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Verfahren zum autogenen Preßschweißen von Hohlkörpern In der Metallbearbeitung
findet neben der Gasschmelzschweißung in vielen Fällen nach wie vor das den Ausgangspunkt
der Schweißtechnik bildende Verfahren der Preßschweißung bei der Verbindung von
Stahlteilen Anwendung. Hierbei werden bekanntlich die beiden miteinander zu verschweißenden
Stücke im Bereich der aneinanderzufügenden Stellen im Schmiede- oder Koksfeuer zunächst
erhitzt, alsdann übereinandergelegt und durch Druck oder Hammerschläge miteinander
vereinigt. Neben diesem sogenannten Feuer- oder Hammerschweißen hat weiterhin das
Wassergasschweißen Eingang in die Technik gefunden, das sich von dem vorerwähnten
Verfahren im wesentlichen lediglich dadurch unterscheidet, daß zum Erhitzen der
Schweißstelle eine Wassergasflamme dient.
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Während das Hammerschweißen in erster Linie 'in der Schmiedetechnik
Verwendung findet, wird die Wassergasschweißung zur Verbindung der Längsnähte, in
vereinzelten Fällen auch der Rundnähte, von dickwandigen Rohren und Behältern großen
Durchmessers angewandt. Die Stücke werden dabei vorgebogen, die übereinanderliegenden
Enden mittels zangenartig gestalteter Wassergasschweißbrenner gleichzeitig von innen
und außen auf Schweißtemperatur gebracht und auf einem Amboß unter Druck, beispielsweise
durch einen Hammer oder eine Preßrolle, verschweißt. Das Preßschweißverfahren im
allgemeinsten Sinne dient weiterhin auch zur Herstellung von Rohren aus rotwarmen
Bandstreifen, die durch einen Ziehring gezogen werden oder durch ein Rohrwalzwerk
laufen, sowie beim stumpfen Zusammenschweißen von Eisenbahnschienen und Rohren zu
Strängen größerer Länge.
In allen diesen -Fällen; :in denen es sich
um einfache und regelmäßige Querschnitte handelt, bei denen der Schweißdruck an
allen Stellen gleichmäßig zur Wirkung kommen-kann, lassen sich die bekannten Verfahren
ohne weiteres anwenden, und es werden durchweg einwandfreie Verbindungen mit vorzüglichen
Gütewerten der Schweißungen erzielt. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei solchen
Stücken, bei denen die Querschnittsform oder die Form und Lage der zu vereinigenden
Kanten keine gleichmäßige Druckübertragung gestattet. Hierbei muß unter Umständen
mit einer ungenügenden Verschweißung bzw. mit einer Verformung der Teile gerechnet
werden, die die praktische Brauchbarkeit der so behandelten Gegenstände vielfach
in Frage stellen. So läßt sich beispielsweise die Herstellung von Rohrbögen aus
zwei Halbschalen nicht nach den üblichen Verfahren durchführen. Werden nämlich die
beiden Halbschalen mit den kreisbogenförmigen Kanten aufeinandergelegt und an diesen
Stellen erhitzt, so ist es im Hinblick auf die verschieden starke Wärmeabwanderung
längs der Naht in der Regel nicht möglich, die Kanten gleichmäßig zu erhitzen. Ferner
verteilt sich auch der senkrecht zur Trennungsebene aufzubringende Druck nicht gleichmäßig
über die Naht, so daß eine einwandfreie gleichmäßige Stauchung und Bindung nicht
erzielt werden kann. Es fallen infolgedesesn nicht nur die Nahtfestigkeit, sondern
auch der Stauchwulst und unter Umständen sogar der Rohrdurchmesser unterschiedlich
aus.
