verbunden, oder sie sind vorzugsweise miteinander verschweißt.

Die Bewegung des Schweißkastens 20 gegen die Bodenplatte 21 erfolgt mittels einer Schraubeneinstellung 25. Nachdem eine geeignete Ausrichtung erzielt ist, wird die Bodenplatte des Schweißkastens an der Basisplatte mittels Bolzen B befestigt. Jede Schweißwalze 6 ist in einem bewegbaren Schlitten 26 getragen. Jede Seitenwand 23 hat eine Hohlnut 27, die gleitbar den bewegbaren Schlitten 26 aufnehmen kann.

Auf jeder Seite eines jeden Trägers 26 in Übereinstimmung mit den Seitenwänden 23 des Schweißkastens 20 ist ein erhobener Abschnitt 28 oder ein Keil angeordnet, welcher innerhalb den Nuten 27 in den Seitenwänden 23 des Schweißkastens gleiten kann, um so die Horizontalbewegung der Schweißwalzen 6 in dem Schweißkasten 20 zu ermöglichen.

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Wie bei dem geschnittenen Schlitten 26 gezeigt ist, hat jeder Schlitten ein Loch 29, durch welche sich ein Dellenstumpf 30 erstreckt.

Es sind Lager 31 und 32 verwendet, um die Drehbewegung des Wellenstumpfes 30 innerhalb des Schlittens zu schaffen. Eine Einrichtung 33 zum Schmieren der Lager 31 und 32 ist beispielsweise in der Form einer Passung 34 und Leitungen 35 und 36 vorgesehen, die mit dem Loch 29 und den Lagern 31 und 32 in Verbindung stehen.

Es sind Dichtungen 37 vorgesehen, um zu verhindern, daß eine beträchtliche Schmiermittelmenge austritt, Jedes Lager 31 und 32 paßt in versenkte Abschnitte 38 des Loches 29» die sich von der oberen und unteren Seite des Schlittens 26 erstrecken. Die Toleranzen zwischen dem Wellenstumpf 30, den Lagern 31 und 32 und den Abschnitten 38 des Schlittens 26 müssen sehr gering gehalten werden, so daß eine Ausrichtung der Schweißwalzen 6 und ihre mechanische Stabilität aufrechterhalten werden können.

Am unteren Ende des Wellenstumpfes 30 ist ein mit Gewinde versehener Abschnitt 39 vorgesehen und an dem oberen Ende ist ein Flansch 40 angeordnet, der auf dem oberen Lager 32

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gleitet. Eine Mutter 41 ist auf den mit Gewinde versehenen Abschnitten 39 des Wellenstumpfes 30 gesichert, um den Wellenatumpf in seiner lage zu blockieren. An der oberen Seite des Flansches 40 des Wellenstumpfes 30 und einstückig damit ist ein Nabenabschnitt 42 vorgesehen, um welchen die Schweißwalze 6 gesichert sein kann. Die Schweißwalze 6 umfaßt eine zylindrische Walze mit einer halbkreisför-

Die

migen Ausnehmung 43 an ihrem Umfang./Ausbildung der Ausnehmung wird von dem Querschnitt des zu schweißenden Rohres bestimmt und kann gewünschtenfalls ausgewählt werden. Die Schweißwalze 6 weist ein loch 44 auf, das si'\ zentral dadurch von ihrer oberen Fläche erstreckt und einen versenkten Bohrungsabschnitt 45 auf, der konzentrisch mit dem Loch 44 ist und sich von der unteren Fläche der Walze erstreckt und um die Nabe 42 des Wellenstumpfes 30 paßt. Ein mit Gewinde versehenes Loch 46 in dem Wellenstumpf 30, welches sich im wesentlichen durch seine Mitte erstreckt, ist vorgesehen, und die Schweißwalze 6 ist an dem Wellenstumpf mit Hilfe eines Bolzens 47 angeordnet, der sich durch das Loch 44 in der Schweißwalze 6 erstreckt und in das mit Gewinde versehene Loch 46 geschraubt ist. Die Schweißwalze 6 und der Schlitten 26 auf der anderen Seite des Schweißkastens 20 haben genau die gleiche Konstruktion.

