DE600688C - Verfahren und Einrichtung zum elektrischen Schweissen der Laengsnaht rohrfoermiger Koerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zum elektrischen Schweißen der Längsnaht rohrförmiger Körper, bei dem der rohrförmige Körper selbst die Sekundärwicklung eines Transformators bildet und durch Walzen vorgeschoben wird. Die Erfindung bezweckt die Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit bei diesem kontinuierlichen Verfahren, und zwar auch bei Rohren mit großen Wandstärken. Erfindungsgemäß wird die Rohrnaht fortlaufend zunächst geschlossen, dann zwecks Abschmelzens der Schweißkanten wieder geöffnet und schließlich zwecks endgültiger Verschweißung geschlossen. Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung nach der Erfindung aus drei Reihen von Walzengestellen, von denen das erste zum Schließen der offenen Rohrnaht, das zweite zur Regelung des Wiederöffnens derselben und das dritte zum endgültigen Schließen der Naht dient.

Bei den bekannten Verfahren zum elektrischen Schweißen der Längsnaht rohrförmiger Körper, bei dem dieser selbst die Sekundärwicklung eines Transformators bildet und durch Walzen vorgeschoben wird, hat man die Induktionsströme lediglich zur Widerstandserhitzung benutzt, d. h. bei geschlossener Rohrnaht. Durch die Erfindung ist es möglich geworden, ohne zusätzliche Fremdheizung auch die Längsnaht dickwandiger Rohre zu verschweißen, und zwar in kontinuierlichem Verfahren bei erheblich gesteigerter Vorschubgeschwindigkeit. So wurde z. B. gefunden, daß nach dem neuen Verfahren ein kontinuierliches Schweißen bei Blechstärken bis zu 9,5 mm und darüber und bei Geschwindigkeiten von 200 bis 300 m pro Stunde und darüber möglich ist.

•In der Zeichnung ist als Beispiel eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.

Abb. ι zeigt eine Seitenansicht einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung,

Abb. 2 einen senkrechten Querschnitt nach Linie H-II von Abb. 1,

Abb. 3 einen senkrechten Querschnitt nach Linie HI-III von Abb. 1,

Abb. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV von Abb. 1,

Abb. 5 einen Teilschnitt in vergrößertem Maßstabe nach Linie V-V von Abb. 1,

Abb. 6 einen Grundriß eines Teiles der Vorrichtung nach Abb. 1,

Abb. 7 einen Horizontalschnitt nach Linie VII-VII von Abb. 1,

Abb. 8 einen senkrechten Querschnitt nach Linie VIII-VIII von Abb. 1 in vergrößertem Maßstabe,

Abb. 9 einen teilweisen Längsschnitt durch das zu verschweißende Rohr in vergrößertem Maßstabe,

60068a

Abb. ίο einen Schnitt nach Linie X-X von Abb. 9,

Abb. Ii einen Schnitt der Spule 41 in vergrößertem Maßstabe, - -

Abb. 12 eine perspektivische Teilansicht, welche eine abgeänderte Ausbildungsform veranschaulicht.

Die dargestellte Schweißvorrichtung besitzt eine Grundplatte 2 mit darin verankerten Walzengestellen 3, 4 und 5, welche im nachstehenden wie folgt bezeichnet werden: vorderes Schließwalzengestell, Bogenregulierwalzengestell und hinteres Schließ- oder Schweißwalzengestell.

Das erste Schließwalzengestell 3 trägt eine Reihe von Walzen 6, welche auf winklig vorspringenden Achsen 7 gelagert sind, die ihrerseits in Lagern 8 des Walzengehäuses ruhen. Die Walzen 6 wirken mit einer auf einer Welle 10 befestigten Unterwalze 9 zusammen. Die gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses lassen, wie aus Abb. 2 ersichtlich, an ihrem oberen Ende einen Zwischenraum frei, welcher vermittels einer Stellschraube 11 verringert oder vergrößert werden kann, um eine geringe Änderung des Walzprofils zu ermöglichen.

Die Walzen, das Gehäuse und die Walzenlager sind derart ausgebildet, daß ein stets offener Spalt 12 vorhanden ist, welcher sich vom Mittelpunkt des Walzprofils durch das obere Ende des Gehäuses bis in die Ebene der Stellschrauben 11 erstreckt und dessen Zweck weiter unten erläutert wird.