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Gemäß vorliegender Erfindung werden diese beim Preßschweißen von Hohlkörpern
auftretenden Schwierigkeiten dadurch in zuverlässiger und allen Anforderungen der
Praxis entsprechender Weise vermieden, daß die zu verschweißenden Kanten durch an
ihnen entlang geführte Schweißflammen forschreitend auf die erforderliche Temperatur
gebracht und die so örtlich erhitzten Stellen unmittelbar nach Erreichung der Schweißtemperatur
in mit dem Erhitzungsvorgang übereinstimmender Weise fortschreitend einem Preßdruck
ausgesetzt werden. -Durch ein solches Verfahren wird die bisher übliche Gesamterhitzung
und Gesamtpressung der zu verbindenden Werkstücke derart in eine Reihe von einzelnen
kontinuierlichen Teilbehandlungen aufgelöst, daß jeweils nur eine Stelle der zu
verschweißenden Kanten auf Temperatur gebracht wird und der Schweißdruck ebenfalls
nur örtlich auf die gerade erhitzte Stelle zur Einwirkung gelangt, wobei dieser
Vorgang sich vom Anfang der Naht bis zu deren Ende fortschreitend abspielt. Auf
diese Weise ist nicht nur eine gegenüber den seitherigen Verfahren geringere Wärmemenge
erforderlich, um die in Frage kommenden Stellen ausreichend zu erhitzen, sondern
es kann auch mit einem erheblich geringeren Druck gearbeitet werden, ohne daß dabei
die Gefahr einer wesentlichen Verformung des Rohrquerschnitts besteht und trotzdem
eine durchaus einwandfreie und vollwertige Verschweißung gewährleistet ist. Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßig eine Vorrichtung benutzt,
die aus der Vereinigung eines Brenners bzw. Brenneraggregats mit einer oder mehreren
Druckrollen besteht, die gemeinsam relativ zum Werkstück bewegbar sind. Der Brenner
bzw. das Brenneraggregat kann dabei gegebenenfalls gegenüber der bzw. den Druckrollen
um ein geringes Maß voreilen, um so den Preßdruck zuverlässig erst nach vollständiger
Erhitzung der zu verschweißenden Kanten auf die erforderliche Temperatur wirksam
werden zu lassen.
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Vorteilhaft werden Mehrflammenbrenner verwendet, deren Düsenreihen
wahlweise oder gleichzeitig sowohl in Richtung der zu erhitzenden Werkstückkanten
als auch quer hierzu angeordnet sein können. Im ersten Fall dienen die in Vorschubrichtung
vorn gelegenen Flammen gleichsam als Vorwärmeflammen, wodurch die Durchführung des
Verfahrens in ununterbrochener Bewegung besonders begünstigt wird. Der Abstand der
quer zu der Schweißfuge verlaufenden Düsen, in der Regel deren zwei, wird zweckmäßig
so gewählt, daß je eine Düse bzw. Düsenreihe auf jede der zu erhitzenden Kanten
gerichtet wird, um diese so möglichst rasch in den zum Verschweißen notwendigen
plastischen Zustand zu bringen und auf diese Weise ebenfalls zu einer Beschleunigung
des Verfahrens beizutragen.
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Sofern es sich bei den zu verschweißenden Hohlkörpern um solche von
geeigneter Formgebung handelt, insbesondere also um geradlinig oder kreisbogenförmig
verlaufende, kann in den Hohlquerschnitt ein diesen im wesentlichen ausfüllender
herausnehmbarer Kern eingesetzt werden. Auf diese Weise wird ein zu kräftiges Stauchen
der Kanten vermieden und die Stauchverformung auf das zulässige Maß begrenzt. Im
Bereich der zu erhitzenden Hohlkörperkanten wird der Kern zweckmäßig mit einer Ausnehrfung
o. dgl. versehen, um eine nachteilige Beeinflussung durch die Flammen zu verhindern.
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Falls im Hinblick auf die Wandstärke oder den Werkstoff ein Verziehen
der Ränder zu befürchten ist, können die Werkstückkanten durch einen Keil im vorgeschriebenen
Abstand voneinander gehalten werden. Dieser Keil wird dabei zweckmäßig mit den übrigen
Teilen der Vorrichtung gekuppelt, so daß er zugleich mit dem Brenner bzw. Brenneraggregat
sowie den Druckrollen vorwärts bewegt wird, und zwar diesen gegenüber in entsprechender,
vorteilhaft regelbarer Entfernung voreilend.
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Die Zeichnung veranschaulicht das Verfahren gemäß der Erfindung in
beispielsweiser Ausführungsform an einer Vorrichtung zum Verschweißen eines aus
zwei Halbschalen bestehenden Rohrbogens, und zwar zeigt Abb. i die beiden Halbschalen
des Rohrbogens vor ihrer Vereinigung im Schaubild, Abb. 2 einen Schnitt durch den
Rohrbogen mit der Schweißvorrichtung in Seitenansicht, Abb. 3 eine Draufsicht auf
den Rohrbogen und die Vorrichtung und .