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Der Abstand zwischen den Sohweißwalzen 6 kann mit Hilfe einer Gewindewelle 48 eingestellt werden, welche Abschnitte 49 und 50 aufweist, die mit entgegengesetzt gerichteten Gewinden auf jeder Seite eines gewindelosen Abschnittes 51 versehen sind. Jeder der entsprechenden Abschnitte 49 und 50 erstreckt sich mit in mit Gewinde versehene Löcher 52 und 53 in jedem Schlitten 26, so daß, wenn die Welle in einer gegebenen Richtung gedreht wird, die Schweißwalzen entweder enger zueinander oder weiter voneinander bewegt werden. Eine Mikrometerscheibe 54 ist vorgesehen, um den Abstand zwischen den Schweißwalzen genau einzustellen.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wurde es gefunden, daß es bei Verwendung von Hochfrequenzinduktionsschweißen zum Schweißen von Kupfer oder Kupferlegierungsstreifen in ein Rohr notwendig ist, hohe Energieniveaus wegen der hohen Leitfähigkeit und geringen magnetischen Permeabilität des Kupfers und der Kupferlegierungen zu verwenden. Die Induktionsspule 10 nach Fig. 1, welche den Strom zu den Rohrkanten 3 und 4 führt, die miteinander verschweißt werden sollen, ist so nahe wie möglich unmittelbar vor den Schweißwalzen 6 und demzufolge in enger Nähe zum Schweißkasten 20 nach Fig. 2 angeordnet, der die Schweißwalzen hält.

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Bei bekannten SchweiSkästen 20 waren lediglich die Schweißwalzen 6 aus nichtmagnetischen Metallen mit einer hohen Leitfähigkeit. Alle anderen Metallteile des Schweißkastens 20 wie die Bodenplatte 22, die Seitenwände 23 und die Endwände 24, welche den Rahmen bilden, der Schlitten 26, der Welleastuiapf 30, die Lager 31 und 32 und verschiedene andere feile wurden aus Metallen mit hoher magnetischer Permeabilität und geringer Leitfähigkeit wie beispielsweise Stahl hergestellt, Ba die Induktionsspule 10 sehr nahe an diesen Teilen angeordnet ist, wurde eine bemerkenswerte Menge des induzierbaren Stromes von der Induktionsspule von diesen Teilen durch Induktion abgezogen. Der in den Teilen des Schweißkastens 20 induzierte Strom verursacht, daS sie sich aufgrund ihrer geringen Leitfähigkeit mit folglicher Expansion erhitzten. Die Expansion dieser Teile ändert das mechanische Ausrichten des Schweißkastens 20 und der Schweißwalzen 6, woraus sich eine mechanische Instabilität an den Schweißwalzen ergibt, welche Schweißungen lieferten, die schlecht oder geringer Qualität sind. Das Abziehen eines Teiles des induzierbaren Stromes von der Spule 10 kann ebenfalls eins Variation des in die Streifenkanten 3 und 4 induzierten Stromes verursachen, woraus sich eine elektrische Instabilität ergibt, die ebenfalls eine nachteilige Wirkung auf die Schweißqualität

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insbesondere für Legierungen hat, welche einen engen Liquidus- zu Solidustemperaturbereich haben.

Die Wirksamkeit des Schweißgerätes wird weiter herabgesetzt, weil der wesentliche Teil des induzierbaren Stromes aus der Spule 10, der in die Schweißkastenteile eher als in die Streifenkaaten 3 und 4 induziert ist, eine geringere Schweißgeschwindigkeit verursacht. Diese Reduzierung der Schweißgeschwindigkeit verursacht eine weitere Verschlechterung der Schweißqualität, da die Wirkungen der erwähnten mechanischen und elektrischen Instabilitäten deutlicher auftreten und es wird auch die Breite der wärmebeaufschlagten Zone der Schweißung vergrößert.

