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Anordnung zum Widerstandsschweißen von Längsnähten, insbesondere von
Rohrlängsnähten Man kennt bereits Verfahren und Vorrichtungen zum elektrischen.
Widerstandsschweißen von Längsnähten, insbesondere von Rohrlängsnähten, bei welchen
ein oder mehrere Eleiktrodenrollen hintereinander derart angeordnet sind, daß sie
beide Rohrkanten beruh-,ren. Bei diesem Verfahren wird entsprechend eine einfache
oder mehrfache Wärmebehandlung des Rohres unter den Elektroden erreicht, und@zwar
nur unmittelbar an der Berührungsstelle.
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Es ist auch bereits ein Verfahren zum Widerstandsschweißen bekannt,
bei welchem auf jeder Seite der Schweißnaht je eine Elektrod'enrolle angeordnet
und je an ein Stromnetz angeschlossen ist. Bei diesem Verfahren wird ein Schweißstrom
quer durch die Rohrnaht hindurchgef "ehrt, und es wird hiermit eine erhebliche Stromdichte
nur in einem sehr kleinen, fast . punktförmigen Bereich in der Schweißnaht erzielt.
Dieses Verfahren hat den Nachteil,- daß es außerordentlich empfindlich ist. So kommt
es bei diesem Verfahren darauf an, daß die zu verschweißenden Kanten genau an der
Durchtrittsstelle des quer zur Naht fließenden Stromes durch Ausübung von Druck
zusammengepreßt werden. Aber selbst wenn diese Anpressung in der richtigen Weise
erfolgt, bleibt das Arbeitsergebnis vielfach unbefriedigend, weil eben die Entwicklung
der zum Schweißen erforderlichen Wärme nur gewissermaßen an einem Punkte erfolgt.
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Man hat daher, insbesondere bei größeren Schweißgeschwindigkeiten,
bei denen die Schweißungen durch die Mgximen des periodischen Schweißstromes herbeigeführt
wird, die Periodenzahl erhöht. Ein wirklich befriedigendes
Ergebnis
wurde jedoch nicht erreicht. Schon eine geringe Störung in der Zuführung des Stromes
führt zu Fehlergebnissen. Im übrigen haftet auch diesen Verfahren der Mangel an,
daß der Werkstoff unmittelbar vor dem Zusammenschweißen noch kalt ist und unmittelbar
nach dem Zusammenschweißen erheblich abgekühlt wird.
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Man kennt ferner Verfahren, die sich des Mehrstromes bedienen und
bei denen Elektroden teils auf der Naht, teils seitlich derselben angeordnet sind.
Vorzugsweise hat man bei diesen Verfahren zunächst eine Elektrode auf der Naht,
sodann, in Richtung der Rohrbewegung gesehen, seitlich der Naht je eine, weitere
Elektrode und danach noch eine weitere Elektrode wiederum auf der Naht angeordnet.
Hierbei wird die erste der auf der Naht befindlichen Elektrodenrollen zum Vorwärmen,
die beiden seitlich angebrachten für den eigentlichen Schweißvorgang und die vierte
Elektrode für etwaiges nachträgliches Erwärmen des Rohres für die Zwecke der Vergütung
benutzt. Bei diesem bekannten Verfahren werden zwar außer dem Ouerstrom zwischen
den beiden seitlich der Naht angeordneten eigentlichen Schweißelektroden noch Ströme
zwischen diesen und den auf der Naht angeordneten Elektroden erzeugt, und es wird
infolgedessen die Empfindlichkeit der weiter oben beschriebenen bekannten Verfahren
etwas gemildert. Jedoch ist auch dieses Verfahren noch nicht so empfindlich, wie
es in vielen Fällen wünschenswert wäre. Vorliegende Erfindung setzt sich nun die
Aufgabe, ein Verfahren zum Widerstandsschweißen anzugeben, welches vor dem eigentlichen
Schweißen das Rohr genügend vorerwärmt, dabei aber weitestgehend unemp, findlich
gegen etwaige Veränderungen in der Stromzuführung ist. Diese Aufgabe wird durch
das neue Verfahren in der Weise gelöst, daß erfindungsgemäß für die Stromzuführung
zur Schweißnaht mittels beiderseits derselben senkrecht oder annähernd senkrecht
zu der durch die Rcihrachse und die Schweißnaht gelegten Ebene einander gegenüberliegende
Elektrodenrollenpaare angeordnet sind, deren jedes an das eine Ende je einer Phase
der Sekundärwicklung eines Zweiphasenschweißtransformators angeschlossen ist und
daß jedem dieser Elektrodenrollenpaare auf der anderen Nahtseite je eine Elektrode
zugeordnet wird, welche senkrecht oder nahezu senkrecht zu den Elektrodenrollenpaaren
und unmittelbar an der Naht angeordnet und an das andere Ende derjenigenPhase angeschlossen
wird, welche mit dem gegenüberliegenden Rollenpaar in Verbindung steht.
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Das neue Verfahren ergibt den Fortschritt, daß an Stelle des punktförmigen
Stromdurchganges bei bekannten Verfahren eine Fläche größerer Ausdehnung gesetzt
wird, innerhalb welcher die Schweißströme eine erhebliche Größe aufweisen und zu
einer erheblichen Erhitzung und damit sicheren Schweißung auf einer größeren Länge
führen. Tritt bei den bekannten Verfahren der Schweißeffekt gewissermaßen nur an
einem Punkte auf, so findet jetzt der Schweißvorgang längs einer größeren Strecke
der Schweißnaht statt. Es wird mit Bezug auf die Verbindung der Schweißkanten eine
Wirkung erzielt, welche viel nachhaltiger als diejenige ist, die man bei starker
Erhöhung der Periodenzahl erreichen kann und dabei doch nicht die kostspieligen
und verwickelten Mittel voraussetzt, mit denen eine Erhöhung der Periodenzahl erreicht
werden kann. Die Fläche, innerhalb welcher der Strom eine besonders hohe Dichte
erreicht, liegt etwa symmetrisch zur Rohrnaht; sie kann beispielsweise etwa Form
und Umriß eines Rombus haben, wobei die längere Diagonale auf der Schweißnaht liegt.
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Es hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn zur Durchführung
des neuen Verfahrens Zweiphasensekundärstrom aus einem Drehstrornnetz mittels eines
Zweiphasen - Dreiphasen - Transformators entnommen und mittels eines Dreiphaseninduktionsreglers
geregelt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, claß man den überall verbreiteten
Dreiphasenstrom für die Zwecke der SchweilGung heranziehen kann, und zwar bei gleichmäßiger
Belastung seiner Phasen.
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Es hat sich ferner als zweckmäßig herausgestellt, bei der Durchführung
des neuen Verfahrens an jeder Seite des Rohres zwischen den an: die gleichen Phasen
angeschlossenen und paarweise angeordneten Elektroden je eine Profilrolle mit senkrechter
Achse ausschließlich zur Erzeugung von Anpreßdruck an der Naht zu verwenden. Durch
Ausübung eines genügend ausreichenden- Anpreßdruckes kann nämlich erreicht werden,
daß die Fläche höchster Stromdichte verhältnismäßig genau (len äußeren Umriß etwa
eines Rombus oder eines Parallelogrammes aufweist und dadurch in besonders vorteilhafter
Weise die Vorerw-ärmung des Rehres den eigentlichen Schweißvorgang bei der höchsten
Temperatur und einem allmählichen Abnehmen der Temperatur in Richtung der Rohrbewegung
sicherstellt.
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Es ergibt sich eine weitere Möglichkeit, das neue Verfahren besonders
zweckmäßig im Hinblick auf die Verteilung der Stromdichte und damit die Güte der
Schweißung zu gestalten, wenn die Lagerungen der paarweise zusammengefaßten Elektrodenrollen
derart ausgebildet sind, daß die Rollen entlang der Schweißnaht gegeneinander verstellbar
sind.
Die Einflußnahme -auf die Durchführung des Verfahrens kann
noch weiter gesteigert werden, wenn die unmittelbar neben der Naht angeordneten
Elektrodenrollen längs der Schweißnaht und auch gegeneinander verstellbar ausgebildet
sind.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des neuen
Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
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Das zu schweißende Rohr wird in Richtung des Pfeiles in die Maschine
eingeführt. Zunächst sind vier Elektrodenrollen 3, 4. 5, 6 paarweise so angeordnet;
daß dieEntfernungE zwischen .den Elektrodenrollenpaaren, 3, 4 und 5, 6 eingestellt
werden kann und jedes Elektrodenrellenpaaar das zu schweißende Rohr an einem großen
Teil seines Umfanges berührt. Der Zweck dieser Anordnung ist der, daß der an den
Berührungsstellen dieser Elektrodenrollen mit dem Rohr auftretende Übergangswiderstand
das Rohr wenig erwärmen soll. Diese vier Elektrodenrollen werden an das Rohr angedrückt
und. übertragen somit an verhältnismäßig großen Flächen .den Schweißstrom auf das
Rohr. Zwischen diesen Elektrodenrollen werden ein paar Druckrollen. 7, 8 angeordnet,
welche ihrem Ausmaße nach kleiner sind! als die Elektrodenrollen, um die Entfernung
zwischen dem Elektrodenrollenpaar 3, 4 und 5, 6 nicht zu groß wählen. zu müssen.
Diese Druckrollen übertragen auf das Rohr keinen Strom, leiten ihn. auch nicht ab,
sondern sind isoliert angeordnet. Die Rollen 7, 8 üben somit ausschließlich einen
seitlichen Druck auf das Rohr aus.
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Zwischen den Elektrodenrollenpaaren 3, 4 und 5, 6 ist ein drittes
Elektrodenrollenpaar r, 2 angeordnet, deren Mittelebene senkrecht auf der Mittelebene
der vorher genannten Elektrodenrollen steht und die ferner so angeordnet sind; daß
die Schweißnaht zwischen den beiden Elektrodenrollen x, 2 liegt. Diese Elektrodenrollen
sind in der Längsrichtung des Rohres wie senkrecht darauf verstellbar angeordnet.
Die Breite der Elektrodenrollen 1,:2 und somit die Berührungsfläche mit dem Rohr
ist kleiner als- bei den Elektrodenrollen 3, 4 5, 6. Aus diesem Grunde wird der
Übergangswiderstand bei den Elektrodenrollen x, 2 größer sein als bei den anderen
und wird hierbei eine größere Stromdichte erreicht, die zur Erwärmung des Rohres
beitragen wird.
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Der sekundäre Schweißstromkreis besteht aus zwei Einphasenstromkreisen
f1 und f2, welche zweckmäßigerweise von einem Drehstromkreis mittels einem Zweiphas.en-Dreiphasen-Transformator
entnommen wird. Der eine Stromkreis (Phase f1) wird dadurch geschlossen, daß an
einem Pol dieser Phase die Elektrodenrollen 2, an dem zweiten Pol die Elektrodenrollen
3 und 5 angeschlossen werden. Der :zweite Stromkreis (Phase f2) -verläuft einerseits
über die Elektrodenrolle z und andererseits über die Elektrodenrollen4und6.
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Infolge dieser Anordnung werden im Rohre Stromflüsse entstehen; welche
die zu schweißende Naht durchqueren müssen Wenn man diese Stromflüsse durch Linien
darstellt, welche zwischen den Auflagcrpunkten der einzelnen Elektrodenrollen verlaufen,
so bilden diese Linien im Rohr ein. Viereck a, b, c, d.
Innerhalb dieses!
Viereckes ist der Stromfluß dichter als außerhalb dieser, weil der Stromweg kürzer
ist. Durch den dichten Stromfluß wird die zu schweißende Naht geführt,. und zwar
entlang den längeren Diagonalen des Vierecks. Die zu schweißende Naht wird daher
auf einem verhältnismäßig langen Weg a bis d den Ouerströinen beider Phasen f1 und.,
f2 ausgesetzt. Durch diese lange Wirkung des Querstromes ist es ermöglicht worden,
auch bei großen Schweißgeschwindigkeiten die bekannte und unangenehm wirkende Erscheinung
der Steppnaht zu beseitigen.
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Diese Wirkung kann aber nur dann erreicht werden, wenn der Strom genau
einstellbar ist. Insbesondere die verschiedenen Stärken der Werkstoffe erfordern
eine Anpassung des Schweißstromes. Um dies zu erreichen, wird vor dem Einphasen-Dreiphasen-Schweißtransformator
S primärseitig ein. Züsatztransformator Z eingebaut. Durch die Sekundärwicklung
des Zusatztransformators fließt der primäre Schweißstrom. Der Schweißtransformator
ist primärseitig als Stufentransformator ausgebildet.
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Weiterhin ist in den primären Stromkreis des Zusatztransformators
Z ein Dreiphaseninduktionsregler J teingescbaltet, welcher so viel zusätzliche Spannung
in. dem primären Schweißstromkreis zu induzieren gestattet, wie dem Spannungsunterschied
zwischen zwei Stufen des Schweißtransformators entspricht. Dadurch wird mittels
einer kleinen Vorrichtung praktisch eine stufenlose Regelung des, Schweißstromkreises
im ganzen Regelbereich des Schweißtransformators erreicht. Auf diese Weise ist die
sekundäre Schweißspannung in beiden Phasen zu gleicher Zeit und gleichmäßig regelbar;
wobei die Belastung des speisenden Dreiphasennetzes in allen drei Phasen gleichmäßig
ist.