DE249080C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Λ* 249080'-KLASSE 1\h. GRUPPE

WILHELM SOKOLL in PASING b. MÜNCHEN.

Induktionsschweißverfahren. Patentiert im Deutschen Reiche vom 8. April 1911 ab.

Die Erhitzung von Metallkörpern durch mittels Induktion hervorgerufene Kurzschlußströme bzw. Wirbelströme herbeizuführen, ist bereits bekannt. Die Erhitzungsmethode wurde aber bis jetzt nur an öfen, Kochern usw. angewandt, bei welchen eine gleichmäßige Erhitzung des ganzen Apparates in Frage kommt.

Die Schweißung jedoch erfordert, wenn sie

ίο rationell erfolgen soll, eine lokalisierte Erhitzung der Metallteile an der zu verbindenden Stelle, weil sonst eine ungeheure Energievergeudung stattfände, wenn sich die Erhitzung auf das ganze Schweißobjekt erstrecken würde.

Eine Lokalisierung der Schweißtemperatur auf zweckentsprechende Länge und Breite der Naht wird durch das im folgenden beschriebene Induktionsschweißverfahren erreicht, wel-

ao ches sich auf die Herstellung von überlappt vorbereiteten und glatt geschweißten Röhren jeder Dimension sowie auf das Stumpfschweißen von Wasserkammern und ähnlichen Objekten erstreckt.

Gegenüber der am meisten gebräuchlichen Widerstandsschweißung, der Punkt- und RoI-lenschweißung, ist der hauptsächlichste Vorteil darin gegeben, daß jeder der zu verbindenden Teile für sich auf Schweißtemperatur gebracht und dann mechanisch mit dem anderen verbunden wird. Der Übergangswiderstand, der bei der Punkt- und Rollenschweißung das Hauptmoment bildet, kommt hier , nicht in Betracht, und somit entfallen auch die durch die Ungleichmäßigkeit des Übergangswiderstandes hervorgerufenen Mängel der Schweißung. Die Punkt- und Rollenschweißung ist ferner nicht geeignet, stärkere Bleche im überlappt vorbereiteten Zustand glatt zu verschweißen; das Anwendungsgebiet dieser Methoden beschränkt sich lediglich auf die Verarbeitung dünner Bleche.

Das Induktionsschweißverfahren ermöglicht, Bleche von jeder in der Praxis vorkommenden Stärke glatt zu verschweißen. Die Festigkeit und Güte der Naht kann mit wassergasgeschweißten Artikeln ohne weiteres wetteifern.

Das Wesentliche an der Induktionsschweißung mittels Einphasentransformatoren (Fig. 1 und 2) besteht darin, daß unter Anwendung eines entsprechend geformten Transformators t, dessen Kraftfluß N die zu schweißenden Bleche δ c zweimal durchdringt, Ströme induziert werden, welche die Naht zur Weißglut erhitzen. Das zu schweißende Blech bildet also die sekundäre Spule. Wie Fig. 2 zeigt, nehmen die Ströme einen derartigen Verlauf, daß ^zwischen den Polschuhen ppm der Richtung der überlappten Naht, Ströme von konstanter ^ßo und hoher Stromdichte fließen, welche sich in dem großen verfügbaren Eisen querschnitt um die Polschuhe schließen, ohne das Blech merklich zu erwärmen. Es ist möglich, die zu schweißende Naht in beliebiger Länge und Breite auf Schweißhitze zu bringen, ohne daß ¹ die umliegenden Blechpartien wesentlich miterhitzt werden. Fig. 2 zeigt im Prinzip die im Blech induzierten elektromotorischen Kräfte E M K₁ den Stromlauf i und die Stromdichte s in den einzelnen Blechquerschnitten. Die Erwärmung der Naht auf Schweißhitze

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mittels Drehstromtransformatoren (Fig.3und4) erfolgt derart, daß zu beiden Seiten der Naht je ein zweiteiliger Drehstromtransformator d angeordnet ist, dessen jeweilige gleichnamige Pole einander beiderseits der Naht gegenüberstehen. Jeder Transformator besitzt ein Joch h, welches den Kraftfluß des Oberteiles des Transformators, unterhalb des zu schweißenden Bleches schließt. Jeder Transformator erzeugt für sich einen Kraftfluß, welcher dreiphasige Kurzschlußströme in dem Blech induziert, das er durchdringt. Die Kurzschlußströme erhitzen den verhältnismäßig kleinen Eisenquerschnitt der zu schweißenden Naht auf Weißglut. Die Erhitzung erfolgt elektrisch auf ähnliche Weise wie durch Wassergas. Der Unterschied beider Erhitzungsarten liegt darin, daß nach dem Induktionsverfahren die Naht nur so weit erhitzt wird, wie es zum Schweißen der Naht unbedingt nötig ist. Den augenblicklichen Stromverlauf sowie die graphische Darstellung eines Momentanwertes der elektromotorischen Kräfte, welche z. B. in der Richtung der Polkanten ζ induziert werden, zeigt Fig. 5. NS bezeichnen die Nord- bzw. Südpole. Die Kurzschlußströme treten mit dem Drehfeld der Transformatoren ähnlich wie beim Drehstrommotor in Wechselwirkung und erzeugen eine Kraftkomponente in der Richtung der Naht, welche das Blech in Bewegung zu setzen sucht. Diese Zugkraft wird dazu benutzt, den automatischen Vorschub des Schweißobjektes zwecks Verhämmerns und eventuellen Walzens der weißglühenden Naht zu bewirken.