Abb. 1 einen Schnitt durch
einen Rohrbogen mit eingelegtem Kern.
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Der zu fertigende Rohrbogen besteht aus den beiden Halbschalen i und
2, die passend aufeinandergesetzt werden. Die Lage der zwei an der Innen- und Außenseite
verlaufenden, durch Preßschweißung miteinander zu verbindenden Fugen 3 und 4 ist
aus Abb. i deutlich erkennbar.
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Zum Verschweißen der beiden Halbschalen i und 2 werden die zwei Mehrflammenbrenner
5 und 6 angesetzt, deren jeder zwei übereinanderliegende Reihen von je zwei Düsen
aufweist. Die zwei oberen Schweißflammen 7 sind auf den unmittelbar oberhalb der
Fugen 3 und 4 befindlichen Kantenbereich 9 gerichtet, während die beiden unteren
Schweißflammen 8 zur Erhitzung des unmittelbar unterhalb der Fugen gelegenen Kantenbereichs
io dienen. Beide Brenner sind, in der Darstellung im einzelnen nicht näher gekennzeichnet,
gemeinsam um einen im Mittelpunkt des Rohrbogens gelegenen Drehzapfen i i schwenkbar.
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Oberhalb und unterhalb der beiden Halbschalen i und 2 ist je eine
Druckrolle 12 bzw. 13 angebracht, die auf den Halbschalen laufen und ebenfalls gemeinsam
und zusammen mit den Brennern 5 und 6 um den Drehzapfen i i schwenkbar sind. Die
Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Brenner 5 und 6 bei der Vorwärtsbewegung
in lZichtung des Pfeiles den Druckrollen 12 und 13 gegenüber etwas voreilen, wie
dies aus Abb. 3 ersichtlich ist.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird die gesamte Vorrichtung, d. h.
also sowohl die Brenner als auch die Druckrollen, gemeinsam und zwangsläufig in
fortschreitender Bewegung an dem Werkstück entlang geführt, wobei die Flammen 7
und 8 die Kanten 9 und io in dem erforderlichen Maß erhitzen und alsdann die Naht
durch die unmittelbar darauffolgenden Druckrollen 12 und 13 verschweißt wird. Falls
notwendig, können dabei die Halbschalenränder vor den Brennern noch durch je einen
ebenfalls mitlaufenden, vorteilhaft verstellbaren Keil in einem geringen Abstand
voneinander gehalten werden.
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Um eine Verformung des Werkstückes infolge etwa zu kräftigen Stauchens
zu vermeiden, kann gemäß Abb. 4 in den Rohrbogen 1, 2 ein Kern 14 eingelegt werden,
der in Höhe der Fugen 3 bzw. 4 Aussparungen 15 aufweist, wodurch einer Erhitzung
des Kernes in dessen der Flammenwirkung besonders ausgesetztem Bereich vorgebeugt
wird.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten
Weise verwirklichen und ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So können selbstverständlich neben Rohrbögen auch gerade Rohre und Hohlkörper sonstiger
Art, jeweils beliebigen Querschnitts, in der angegebenen Weise durch autogene Preßschweißung
hergestellt werden. Ebenso läßt sich das Verfahren auch auf die Verbindung von Werkstückteilen
durch überlappte Nähte anwenden, in welchem Fall die Druckrollen sinngemäß unmittelbar
auf der erhitzten Fläche laufen und so die beiden übereinanderliegenden Nahtkanten
verschweißen. Auch die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist hinsichtlich ihrer Ausgestaltung und Anordnung durchaus beliebig und richtet
sich jeweils ausschließlich nach den Erfordernissen des Einzelfalles, ist also in
der Regel in erster Linie abhängig von Gestalt und Querschnittsform der zu verbindenden
Werkstückteile. Wesentlich ist dabei allein, daß die zu verbindenden Kanten fortschreitend
örtlich erhitzt und unmittelbar nach der Erhitzung in gleicher Weise fortschreitend
durch einen Preßvorgang miteinander verschweißt werden..