Die Welle 10 ist in senkrecht mittels Stellschrauben 14 verstellbaren Lagern 13 gelagert. Die Stellschrauben können in ihrer Einstelllage mit Hilfe der Muttern 15 arretiert werden. Zum Antrieb der Welle 10 ist an dem einen Ende derselben ein Kegelrad 16 vorgesehen, welches mit einem Kegelrad 17 auf der Welle 18 kämmt, die sich in der Längsrichtung der Vorrichtung erstreckt und durch einen Motor 19 vermittels eines Reduziergetriebes 20 angetrieben wird. Der Motor kann durch eine Reguliervorrichtung 21 gesteuert werden.

Zum Antrieb der Walzen 6 können diese Zahnkränze 22 tragen, welche mit Zahnkränzen 23 der Grundwalze 9 kämmen, wie aus Abb. 2 ersichtlich. Die Walzen 6 und 9 sind eingestellt, daß die Kanten 24 der Schweißnaht miteinander in Berührung kommen, wenn das Rohr zwischen den Walzen hindurchtritt. Das Walzengestell 4 ist mit einem Paar ähnlichen Gehäusen 25 versehen, deren jedes einen im wesentliehen senkrecht verlaufenden Zapfen 26 trägt, auf welchem je eine Walze 27 gelagert ist, so daß diese auf im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Seiten der Rohre einwirken. Die beiden Gehäusehälften sind auf Drehzapfen 28 an ihren unteren Enden gelagert, während ihre oberen Enden durch die Stellvorrichtung 29 relativ zueinander bewegt werden können.

Die Walzen 27 werden unter Berücksichtigung des Durchmessers des zu schweißenden Rohres so eingestellt, daß beim Hindurchtritt desselben sich die Kanten 24 der Schweißnaht schwach öffnen, wie aus Abb. 3 ersichtlich ist. Das Schließ- oder Schweißwalzengestell 5 zeigt eine ähnliche Ausbildung wie das erste Schließwalzengestell. Die Einzelteile sind daher mit den nämlichen, jedoch gestrichelten Bezugszeichen bezeichnet.

Die Rohrstücke, welche der Schweißvorrichtung zugeführt werden, weisen vorzugsweise einen Querschnitt auf, wie er in Abb. 2 dargestellt ist, mit einem Hocker 30 diametral gegenüber den miteinander zu verschweißenden Kanten 24. Das während seines Durchganges zwischen den Walzen des ersten Schließwalzengesteiles geschlossene Rohr wird bei Verringerung des Walzdruckes nach dem Hindurchtritt wieder aufspringen. Der Betrag der Öffnung wird durch die Walzen 27 des Bogenregulierwalzengestelles bestimmt. Beim Hindurchlaufen des Rohres durch das erste Schließwalzengestell werden also die Kanten 24 zunächst in Berührung miteinander gebracht und dann wieder auseinandergespreizt, und zwar bis zu einem Betrage entsprechend der Ein- go stellung der Bogenregulierwalzen. Die der Schweißstelle zugeführte Energiemenge wird durch die Größe des Zwischenraumes zwischen den Kanten 24, also durch die Bogenregulierwalzen, bestimmt. Da es erwünscht ist, diese Energiemenge so hoch' wie möglich innerhalb der Leistungsfähigkeit des Apparates zu treiben, wird der Zwischenraum nach oben hin dadurch begrenzt, daß bei zu großer Entfernung der Ränder 24 der Funken oder Bogen abreißt. An Stelle der Handregulierung 29 kann daher eine selbsttätige Reguliervorrichtung verwendet werden, welche in Abhängigkeit von der zugeführten Energie steht, derart, daß die Bogenregulierwalzen selbsttätig eingestellt werden, um jene 10g Energiemenge innerhalb vorbestimmter Grenzen aufrechtzuerhalten.

Es können gewünschtenfalls mehrere Bogenregulierwalzengestelle an verschiedenen Punkten längs des Werkstückes vorgesehen sein.

Zwischen den beiden Hälften der Walzengestelle 3 und 5, und von diesen in beliebiger Weise isoliert, befindet sich ein lameliiertes Magnetjoch 31. Dieses Joch kann durch eine massive Mittelstange sx^a versteift werden. Das Joch 31 ist mit dem ersten Schließwalzengestell vermittels Federplatten 32 verbunden, welche eine geringe Einstellung der Gehäusehälften in der beschriebenen Weise gestatten, ohne die Befestigung des Joches zu beeinträchtigen.
Ähnliche Hilfsmittel 33 können zur Befesti-