Im folgenden werden einige besondere Anwendungen der Induktionsschweißung beschrieben :

i. Rohrschweißmaschine zur Herstellung von Längsnähten für Rohre größeren Durchmessers.

Diese Maschine besteht aus einem Einphasen- oder zwei Dreiphasentransformatoren, welche an einem, das Rohr umgebenden Gestell g (Fig. 7) fest gelagert sind. Die Rohrschweißmaschine ist der Einfachheit halber als mit einem Einphasentransformator versehen gezeichnet. Das Gestell g trägt weiter einen mittels Luft oder mechanisch angetriebenen Hammer h sowie eine obere Walze w. Hammerbär und Walze sind dem jeweiligen Rohrdurchmesser angepaßt und auswechselbar. Der Vorschub des Rohres erfolgt bei Anwendung eines Einphasentransformators durch eine Winde, deren Seil s elastisch mit dem Rohr verbunden ist. Automatisch erfolgt der Vorschub bei Anwendung eines Drehstromtransformators. Der Vorschub des Rohres , erfolgt in der Richtung der Naht vom Transformator zu dem Hammer. Je nach der Wahl des Transformators befindet sich im Innern des Rohres ein U-förmiges Joch j oder zwei parallel zur Naht liegende Jochstücke, welche auf dem Widerlager I auswechselbar gelagert sind. Das Widerlager trägt die Gegenwalzen W₁. Das Widerlager ruht mittels Rollen oder Füßen auf der unteren Rohrwand auf und ist un verschiebbar durch eine Stange ν mit einem außerhalb des Rohres angebrachten Ständer verbunden. Das Rohr schiebt sich bei der kontinuierlichen Vorwärtsbewegung über das Widerlager und den Luftspalt zwischen Oberteil des Transformators und des Joches hinweg, wobei der Hammer ununterbrochen in Tätigkeit ist. Die hinter dem Hammer befindlichen Walzen w und W₁ haben den Zweck, die durch den Hammer überlappt geschweißte Naht glatt und profilgenau auszugestalten. Der Unterlagebalken u hat am Oberteil eine dem jeweiligen Rohrdurchmesser angepaßte Form; das Rohr liegt in seiner ganzen Länge auf dem Träger auf. Die Enden des Unterlagebalkens u sind mit entsprechenden Klemmvorrichtungen η versehen, welche ein festes Verspannen, des Blechmaterials ermöglichen. Der Unterlagebalken u ist ebenfalls auswechselbar und ruht auf Rollen r auf, welche in vertikaler Richtung einstellbar sind. Vermöge dieser Anordnung rollt der Unterlagebalken mit dem verspannten Rohr. während des Vorschubes; erhebliche Reibungswiderstände sind also vermieden. Polschuhe, Joche und Matrize m sind mit Wasserkühlung versehen. Der Oberteil des Transformators 0 trägt wassergekühlte und auswechselbare Polschuhe p p, welche gegen die äußere Rohrwandung sehr geringes Spiel aufweisen, damit das Rohr beim Vorschub freie Bahn hat.

Es ist vorteilhaft, bevor das Rohr auf die Schweißmaschine kommt, nach dem Einrollen auf der Blechbiegemaschine der überlappten Naht noch im warmen Zustande das entsprechende Profil, wie Fig. 7 zeigt, zu geben. Dies kann so erfolgen, daß die obere Walze einer Blechbiegemaschine den lichten Durchmesser des zu schweißenden Rohres bekommt, und daß nach dem Einrollen des Bleches eine entsprechend profilierte Rolle über den warmen äußeren Teil der Naht gleitet. Als Widerlager für die Rolle dient die obere Walze der Blechbiegemaschine.

