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Verfahren zur kontinuierlichen Verschweissung von steifen Stegen
mit langen Rohren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen
Verschweissen von steifen Stegen mit langen Rohren durch Widerstandsheizung mit
Hochfrequenz. Solche Verfahren werden z.B. für die Herstellung von Brenn#ammerrohrwänden
für Dampferzeuger angewendet.
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Zur Herstellung von Rohren ist es auch - z.B. aus der US-PS 3 758
740 -bekannt, zur Form von Rohren gebogene längliche Metallstreifen an der aus den
langen Kanten gebildeten Lücke unter stetigem Vorschub und unter Druck an der Schweisstelle
zu verschweissen. Solche Verfahren benutzen eine Hochfrequenz-Wechselstromquelle,
deren Spannung über Elektroden kurz vor Erreichen der Schweisstelle zugeführt wird;
die Frequenz des Wechselstroms soll mindestens so gross sein, dass sich die niedrigste
Impedanz zwischen den Elektroden ausbildet, wenn der Strom dem einen V-förmigen
Spalt bildenden Kanten zu und von der Schweisstelle folgt. Der beim Schweissen entstehende
Wulst wird dann durch Abschaben oder Abhobeln entfernt. Bei dem bekannten Verfahren
wird das Rohr zu einem ovalen Querschnitt verformt, in dessen längerer Achse die
Schweissnaht liegt.
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Dies geschieht zu dem Zweck, einerseits eine Schwächung der Rohrwand
beim anschliessenden Abhobeln zu vermeiden und andererseits ein Zusammendrücken
des Rohres durch das Hobelwerkzeug zu vermeiden. Diese Art der Herstellung von Rohren
und die Bearbeitung ihrer äusseren Oberfläche ist nicht Gegenstand der Erfindung.
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Die Erfindung geht vielmehr von dem Stand der Technik aus, der z.B.
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durch die Figuren 9 und 10 der US-PS 3 5;2Er 426 gegeben ist. Bei
diesem bekannten Verfahren werden die steifen Stege auf der dem Rohr zugekehrten
Seite mit einem Wulst versehen, so dass Steg und Rohr bis zur Schweisstelle in einem
isolierenden Abstand voneinander geführt werden. An der Schweisstelle wird der Wulst
glattgewalzt, so dass der durch die Widerstandsheizung erwärmte Steg sich in Richtung
auf das Rohr ausdehnt, mit ihm in Berührung kommt und mit ihm verschweisst wird.
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Dieses bekannte Verfahren hat erhebliche Nachteile. Es muss z.B. eine
verhältnismässig hohe Energie aufgewendet werden, um den Steg in seiner ganzen Masse
zu erhitzen und walzfähig zu machen. Man benötigt dazu auch verhältnismässig niedrige
Frequenzen, die weniger wirkungsvoll sind. Schliesslich ist für die vorhergehende
Herstellung des Wulstes am Steg ein besonderer Arbeitsgang mit speziellen Werkzeugen
und zusätzlichem Energieaufwand erforderlich.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, das durch den Oberbegriff des Anspruches
1 umschriebene und z.B. durch die US-Patentschrift 3 588 426 bekannte Verfahren
zu verbessern und zu vereinfachen, und zwar insbesondere in Bezug auf den Aufwand
an Energie und den Einsatz von Schweisspannungen höherer Frequenz.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelost,
dass gemäss dem Kennzeichen des Anspruches 1 verfahren wird.
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Gegenüber dem bekannten Verfahren benötigt man für das Verformen des
Rohrquerschnittes
sowohl in der Vorstufe als auch beim Schweissvorgang
wesentlich weniger Energie, weil nur der Querschnitt verformt wird, die Wandstärke
der Rohre aber unverändert bleibt.
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Diese Verformung des Rohrquerschnittes kann kalt erfolgen und für
den Schweissvorgang brauchen nur die Stellen der Stege und der Rohre erhitzt zu
werden, die miteinander verschweisst werden sollen. Es wird also in Jeder Beziehung
sehr viel weniger Energie aufgewendet und esist die Anwendung höherer Frequenzen
für den Erhitzungsvorgang möglich. Damit kann der Schweissvorgang auch beschleunigt
werden, weil die Aufheizzeit viel kürzer wird.