gung des Joches nahe dem hinteren Schließoder Schweißwalzengestell 5 benutzt werden. Nahe dem Eintrittsende der Vorrichtung ist das Joch 31 mit einem nach abwärts gerichteten Teil 34 versehen, welcher nur längs der Linie VII-VII vorzugsweise einen schmalen, keilförmigen Querschnitt aufweist, wie aus Abb. 7 ersichtlich, ist. Die Verjüngung der Seitenflächen muß derart sein, daß die Schlitzkanten 24 des zu verschweißenden Rohres dicht am Joch vorbeilaufen und sich allmählich unter dem Einfluß der vorderen Schließwalzen einander nähern. Nahe dem gegenüberliegenden Ende trägt das Joch 31 ein nach abwärts gerichtetes lameliiertes Polstück 35 von der in Abb. 5 gezeichneten Ausbildung, welches zwecks Verringerung der magnetischen Streuung vorzugsweise mit. dem Joch längs winkelförmig verlaufenden Linien 36 (s. Abb. 6) verbunden ist. Das Joch und das Polstück können durch Winkelhalter 37 an gegenüberliegenden Seiten des Joches verbunden sein. An seinem unteren Ende ist das Polstück 35 mit einer Öffnung 38 versehen, welche auf der Eintrittsseite etwas abgeschrägt und dessen Durchmesser etwas größer ist als der Innendurchmesser des Rohres, so daß letzteres frei hindurchtreten kann. An seinem äußersten unteren Ende kann das Polstück 35 mit dem Walzengestell 5 durch irgendwelche nichtmagnetische Halter 39 befestigt sein. Zwischen dem nach abwärts ragenden Teil 34 und dem Polstück 35 erstreckt sich ein zentraler Magnetkern 40 von solchen Abmessungen, daß das zu verschweißende Rohr frei darüber hinweggeschoben werden kann. Dieser Kern besteht vorzugsweise aus lamelliertem Siliciumstahl und einem 4,8 mm dicken mittleren Flacheisen 40^ und trägt um einen Teil seiner Länge eine Spule 41, wie aus den Abb. 8, 9 und 11 hervorgeht. Diese Spule kann mit einer Kühlung 42 versehen sein. Zwischen der Spule 41 und dem Rohr P kann auch ein nichtmagnetischer Kühlmantel 43 vorgesehen sein. Die Zuführung der Kühlflüssigkeit zu den Kühlkanälen 42 und dem Kühlmantel 43 kann durch isolierte Ein- und Auslaß Verbindungen 44 erfolgen, welche sich aus dem Innern des Rohres durch den Schlitz zwischen den Kanten 24 hindurch erstrecken, sowie am linken Ende des nach abwärts ge- - richteten Teiles 34. Die Stromzuführung zur Spule 41 kann ebenfalls auf diesem Wege durch Leitungen 45 erfolgen.

Nahe dem hinteren Schließ- oder Schweißwalzengestell 5 ist der Kern 40 mit einem kreisförmigen Polstück 46 versehen. Die magnetische Verbindung zwischen diesem und dem Kern ist vorzugsweise V-förmig gestaltet, wie aus Abb. 10 ersichtlich, mit Rücksicht auf die Richtungsänderung des magnetischen Kraftflusses.

Der Kühlmantel 43, die Spule 41, das Polstück 46 und der Kern 40 können von einer Führung 47 umgeben sein, welche die Form eines nichtmagnetischen Rohres von C-förmigem Querschnitt besitzt, dessen Schlitz 48 zwischen den freien Kanten in gerader Verlängerung mit dem Schlitz zwischen den Kanten 24 des zu verschweißenden Rohres liegt. Der Schlitz kann mit einem hitzebeständigen Isoliermaterial, wie z. B. Glimmer, ausgefüllt sein, welches die inneren Teile gegen heiße Metallteilchen schützt, die während der Erhitzung abgeschleudert werden könnten.

Außer der inneren Primärspule 41 können eine oder mehrere äußere Ergänzungs- und Regulierspulen 49 vorgesehen sein, welchen der Strom durch dicke Leitungen 50 zugeführt wird. Bei Verwendung solcher äußeren Regulierspulen können diese auf isolierten Haltern 51 gelagert sein. Derartige Spulen sind auch vorzugsweise so ausgebildet, daß sie in axialer Richtung auf dem zu verschweißenden Rohr eingestellt werden können, so daß die Spannungen für das Aufheizen längs verschiedener Teile der Schweißnaht genau überwacht werden können.

Bei großen Rohrdurchmessern kann die erforderliche Heizenergie leicht bei 60 Perioden zugeführt werden; bei kleineren Rohren sind jedoch höhere Frequenzen vorzuziehen. Ver- go suche haben ergeben, daß Frequenzen bis etwa 240 pro Sekunde oder sogar noch höhere wünschenswerte Ergebnisse liefern. Eine solche Erhöhung der Frequenz ist darum notwendig, weil die kleineren Rohrdurchmesser nicht genügend Innenraum für die bei schweren Stücken und raschem Durchsatz erforderlichen Querschnitte des Kernes frei lassen.