2. Schweißen von Rundnähten (Fig. 8).

Zu den beiden Seiten der Naht ist ein Einphasen- oder sind zwei Drehstromtransformatoreh angeordnet, wie bei der oben besprochenen Längsnahtschweißmaschine. Das Joch ist im ersteren Falle U-förmig ausgestaltet. Bei Verwendung von Drehstromtransformatoren ist es am vorteilhaftesten, wie in Fig. 8 angedeutet, zwei aus lamellierten Eisenblechen

bestehende Jochringe k zu verwenden. Die Matrize m dient als Widerlager I des vor dem Transformator angeordneten Hammers und ist mittels einer Rolle r auf der unteren Rohrwand bzw. der Unterlage y abgestützt. Der Vorschub des Rohres erfolgt in der Richtung der Naht durch Drehung um seine Längsachse.

3. Induktionsschweißung zur Herstellung von Röhren kleinen Durchmessers (Fig. 9 und 10).

Bei dieser erfolgt die Erhitzung durch Einphasen- oder Drehstromtransformatoren in der Weise, daß das vorbereitete, noch ebene Blech zwischen den Polschuhen in der Längsrichtung bewegt wird, wobei die überlappt zu schweißenden Längskanten des Bleches die Polschuhe überragen. Dadurch werden in den zu überlappenden Kanten Kurzschlußströme induziert, welche den in Fig.· 9 dargestellten Verlauf nehmen. Das Blech wandert in der Richtung vom Transformator zur Einziehdüse f, von der es zur Rohriorm mit überläppten Enden eingebogen wird. Das Blech wird so erwärmt, daß die Temperatur von der Längsmitte zu den Kanten bis zur Weißglut zunimmt. Die Wärmeverteilung ist also von der Mittellinie des Bleches aus symmetrisch. Die beim Eintritt unter die Polschuhe kalten Blechteile erwärmen sich beim Vorschub des Bleches so weit, daß die Kanten des Bleches beim Verlassen des Transformators in weißglühendem Zustande in die Einziehdüse f gelangen. Hinter der Einziehdüse befinden sich die Vorrichtungen, bestehend aus einem mechanisch angetriebenen Hammer h und eventuell einer Walze, ähnlich wie bei der Rohrschweißmaschine für größere Durchmesser. In diese Einziehdüse reicht bis fast unter die Walze ein feststehender Dorn d, welcher dem lichten Rohrdurchmesser entspricht. Allgemein gilt für die besprochenen Schweißmaschinen die Regel, daß stärkere Bleche die Zone der Polschuhe langsamer passieren als dünne; damit unter Anwendung nur eines Transformators verschiedene Blechstärken geschweißt werden können. Dadurch ist der Transformator stets mit seinem .günstigsten Wirkungsgrad ausgenutzt.

3. Schweißen von Wasserkammern und ähnlichen Gegenständen.

Fig. 11 und 12 zeigen die Anordnung des Transformators. Die etwa 20 mm starken Bleche werden unter einem Winkel von 45 ° gehobelt und nach der Erhitzung auf Schweißglut stumpf durch Hämmern verschweißt, so daß eine abgerundete gestauchte Form der Naht entsteht. Fig. 13 zeigt die vorbereiteten Kanten, Fig. 14 die geschweißte Naht. Der Arbeitsvorgang ist der, daß nach der Erwärmung auf Schweißhitze der Transformator zur Seite geführt wird, worauf das Verhämmern unter Anwendung eines Widerlagers I im Innern der Wasserkammer vorgenommen wird.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Induktionsschweißverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß durch die von einem oder mehreren zweiteiligen Transformatoren erzeugten magnetischen Kraftfelder, welche die zu schweißenden Bleche durchdringen, Kurzschlußströme derart induziert werden, daß hauptsächlich die zu verschweißenden Stellen auf Weißglut gebracht werden.

2. Vorrichtung für das Induktionsschweißverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberteil des Transformators mit an die eine Seite der Bleche neben den Nahtstellen anzulegenden, wassergekühlten auswechselbaren Polschuhen versehen ist, und der magnetische Kraftfluß auf der anderen Seite der Bleche durch entsprechende, gegen die Bleche angedrückte auswechselbare Jochstücke geschlossen wird.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Jochstücke auf einem Widerlager (I) angebracht sind, welches auch die Gegenstücke zu den zum Verschweißen notwendigen Pressen, Hämmern oder Walzen aufnimmt und selbst auf senkrecht verstellbaren Rollen gelagert ist, so daß ein leichter kontinuierlicher Vorschub des Werkstückes, welcher bei Verwendung von Drehstromtransformatoren durch Wechselwirkung des Magnetfeldes mit den Kurzschlußströmen im Blech selbsttätig erfolgt, möglich ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.