Ein weiteres Problem, das bei herkömmlichen Schweißkästen 20 auftritt, besteht darin, daß ein Teil des Stromes, welcher in den Streifenkanten 3 und 4 induziert ist, von Kurzstromwegen in dem Schweißkasten selbst abgezogen wird. Wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, wird der Strom in eine Streifenkante 3 oder 4 induziert und wandert zu dem Schweißpunkt 7 und zurück längs der gegenüberliegenden Streifenkante 3 oder 4, um den Kreis zu vervollständigen. Der Kreis könnte auch durch einen Stromfluß um den Außenumfang des Rohres 2 vervollständigt werden

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und Widerstände I werden verwendet, um die Impedanz dieses Weges zu erhöhen, um so solche Stromverluste zu reduzieren. Jedoch kann Strom auch von den Streifenkanten mittels anderer Kurzstromwege abgezogen werden, die in dem Schweißkasten 20 gefunden werden können.

Unter Bezugnahme auf Pig. 2 könnte ein Teil des Stromes von den Streifenkanten 3 und 4 abgezogen werden, indem er von einer der Kanten zu der gegenüberliegenden Kante über den Kurzstromweg fließt, der in der folgenden Reihe der Schweißkastenteile vorkommt:

Schweißwalzen 6, Wellenstumpf 30, Lager 31 und 32, Schlitten 26, Seitenwände 23» gegenüberliegende Schlitten 26, gegenüberliegende Lager 31 und 32, gegenüberliegender Wellenstumpf 30 und gegenüberliegende Schweißwalzen 6. Dieser Weg ist ähnlich dem Weg um den Umfang des Rohres 2, jedoch wird die Impedanz dieses Weges nicht bemerkenswert durch Verwendung eines Widerstandes I beeinflußt, und demzufolge wird ein Teil des induzierten Stromes in den Streifenkanten 3 und 4 durch diesen Kurzstromweg abgezogen, wie er aufgezählt ist.

Bei anderen Schweißkastenausbildungen sind andere Kurzstromwege ebenfalls gefunden worden, beispielsweise könnte

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sich der Wellenstumpf 30 vollständig durch die SchweißveLze 6 erstrecken, und sein oberer Abschnitt könnte in einer geeigneten Buchse oder Lager gehalten werden, daß in einem zweckmäßigen, nicht gezeigten Träger- oder Verstrebungsmechanismus angeordnet ist. Der Zweck einer solchen Konstruktion würde weiterhin die mechanische Stabilität der Schweißwalzen 6 verbessern. Wenn die Verstrebungen einer jeden Schweißwalze miteinander verbunden wären, würde sich auf eine Weise wiederum ein Kurzstromweg ergeben. Bei anderen Schweißkastenausbildungen mit mehr als zwei Schweißwalzen sind selbst mehrere Kurzstromwege gefunden worden. Durch Abziehen von Strom von den Streifenkanten reduzieren diese Kurzstromwege die Wirksamkeit des Schweißgerätes mit folglicher Reduzierung der Schweißgeschwindigkeiten.

Zwecks Überwindung dieser Nachteile ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine niohtmagnetische, metallische Abschirmung mit hoher Leitfähigkeit zwischen den magnetischen Teilen des Schweißkastens 20 und denjenigen geringer Leitfähigkeit und dem Induktionsfeld der Spule angeordnet.

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In Pig. 3 ist ein Beispiel gezeigt, wie diese Abschirmung angeordnet sein kann. Ein Abschirmmetall 60 ist um die bloßgelegten Oberflächen des Schlittens 26 und des Wellenstumpfes 30 angeordnet. Vorzugsweise sollte das Abschirmnietall 00 ein Blech mit einer Dicke von wenigstens 0,76 mm sein, das eine springe magnetische Permeabilität und eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Kupferblech wurde als äußerst wirksam für diesen Zweck gefunden. Vorzugsweise sollte das Abschirmmetall 60 eine Dicke von wenigstens 1,01 mm aufweisen.

Während in Pig. 3 lediglich die Verwendung einer Abschirmung um die freigelegten Oberflächen des Schlittens 26 und des Wellenstumpfes 30 gezeigt ist, ist es verständlich, daß eine Abschirmung auch um die Seitenwände 23 und Endwände 24 und andere freigelegten Teile des Schweißkastens 20 angeordnet werden könnte. Die Abschirmung 60 ist vorzugsweise über allen sichtbaren Oberflächen der magnetischen Teile und derjenigen Teile des Sohweißkastens 20 vorgesehen, die eine geringe Leitfähigkeit aufweisen; jedoch ist es lediglich notwendig, daß sie auf solchen Oberflächen angeordnet ist, die der Induktionsspule 10 zugewandt und hierzu in nächster Nähe angeordnet sind, d. h. normalerweise der Vorderabschnitt des Schweißkastens 20,

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wie dies in Pig. 2 gezeigt ist.

Das Abschirmmetall 60 kann in jeder gewünschten Weise für die freigelegten Oberflächen der magnetischen Teile des Schweißkastens 20 angewandt werden. Demzufolge könnte beispielsweise ein Kupferblech 60 lediglich in eine geeignete Form gebogen und über den entsprechenden Teilen des Schweißkastens 20 angeordnet werden, die abzuschirmen sind. Alternativ könnte das Abschirmmetall 60 auf die freigelegten Oberflächen dieser Teile aufgetragen oder in anderer Weise mit diesen Flächen mittels bekannter Einrichtungen verbunden werden. Es ist lediglich wesentlich, daß die Abschirmung zwischen den genannten Teilen des Schweißkastens 20 und dem Induktionsfeld der Spule 10 angeordnet wird.

Während es gefunden worden ist, daß eine Abschirmung der magnetischen Teile und der Teile geringer Leitfähigkeit des Schweißkastens 20 mit nichtmagnetischen Metallen mit hoher Leitfähigkeit wirksam ist, um die genannten Stromverluste zu reduzieren, wurde es in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gefunden, daß eine weitere Verbesserung erzielt werden kann, wenn diejenigen Teile des Schweißkastens 20, die früher

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aua magnetischen Metallen, und Metallen geringer Leitfähigkeit hergestellt sind, wfe beispielsweise die Stümmelwelle 30, die Schweißwalze 6, der Schlitten 26 und der Schweißtestenrahmen, der aus den Seitenwänden 23, den Endwänden 24 und der Bodenplatte 22 besteht und möglicherweise selbst die Einstellschraube aus nichtmagnetischen Metallen mit hoher Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer oder Kupferlegierungen wie beispielsweise Aluminiumbronze hergestellt werden.

Durch Aasbilden des Schweißgastens 20 im wesentlichen vollständig aus nichtmagnetischen Metallen ergibt sich ein wesentlicher Abfall der erwähnten Stromverluste aus der Induktionsspule 10 und eine wesentliche Verbesserung in der Wirksamkeit des Sohweißgerätes, so daß höhere Schweißgeschwindigkeiten mit verbesserter Schweißqualität gestattet werden. Weiterhin sind die Teile des Schweißkastens 20, die aus Kupfer oder Kupferlegierungen hergestellt sind, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, nicht einer so großen Erhitzung unterworfen wie Stahlteile, so daß im wesentlichen die mechanische Instabilität dieser bekannten Sohweißkästen eliminiert wird.

Bei dem Schweißkasten 20 nach Fig. 2 sind die Lager 31 und 32 gut von dem Induktionsfeld der Spule 10 durch den

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Schlitten 26 und dem Wellenflansch 40 abgeschirmt. Dies ist dann die bevorzugteste Anordnung der Lager 31 und Es ist in der Technik jedoch allgemein, daß die Lager innerhalb den Schweißwalzen angeordnet sind, so daß die Schweißwalzen um eine feste Welle rotieren. Eine solche Konstruktion ist jedoch wesentlich schlechter als die in Pig. 2 gezeigte Anordnung, die gemäß vorliegender Erfindung bevorzugt ist.

Die Gesamtwirksamkeit des Schweißkastens 20 kann weiterhin durch Elieinierung der Kurzstromwege in den Schweißkasten verbessert werden, wie durch Vorsehen einer Isolierung zwischen einigen Teilen in den erwähnten Kurzstromwegen in dem Schweißkasten. Um eine ausreichende mechanische Stabilität der Schweißwalzen 6 aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, daß diese Isolierung zwischen Teilen des Schweißkastens 20 in dem Kurzstromweg angeordnet ist, welche sich nicht zueinander bewegen. Beispielsweise könnte in dem Schweißkasten 20 nach Pig. 2 die Isolierung zwischen der Schweißwalze 6 und der Stummelwelle 30 angeordnet sein, wie dies in Pig. 4 gezeigt ist, weil diese beiden Teile sich nicht zueinander bewegen.

Der Bolzen 47, welcher die Schweißwalze 6 mit der Stummelwelle 30 befestigt, würde von der Schweißwalze 6 durch

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eine Isolierscheibe 70 und eine Isolierhülse 71 in dem Loch 44 isoliert sein. Die Schweißwalze 6 würde selbst von der Stummelwelle 30 durch eine Isolierkappe 72 isoliert sein, die über der Nabe 42 angeordnet ist und sich über den Plansch 40 der Stummelwelle erstreckt.

Das besondere Isoliermaterial kann gewünsohtenfalls aus vielen bekannten Materialien wie beispielsweise Teflon oder Nylon ausgewählt sein.

Bei anderen Schweißfcastenausbildungen könnten die Kurzstromwege in einer ähnlichen Weise eliminiert werden, indem eine Isoliereinrichtung zwischen zwei der Teile des Schweißkastens in dem Kurzstromweg oder den Wegen angeordnet wird, die sich nicht zueinander bewegen.

Demzufolge wird in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Schweißkasten für Hochfrequenzschweißung geschaffen, der eine bemerkenswert verbesserte elektrische Wirksamkeit und mechanische Stabilität aufweist und somit das Schweißen eines Streifens in ein Rohr mit höheren Geschwindigkeiten erlaubt. Der Schweißkasten ist besonders für das Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen und anderen nichtmagnetischen Legierungen geeignet, die relativ hohe Leitfähigkeiten haben.

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Die erwähnten Verbesserungen werden entweder durch Abschirmen der genannten freigelegten Komponenten des Schweißkastens mit einem nichtmagnetischen Material mit hoher Leitfähigkeit oder durch Bilden dieser Komponenten der bekannten Schweißkästen aus nichtmagnetischen Metallen mit hoher Leitfähigkeit oder durch Eliminieren der Kurzstromwege in den Schweißkästen durch zweckmäßiges Isolieren der Teile des Schweißkastens in den Kurzstromwegen erzielt, welche sich nicht bezüglich zueinander bewegen oder durch eine Kombination dieser Ausbildungen.

Ein magnetisches Material oder ein Metall ist in der obigen Beschreibung verwendet und als solches definiert, das eine hohe magnetische Permeabilität μ im allgemeinen oberhalb 10.000 oerstedt aufweist. Ein nichtmagnetisohes Material oder Metall, wie oben beschrieben ist, bezieht stoh auf ein solches, welches eine geringe magnetische Permeabilität μ weniger als 10 Oerstedt und vorzugsweise ungefähr 1 aufweist.

Die freigelegten Teile des Schweißkastens in der obigen Beschreibung sind solche Teile, welche dem Induktionsfeld der Spule ausgesetzt sind, und ihre zugehörige elektrische Leitung in Verbindern (nicht gezeigt) nämlich solche Teile

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des Schweißkastens, in denen Strom durch Wirkung der Induktionsspule und/oder ihres Leitungssystems induziert werden kann.

Die obige erwähnte Leitfähigkeit bezieht sich sowohl auf elektrische als auch auf Wärmeleitfähigkeit. Ein Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit ist ein solches, das eineeelektrisohe Leitfähigkeit von wenigstens 15 i» IACS und vorzugsweise wenigstens 25 $ IACS aufweist und das eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 192 kcal/ h/m °C/a (25 B.T.n./sq.ft/ft/hr./°P) und vorzugsweise wenigstens 2068 kcal/h/m^2oC/m (35 B.tu/sq.ft/ft./hr/ ⁰P) aufweist.

Die in obiger Beschreibung erwähnten Stähle können irgendein bekannter Stahl oder Stahllegierung sein. Währaö die Erfindung mit Bezugnahme auf die bevorzugte Verwendung von Kupfer oder Kupferlegierungen als Ersatzmet lie beschrieben worden ist, können andere niohtmagnetische Metalle mit hoher Leitfähigkeit verwendet werden.

Die Erfindung ist ebenfalls anwendbar bei Hochfrequenzschweißen, wobei Kontakte anstelle einer Induktionsspule verwendet werden. Die elektrische Leitung in dem System,

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die mit den Kontakten verbunden ist, ist induktiven Stromverlusten in den Schweißkastenteilen in einer Art ähnlich der Induktionsspule und ihrer Leitung in dem System unterworfen.

Während die Erfiridung mit Bezug auf das Verschweißen eines Metallstreifens in ein Rohr beschrieben worden ist, ist sie auch für andere Hochfrequenzschweißverfahren wie beispielsweise das Verschweißen von Gefügen unc¹ unähnlichen Metallen geeignet.

Die Erfiiidu : kann in anderen Formen ausgebildet oder auf andere Weise durchgeführt werden, ohne sich dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1J Schweißkasten für Hochfrequenzschweißen von Metall oder Metallen mittels Induktionserhitzung oder Kontakten, mit einer Vielzahl von Metallteilen mit hoher magnetisQher Permeabilität und geringer Leitfähigkeit, wobei diese Teile einen Metallrahmen, wenigstens zwei Schlitten, die einstellbar von dem Rahmen getragen sind, wenigstens eine drehbare Welle, die eine Schweißwalze aufnehmen kann, welche von dem Rahmen gestützt ist, wenigstens eine drehbare Welle, welche eine Schweißrolle aufnehmen kann, die von jedem der Schlitten gestützt ist, und eine Schweißwalze umfassen, die an jeder der Wellen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle diese Teile einschließlich des Rahmens, der Schlitten, der drehbaren Wellen und der Schweißwalzen, die dem Induktionsfeld der Erhitzungseinrichtung ausgesetzt sind, aus wenigstens einem nichtmagnetischen Metall mit einer hohen Leitfähigkeit konstruiert sind.
2. Schweißkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall oder die Metalle einen Streifen umfassen, der in ein Rohr zu verschweißen ist.

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3. Schweißkasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetisohe Metall eine magnetische Permeabilität von weniger als 10 Oersted aufweist.
4. Schweißkasten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Metall eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 192 kcal/h/m^2oG/m (25 B.t.u./sq.ft/ft./ hr/°P) und eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 15 $> IACS aufweist.
5. Schweißkasten nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
6. Schweißkasten nach Anspnnch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung Aluminiumbronze umfaßt.
7. Sohweißkasten nach Anspruch 2, wobei der Metallstreifen von dem Schweißkasten in der Form eines offenen Rohres mit einem sich longitudinal erstreckenden Spalt empfangen wird, der von den Streifenkanten begrenzt ist, mit wenigstens einem Kurzstromweg in den Metallteilen, durch welche der in einer Streifenkante an einer Seite des Spaltes

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induzierte Strom zu der Streifenkante auf der anderen Seite des Spaltes fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kurzstromweg im wesentlichen durch Anordnen einer Isoliereinrichtung zwischen wenigstens zwei der Metallteile eliminiert ist, die sich nicht zueinander bewegen.
8. Schweißkasten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliereinrichtung ein Material einschließt, daß aus der Gruppe ausgewählt ist, die Nylon oder Teflon enthält.
9. Schweißkasten nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliereinrichtung zwischen der Schweißwalze und der Welle angeordnet ist.
10. Gerät zum Hochfrequenzschweißen von Metall oder Metallen, mit einer Einrichtung zum Erhitzen des Metalles oder der Metalle auf Schweißtemperatur längs einer Schweißnaht und mit einem Schweißkasten in enger Nähe zu der Erhitzungseinrichtung, wobei der Schweißkasten das Metall oder die Metalle von der Erhitzungseinrichtung empfängt und das Metall oder die Metalle miteinander längs einer Schweißnaht feuerverschweißt, wobei der Schweißkasten eine Vielzahl

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von Metallteilen mit hoher magnetischer Permeabilität und geringer Leitfähigkeit einschließlich eines Metallrahmen, wenigstens zweier von dem Rahmen einstellbar getragenen Schlitten, wenigstens einer drehbaren Welle, die eine Schweißwalze aufnehmen kann, welche von jeder der Wellen getragen ist, einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Metallabschirmung eine hohe Leitfähigkeit aufweist und zwischen der Erhitzungswinrichtung und denjenigen Teilen des Sc^v ißkasteas angeordnet ist, die dem Induktionsfeld der Ur gseinrichtung ausgesetzt sind.
11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall oder die Metalle einen Streifen umfassen, der sich längs erstreckende Kanten zum Verschweißen in ein Rohr aufweist.
12. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die nlchtmagnetische Metallabschirmung eine magnetische Permeabilität von weniger als 10 Oersted aufweist.
13. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtmagnetische Metall eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 192 kcal/h/m^2oC/m (25 B.tu./sq.ft/ft./hr/°F) und eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 15 # IACS aufweist.

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14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetisch^ Metallabschirmung Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.
15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische Metallabschirmung ein Kupferblech mit einer Dicke von wenigstens 0,76 mm ist.
16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferblech eine Dicke von wenigstens 1,02 mm aufweist.
17. Schweißkasten zum Hochfrequenzschweißen eines Metallstreifens in ein Rohr, wobei der Metallstreifen von dem Schweißkasten in der Form eines offenen Rohres empfangen wird, welches einen sich längs erstreckenden Spalt aufweist, der von den Streifenkanten begrenzt ist, wobei der Schweißkasten eine Vielzahl von miteinander verbundenen Metallteilen und wenigstens einen Kurzstromweg in den Metallteilen einschließt, mittels welchem der in einer Streifenkante auf einer Seite des Spaltes induzierte Strom zu der Streifenkante auf der anderen Seite des Spaltes fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kurzstromweg durch Anordnen einer Isoliereinrichtung zwischen wenigstens zwei der Metallteile

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eliminiert ist, die sioh nicht bezüglich zueinander bewegen.
18. Schweißkasten nach Anspruch 17, wobei die Metallteile eine Vielzahl von Metallgliedern einschließen, die einen Rahmen, wenigstens zwei Schlitten, die einstellbar von dem Rahmen gestützt sind, wenigstens eine drehbare Welle zum Aufnehmen einer Schweißwalze, die von jedem der Schlitten getragen ist und eine Schweißwalze einschließen, welche mit jeder der Wellen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliereinrichtung zwischen der Schweißwalze und der Welle angeordnet ist.
19. Schweißkasten nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliereinrichtung aus der Gruppe bestehend aus Nylon oder Teflon ausgewählt ist.
20. Schweißkasten nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliereinrichtung aus der Gruppe bestehend aus Nylon oder Teflon ausgewählt ist.

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