DE4201471C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Schweißnähten, um Überdicken im Nahtbereich von Bandverbindungen durch partielles Walzen zu vermeiden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Schweißnähten, um Überdicken im Nahtbereich von Bandverbindungen durch partielles Walzen zu vermeiden gemäß den Oberbegriffen in den Patentansprüchen 1 und 11.

Ein solches Verfahren und eine derartige Vorrichtung ist der DE 40 13 882 A1 entnehmbar.

Die dem Kaltwalzprozeß nachgeschalteten Fertigungsstufen, wie z. B. Reparaturlinien, Glühlinien, Adjustagelinien etc., haben beim Elektroblech wie auch beim Feinblech u. a. die Aufgabe, die im Coil vorkommenden Materialfehler oder Bandrisse mittels eines Schweißverfahrens zu beheben. Darüber hinaus wird an Adjustageanlagen im Hinblick auf ein optimales Auslieferungsgewicht der Coils, ebenfalls häufig ein Verbindungsschweißen eingesetzt.

Beim Elektroblech handelt es sich wie auch beim Feinblech um Blechdicken von 0,20mm bis 1,00 mm; im Mittel und mit der größten Häufigkeit wird bei Elektroblechen eine Grunddicke von 0,50 mm hergestellt. Dies bedeutet, daß bei einer üblichen Überdicke von <10% im Nahtbereich eine Blechdicke von <0,55 mm vorliegt, die bei der Weiterverarbeitung, beispielsweise Stanzen, zu Problemen führt. Bei dünneren Grundblechdicken weist die Überdicke in Nahtbereich tendenziell auch größere Werte als 10% auf. Nach bisherigen Erkenntnissen kommen diese Überdicken bei sämtlichen Lichtbogen-Schweißungen, z. B. Mikroplasmaschweißen, aber auch beim Laserschweißen vor.

Sollen dünne Bleche, wie z. B. Elektrobleche, durch ein Schweißverfahren miteinander verbunden werden, so führt dies im Nahtbereich, bezogen auf die ursprüngliche Blechdicke, meist zu Überdicken. Diese Überdicken üben beim Elektroblech wie auch beim Feinblech einen qualitätsmindernden Einfluß aus, der insbesondere in den weiterverarbeitenden Fertigstufen und am Fertigprodukt zur Geltung kommt.

Heute werden diese Überdicken im Nahtbereich beispielsweise in Reparaturlinien oder auch in Adjustageanlagen mittels spanender Bearbeitung, wie z. B. Schleifen der Naht, beseitigt oder es wird versucht, mit einem sog. Nahtroller eine Nahtglättung zu erzielen.

Als nachteilig bei einer spanenden Nahtbearbeitung ist anzusehen:

• - die geringen erzielbaren Genauigkeiten
• - die unerwünscht langen Bearbeitungszeiten, die bei einigermaßen erreichbarer Genauigkeit erforderlich sind
• - den unerwünschten Anfall von Bearbeitungsspänen, z. B. in Form von Schleifstaub.

Der größte Nachteil bei spanender Bearbeitung ist die nicht erreichbare Genauigkeitsanforderung, die im Bereich der Schweißnaht absolut der Grundblechdicke entsprechen soll und von dieser nur max. 1/100 mm abweichen darf. Diese hohe Genauigkeitsanforderung ist überdies über die Bandbreite und somit der Schweißnahtlänge von ca. 1200 mm einzuhalten, was mit den heute in Einsatz befindlichen Maschinen nicht erreicht wird.

Bei Einsatz eines herkömmlichen Nahtrollers wird in gewissen Grenzen eine Nahtglättung erzielt, jedoch kann bei Schweißnähten, die auf der Blechoberseite wie auch auf der Blechunterseite eine konvex gewölbte Überdicke aufweisen, die über die Grundblechdicke hinausragt, diese Überdicke nicht durch Nahtrollen beseitigt werden, d. h., die Wölbung wird im Bereich der größten Überdicke nur geringfügig abgeplattet.

Heute vielfach eingesetzte Nahtroller können keine eigentliche Dickenreduzierung vornehmen, da ein erforderliches Werkstofffließen fehlt. Dies ist begründet in fehlender Walze oder Rolle auf der Blechunterseite, da dort sich lediglich eine ebene Unterlage befindet und dem fehlenden Bandzug.

Die infolge von Materialsanierungen erforderlichen Schweißnähte am Fertigband verursachen also diese unerwünschten Materialverdickungen in der Verbindungszone; sie können heute bei der Kaltbandherstellung nicht ausgeschlossen werden.

Es ist nicht wirtschaftlich, ein bereits kaltgewalztes Band zunächst in einer Reparaturlinie mittels eines Schweißverfahrens zu sanieren und es anschließend auf einer herkömmlichen Kaltwalzanlage mit großer Verformungsmöglichkeit, wie beispielsweise mit einem Reversiergerüst mit 12 000 kW Antriebsleistung, im Nahtbereich zu walzen, da üblicherweise bei einer Bandlänge von 3000 m nur eine Bereichslänge von etwa 1 mm zu verformen ist. Abgesehen von den dann erforderlichen langen Umwickelzeiten an einer herkömmlichen Kaltwalzanlage und der damit verbundenen geringen Wertschöpfung infolge des sehr kleinen zu verformenden Materialbereichs, würde man bei der beschriebenen zweistufigen Vorgehensweise auch Gefahr laufen, erneut Fehler an nicht zu verformenden Materialbereichen (< 99,99%) zu verursachen, die bereits nach dem Kaltwalzprozeß als Ia-Fertigmaterial vorliegt.

Die erforderliche Verformung zur Vermeidung von Überdicken ist überdies so gering, daß sich herkömmliche Kaltwalzanlagen, die im allgemeinen auf größere Verformungen hin ausgelegt sind, zur Bearbeitung der Schweißnähte nicht eignen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren und die Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß der Schweißnahtbereich die gleiche Dicke aufweist wie die Grundblechdicke.

Gelöst wird diese Aufgabe mittels des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 und der Vorrichtung nach Patentanspruch 11.

Will man die Überdicke durch eine spanlose Bearbeitung der Naht vermeiden, muß das überschüssige Werkstoffvolumen in der Schweißzone so verteilt werden, daß das Band überall seine Grundblechdicke erhält. Das bedeutet, daß eine Verlängerung des zu bearbeitenden Blechs entweder in Schweißnahtrichtung oder quer hierzu erfolgen muß, um dieses überschüssige Werkstoffvolumen aufzunehmen. Dies kann durch einen Kaltwalzvorgang erreicht werden, der entweder in Bandrichtung oder quer hierzu unter Bandzug aufgebracht wird.

Auch können Materialverdickungen im Nahtbereich nur einwandfrei durch ein Kaltwalzverfahren unter Bandzug beseitigt werden. Dies erfolgt weitgehend unabhängig von der jeweiligen Ausbildung der Schweißnaht.

Zur Beseitigung von Überdicken im Schweißnahtbereich wird im Rahmen dieser Erfindung ein an Reparaturlinien angepaßtes Kaltwalzverfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit dem sich einerseits Überdicken von Schweißnähten absolut ausschließen lassen und mit dem sich andererseits auch die Rauhigkeit und die Oberflächenstruktur im Nahtbereich dem Grundmaterial anpassen lassen, was besondere Bedeutung bei der Feinblechverarbeitung erlangt.

Da bei einem Walzverfahren die Verformungskräfte auf Grund der geringen Überdicken im Nahtbereich relativ klein bleiben, kann nach dem Prinzip eines Quartogerüstes mit jedoch kleinen Arbeitswalzendurchmessern von 60 mm bis 100 mm und Stützwalzendurchmessern von 200 mm bis 350 mm gearbeitet werden. Ein derart gestaltetes Walzgerüst baut somit nicht größer, als ein übliches Treibgerüst in einer Bandanlage und läßt sich somit gut in einer Reparaturlinie integrieren.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit ortsfestem Walzgerüst;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit bewegbarem Walzgerüst.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann, um die Sprödigkeit des Kaltbandes im Bereich der Schweißnaht abzubauen, die Schweißnaht vor der Verformung mittels eines Gasrohrbrenners oder mittels elektrischer Widerstandserwärmung vorgeglüht werden. Diese Vorglühung wird unter geringen Bandzug durchgeführt, um größere Bandverwerfungen infolge Wärmeverzuges zu vermeiden. Hierfür ist die Klemmvorrichtung 4 vorgesehen, mit der über den Luftzylinder ein geringer Bandzug gegenüber dem geschlossenen Walzgerüst 1, dargestellt ist ein Quartogerüst, erzeugt wird.

In einfacher Weise wird dann in einer zweiten Stufe die Überdicke durch Walzen beseitigt. Für diesen Kaltwalzvorgang wird über den Aufhaspelantrieb ein höherer Bandzug gegenüber dem Vorglühen erzeugt und die Schweißnaht in Wickelrichtung durch das ortsfeste Walzgerüst gezogen. Nach diesem Walzvorgang wird bei aufgefahrenem Walzgerüst 1 mit hoher Geschwindigkeit in herkömmlicher Weise das Band aufgewickelt. Zur Unterstützung des Walzvorganges können die Stützwalzen auch mit einem Hydromotor angetrieben sein.

Komfortabler und unabhängig von den Antrieben einer Reparaturlinie läßt sich der Kaltwalzvorgang mit einem verfahrbaren Walzgerüst in Quartobauweise nach Fig. 2 durchführen. Hierbei ergibt sich die Möglichkeit, die Überdicke der Schweißnaht auch durch ein mehrfaches Verfahren des Walzgerüstes 1 in mehreren Stichen abbauen.

Dazu ist nach der Schweißvorrichtung eine auf einem Maschinengestell aufgesetzte Klemmvorrichtung vorgesehen, die eine in Bandzugrichtung bewegbare Klemmstelle 4 und eine feste Klemmstelle 5 aufweist. Die schwenkbare Klemmstelle 4 ist mit dem Spannzylinder 6 verbunden. Zwischen den Klemmstellen 4 und 5 ist das Walzgerüst 1 angeordnet, welches mittels des Verfahrzylinders 7 hin- und herbewegbar ist. An dem Walzgerüst 1 ist die Schweißnahtglühvorrichtung 3 angebaut, welche die Vorrichtung 8 für die elektrische Widerstanderwärmung trägt.

Der zu behandelnde Bandabschnitt mit der Schweißnaht 2 wird zuerst zwischen den Klemmstellen 4 und 5 eingespannt. Dazu kann die linke gelenkig gelagerte Klemmstelle 4 mittels des Spannzylinders 6 geschwenkt werden. Während des Vorglühens der Schweißnaht 2 wird mittels des Spannzylinders 6 ein nur geringer Bandzug aufrechterhalten, so daß Bandverwerfungen vorgebeugt wird. In der zweiten Fertigungsstufe, dem Kaltwalzen, wird der Bandzug dann auf die optimale Größe erhöht und mittels des Verfahrzylinders 7 das ganze Walzgerüst 1 über die vorgewärmte Schweißnaht 2 gefahren. Auch hierbei können zur Unterstützung des Walzprozesses die Stützwalzen mit einem Hydromotor angetrieben werden. Ein mehrfaches Verfahren des Walzgerüstes 1 ist gegebenenfalls durchführbar, so daß durch diese Walzung die Überdicken ausgeschlossen werden und das Band im Nahtbereich die Grundblechdicke aufweist.

Dieses Walzverfahren kann bei geglühtem und isoliertem Band auch ohne vorheriges Glühen der Schweißnaht eingesetzt werden.

Claims (17)

1. Verfahren zur spanlosen Bearbeitung von Schweißnähten, um Überdicken im Nahtbereich von Bandverbindungen zu vermeiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht der Bandverbindung eines gewalzten Bandes mittels eines modifizierten Walzgerüstes partiell unter Bandzug derartig bearbeitet wird, daß die Überdicke der Schweißnaht auf die Grundblechdicke infolge plastischen Fließens abgebaut wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht unter geringem Vorzug zur Vermeidung von Bandverwerfungen vorgewärmt wird und dann unter erhöhtem Bandzug durch ein Walzgerüst gezogen wird, wobei während der Vorwärmung der geringe Vorzug über eine bewegliche Klemmbacke am stehenden Band erzeugt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schweißnaht infolge Erwärmung Schweißspannungen abgebaut werden und die Duktilität des Werkstoffes erhöht wird, wobei die Erwärmung elektrisch oder mittels Gasrohrbrenner aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgerüst ortsfest ist.

5. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am nichtbewegten, eingespannten Band das Walzgerüst über die erwärmte Schweißnaht verfahren wird.

6. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen des Walzgerüstes angetrieben oder geschleppt sind.

7. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Walzgerüst eine der zwei, das Band einspannenden Klemmstellen beweglich ist, so daß sich zwei unterschiedliche Vorzüge für einerseits den Erwärmungsvorgang und andererseits für den Verformungsvorgang einstellen lassen.

8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhigkeit im Bereich der Schweißnaht an die Rauhigkeit des Grundmaterials angepaßt werden kann.

9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzbewegung quer zur Schweißnaht in Bandlaufrichtung und unter Bandzug durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzbewegung in Schweißnahtrichtung erfolgt, wobei der Bandzug dann in Richtung der Schweißnaht aufgebracht wird.

11. Vorrichtung zur spanlosen Bearbeitung von Schweißnähten, um Überdicken im Nahtbereich von Bandverbindungen zu vermeiden, mit einer Schweißvorrichtung und einer Klemmvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung zur Bandzugerzeugung nach der Schweißvorrichtung angeordnet ist und aus einer Klemmstelle (4) besteht und daß davor die Schweißnahtglühvorrichtung (3) mit dem sich anschließenden Walzgerüst (1) folgt.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmstelle (4) in Bandzugrichtung bewegbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgerüst (1) ortsfest ist.

14. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung aus der festen Klemmstelle (5) und der schwenkbaren Klemmstelle (4) besteht und dazwischen das verfahrbare Walzgerüst (1) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmstelle (4) mit dem Spannzylinder (6) verbunden ist.

16. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnahtglühvorrichtung (3) mit dem Walzgerüst (1) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgerüst (1) mit dem Verfahrzylinder (7) verbunden ist.