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Wenn das Lager bzw. die Vorfabrikation nur Rohre mit kreisförmigem
Querschnitt liefert und für die Kessel Rohre mit gleichem Querschnitt verlangt werden,
muss das Verfahren gemäss Anspruch 2 mit zwei Verformungsvorgängen angewendet werden,
nämlich zunächst die Rohre mit kreisförmigem Querschnitt oval zu verformen und dann
durch einen erneuten Verformungsvorgang den runden Querschnitt dieser Rohre an der
Schweisstelle wiederherzustellen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Gerät zur Ausübung des Verfahrens
gemäss den Ansprüchen 1 und 3. Wenn die Rohre verformt werden sollen, werden Rollen
verwendet, die für beide Verformungsvorgänge parallel zu den Rohren auf beiden Seiten
derselben angeordnet sind. Anstelle der Rollen kann man auch Ziehwerkzeuge benutzen.
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Im einzelnen kann das Gerät nach den Merkmalen des Anspruches 5 aufgebaut
sein. 9 it anderen Worten gesagt, zeigt die Erfindung ein Gerät und ein Verfahren,
das Anschweissen von steifen metallischen Stegen an metallische Rohre zu erleichtern.
Das Verfahren besteht darin, die Metallrohre, die verschweisst werden sollen, leicht
aus ihrem ursprünglichen Querschnitt heraus zu verformen, und zwar entweder vom
runden zum ovalen Querschnitt oder vom ovalen zum runden Querschnitt. Dies geschieht
ohne Änderung der Wandstärke der Rohre durch entsprechende
Formrollen
in dem Bereich, der beim Transport kurz vor der Schweissstelle passiert wird. Kurz
vor der Schweisstelle aber hinter den einen ovalen Querschnitt erzeugenden Rollen
wird der metallische Steg, der an das Rohr angeschweisst werden soll, stetig in
eine Stellung geführt> die seitlich zu der abgeflachten Seite des ovalen Rohres
liegt. Beide Teile - das Rohr und der Steg - werden bei dieser Ausführungsform mit
gleicher Geschwindigkeit der Schweisstelle zugeführt. Kurz vor der Schweisstelle
wird durch Schleifkontakte eine Zuführung für den Hochfrequenz elestrischen Strom
hergestellt, so dass dieser über den Steg, die Schweisstelle und dann über das Rohr
zuruckfliesst. Verformungsrollen oder Ziehwerzeuge sind unmittelbar bei der Schweisstelle
vorgesehen, um das ovale Rohr wieder auf kreisförmigen Querschnitt zu verformen.
Auch werden an der Schweisstelle Führungen vorgesehen, um den metallischen Steg
so festzuhalten, dass bei der Rückverformung in den kreisförmigen Querschnitt Rohre
und Stege an der Schweisstelle fest aufeinander auf liegen, so dass die notwendige
Schweisskraft erzeugt wird. Mit Hilfe eines solchen Verfahrens und Gerätes kann
die V-förmige Lücke, die für die elestrische Hochfrequenz-Schweissung nötig ist,
hergestellt werden und die Schweissnaht entsteht ohne bedeutende Deformierung des
steifen Metallsteges.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt. Dieses und einige Abwandlungen davon werden nachstehend beschrieben.
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Es stellen dar: Figur 1 die Ansicht des Gerätes nach der vorliegenden
Erfindung mit den Rollen, die den Querschnitt der Rohre zum Oval deformieren und
mit der Schweisseinheit; Figur 2 einen Schnitt der Figur 1 entlang der Linie 2 -
2; Figur 3 einen Schnitt der Figur 1 entlang der Linie 3 - 3.
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Wie in Figur 1 dargestellt, ist einer der länglichen Metallkörper
ein Metallrohr 14, mit dem ein zweiter Körper, der als Metallstreifen 18
ausgebildet
ist, verschweisst werden soll. I Bezug auf das Rohr 14 bildet der Metallstreifen
18 einen Steg. Beide Metallkörper, nämiicn das Rohr 14 und der Metallsteg 18, werden
ohne Berührung, aber dicht nebeneinander, mit bekannten, nicht dargestellten Mitteln
von rechts nach links mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt. Die Schweisseinheit
10 dient dazu, die Stege 18 an der Schweisstelle 32 an das Rohr 14 anzuschweissen.
Zur Verschweissung wird die nach dem tjtcnc;e der TechnIk übliche elektrische Hjchfrequenz-Widerstandsheizung
benützt, um die an der Schweisstelle 32 nötige Wärme zu erzeugen. Schleifkontakte
24 und 24' halten den Kontakt mit den fortschreitend sich bewegenden Rohren 14 und
dem Steg 18 in Transportrichtung gesehen vor der Schweisstelle 32, so dass ein hochfrequenter
Wechselstrom entlang der Oberfläche des Materials über die Schweisstelle 32 fliesst.
Die Schweisskontakte 24 und 242 sind mit einer an sich bekannten, nicht dargestellten
Quelle für Hochfrequenz-Wechselstrom verbunden.
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Um eine V-förmige Lücke zu bilden, die nötig ist, um den hochfrequenten
Stromfluss vor Erreichen der Schweisstelle 32 zu führen, muss man Rohr und Steg
in einem leichten Winkel gegeneinander führen. Dies wird dadurch erreicht, dass
man zunächst das fortschreitend bewegte Rohr 14 mit Hilfe der Deformationsrollen
20 von einem runden Querschnitt zu einem ovalen Querschnitt 16 deformiert und dann
an der Schweisstelle 32 mit Hilfe der Deformationsrollen 22 einen runden Querschnitt
des Rohres 14 wiederherstellt. Mit anderen Worten: Die Deformationsrollen 22 vergrössern
die Dimension des Rohres in Richtung auf den Steg an der Schweissstelle 32. Um sicherzustellen,
dass eine gute Schweissnaht an der Schweissstelle 32 hergestellt wird, werden die
Stege 18 durch Rollen 26 geführt, die einen festen Kontakt der Stege 18 mit dem
Rohr 14 an der Schweissstelle 32 sicherstellen. Wie am besten in Figur 2 zu sehen,
werden die Stege 18 in eine parallel zur Achse des Rohres 14 gedachte Linie durch
Führungsrollen 30 und Gleitpuffer 28 gebracht. Auf diese Weise kann der steife Metallsteg
18 ein wenig abgelenKt werden, um ihn an den deformierenden Rollen 20 vorbeizuführen.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird das Rohr, das verschweisst
werden soll, nur einmal deformiert. Dann entsteht ein ovales Rohr mit angeschweisstem
Steg. In diesen: Falle werden ein rundes Rohr und der Steg der Schweisseinheit
zugeführt
und zwar auch dicht nebeneinander, aber ohne gegenseitige Berührung. Steg und Rohr
werden durch Vergrösserung des Rohres in einer Ausdehnungsrichtung auf den Steg
hin in Kontaxt gebracht. Diese Vergrösserung der Ausdehnung kann dadurch erreicht
werden, dass das Rohr an der Schweisstelle 32 durch die Rollen 22 zum ovalen Querschnitt
verformt wird. Zum Unterschied zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel haben
die Rollen 22 also hier die Aufgabe, das Rohr zu einem unrunden oder ovalen Querschnitt
zu verformen, anstatt den Querschnitt wieder rund zu machen.
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Abweichend von beiden oben geschilderten Ausführungsbeispielen kann
auch der Vorrat an Rohren ovalen Querschnitt von der Vorfertigung her besitzen.
Dies wird man vorziehen, wenn regelmässig eine grosse Zahl von Rohren nach der vorliegenden
Erfindung mit den Stegen verschweisst werden soll. Dann wird das Rohr zur Schweisseinheit
10 so geführt, dass die flache Seite dem Steg gegenüber liegt, mit dem es verschweisst
werden soll. Die Rollen 22 stellen dann den runden Querschnitt wieder her und bei
der Vergrösserung der Ausdehnung des Rohres in Richtung auf den Steg wird der Querschnitt
des Rohres von der ovalen zur runden Figuration verformt; das Endprodukt ist also
in diesem Falle wiederum ein Rohr mit rundem Querschnitt mit angeschweisstem Steg.