Es wurde ferner gefunden, daß in manchen Fällen die Kombination einer Außen- und Innen-Primärwicklung erwünscht ist, deren jede nahezu die gleiche Wicklungszahl aufweist, um die magnetische Streuung der einen Wicklung durch das Rohr hindurch vermittels der anderen auszuschalten. Wenn das zu schweißende Rohr das innere Polstück 46 passiert hat, befindet es sich auf einer solchen Temperatur, daß es wirksam verschweißt werden kann. Bei dieser Temperatur läuft es durch das hintere Schließoder Schweißwalzengestell 5 hindurch, in welchem es unter der Wirkung der Walzen 6' und 9' steht. Die Abmessungen des Profils sind derart, daß die erhitzten Kanten 24 in Schweißberührung gebracht und einer beträchtlichen Pressung unterworfen werden. Der Umriß der Unterwalze 9' ist vorzugsweise derart, daß der Höcker 30 entfernt wird und mithin ein vollkommener Kreisquerschnitt erzeugt wird.

Es ist klar, daß das Metall des Höckers unter dem Einfluß der Unterwalze 9' nach Verlassen derselben danach strebt, seine ursprüngliche Gestalt wieder anzunehmen. Dies hat die

Wirkung, daß die frisch verschweißten Kanten in dichter Berührung bleiben, so daß die Möglichkeit eines Auseinanderzerrens der Kanten vermieden wird.
Alle im vorstehenden beschriebenen Primärspulen bestehen vorzugsweise aus hochkantigen Bandwicklungen. Die innere Spule umfaßt ein vollständiges Kühlrohr 42, während die äußere Spule ähnliche Kühlrohre 52 aufweist, welchen Kühlwasser oder öl von außen her durch isolierte Leitungen zu- und abgeführt werden kann.

Die beschriebene Anordnung ist so ausgebildet, daß sie zusammen mit einer Forints maschine benutzt werden kann, vermittels welcher die Bleche in die gewünschte Form gebogen werden, worauf sie der Schweißvorrichtung zuwandern. Zwecks Zusammenwirkens mit dem hinteren Schließ- oder Schweißwalzengestell kann ein innerer Ring oder Dorn 54 (Abb. 4) vorgesehen werden, der einen solchen Außendurchmesser besitzt, daß das Rohr beim Hindurchtritt durch die Schweißwalzen den gewünschten Innendurchmesser aufweist. Der Ring oder Dorn 54 kann auf dem einen Ende des Kernes 40 und des Polstückes 46 befestigt sein.

In Abb. 12 ist eine etwas abgeänderte Ausbildung gegenüber der ursprünglichen Rohrform dargestellt. Die Lichtbogen oder Funken können mit größerer Geschwindigkeit, Gleichförmigkeit und Sicherheit hervorgerufen werden, wenn geringe Vorsprünge und winklig einschneidende dünne Erhöhungen, wie sie bei 55 angedeutet sind, in regelmäßigen kurzen Abständen längs der Kanten 24 der Platte P

angeklemmt werden, bevor letztere in das erste Schließwalzengestell 3 eintritt. Wenn diese Vorspränge unter nahezu gleichem, jedoch entgegengesetzt gerichtetem Winkel zu den 40 Flächen der Platte liegen, solange diese noch nicht gebogen ist, schneiden sie einander und liefern die gewünschte geringe Kontaktfläche, wenn die Platte in Rohrform gebogen wird. Eine kleine Fläche des ursprünglichen metal- 45 lischen Kontaktes ist notwendig, wenn der Bogen rasch erzeugt werden soll, wie es beim Schnellschweißen erforderlich ist. Die dünnen Vorsprünge werden leicht zurückgebogen, so daß sie eine sichere Gewähr für das Zustande- 50 kommen der aufeinanderfolgenden, in gleichen Abständen befindlichen Kontaktstellen geben.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum elektrischen Schweißen der Längsnaht von rohrförmigen Körpern, bei dem der rohrförmige Körper selbst die Sekundärwicklung eines Transformators bildet und durch Walzen vorgeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrnaht fortlaufend zunächst geschlossen, dann zwecks Abschmelzens der Schweißkanten wieder geöffnet und schließlich zwecks endgültiger Verschweißung geschlossen wird.
2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei Reihen von Walzengestellen, von denen das erste zum Schließen der offenen Rohrnaht, das zweite zur Regelung des Wiederöffnens derselben und das dritte zum endgültigen Schließen der Naht dient.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen