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Vorrichtung zum Schweißen unter elektroinduktivem Erhitzen Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen metallischer Werkstücke,
die geschweißt werden sollen.
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Es sind an sich Vorrichtungen bekannt, die dem elektroinduktiven Erhitzen
der zu verschweißenden Nahtstellen dienen, und zwar sind solche Vorrichtungen sowohl
mit Spulen ausgerüstet worden, die das gesamte Werkstück umfassen, als auch mit
Heizleiterschleiften, die sich über der Werkstückoberfläche schließen. Vorrichtungen
der erstgenannten Art können beispielsweise zum Nahtschweißen von Rohren benutzt
werden, während Heizleiterschleifeii zweckmäßig dort verwendet werden, wo ebene
Körper aneinanderzuschweißen sind. Die von solchen Vorrichtungen erzeugten Induktionsströme
fließen senkrecht zu der zu erzeugenden Schweißnaht und diese wird im wesentlichen
dadurch erhitzt, daß die Ströme einen verhältnismäßig hohen Lrbergangs«Zderstandfinden.
Da die Schweißkanten, die noch nicht unter Einwirkung des Induktors stehen, kalt
bleiben, muß die gesamte Schwieißwärme unmittelbar an der eigentlichen Schweißstelle
erzeugt werden. Infolgedessen muß mit verhältnismäßig hoher Heizenergie gearbeitet
werden, was wiederum die Gefahr mit sich bringt, daß sich die zu verschweißenden
Werkstückteile auch an Stellen erwärmen, die von der eigentlichen Schweißstelle
weit entfernt liegen. Es könnte das
Erwärmen an unerwünschten Stellen
der Werkstückteile vermieden werden, indem mit geringerer Heizenergie gearbeitet
wird, dann aber «wäre ein sicheres Verschweißen nicht gewährleistet.
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Die Vorrichtung gemäß ,der Erfindung nutzt zum Schweißen von rohrförmigen
oder ebenen Körpern ebenfalls induktive Ströme aus. Diese werden so erzeugt, daß
sie senkrecht zur Naht fließen und die Nahtstelle durch erhöhten Übergangswiderstand
aufheizen. Die Vorrichtungen können, wie ebenfalls an sich bekannt, mit einer das
Werkstück umfassenden Spule oder das Werkstück überdeckenden Heizleiterschleife
versehen werden. Ein hinreichendes En%-ärmen der Nahtstelle und damit ein sicheres
Verschweißen wird dadurch hervorgerufen, daß der Schweißinduktor mit einer oder
mehreren längs der Nahtkante des Werkstückes verlaufenden Ausbuchtungen versehen
ist. Im Umkehrpunkt der Ausbuchtungen können eine oder mehrere Windungen vorgesehen
werden, die dazu dienen, den Stab aus Schw,ei13zusatzwerkstoff aufzunehmen und zu
erwärmen.
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Unter den Induktoren der gekennzeichneten Art fließen die induzierten
Ströme zunächst im wesentlichen senkrecht zu der zu verschweißenden Naht. Durch
die Ausbuchtungen werden sie aber gezwungen, an den Kanten entlang bis zur eigentlichen
Schweißstelle zu fließen, an der sie den erhöhten Übergangswiderstand vorfinden,
der dann die jeweilige Schweißstelle auf Schweißtemperatur erhitzt. Die infolge
dieser Anordnung an den Kanten entlang fließenden induzierten Ströme erwärmen diese
stark, so daß die Kanten an der eigentlichen Schweißstelle bereits verhältnismäßig
hohe Temperatur aufweisen, wenn die Widerstandserhitzung einsetzt.
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Im kontinuierlichen Vorschub werden die Kanten fortschreitend aufgeheizt,
während sich die Ströme über die sich fortlaufend neu bildende schmelzflüssige Brücke
schließen. Es entsteht auf diese Weise eine fortlaufende Schweißnaht, wenn dafür
gesorgt wird, daß die zu verschweißenden Bänder durch mechanische, an sich bekannte
Mittel zueinander geführt und mechanisch so lange festgehalten werden, bis die Schweißstelle
hinreichend erkaltet ist.
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In den Zeichnungen sind die Ausführungsformen der Vorrichtungen nach
der Erfindung schematisch dargestellt.
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In Abb. i ist das fortschreitende Nahtschweißen eines Rohres gezßigt.
Ein rohrförmig zusammenbogener Körper i soll in Richtung des Pfeiles 2 durch den
spulenförmigen Induktor 3 hindurchbewegt werden, so daß die Naht 4 fortlaufend erhitzt
und verschweißt wird. Unmittelbar beim Einführen des zusammengebogenen Körpers i
in die Spule wird die Naht, wie beim Schweißen von Rohren üblich, durch Rollen oder
ähnliche mechanisch wirkende Teile zusammengedrückt, so daß für die induzierten
Ströme Stromschluß entsteht. Die eigentliche Schweißstelle der Spule 3 befindet
sich bei 5. Die Spule ist mit zwei Ästen 6 versehen, die eine sich längs der zu
verschweißenden Kanten erstreckende Ausbuchtung bilden. Die, Ströme fließen
zunächst unter der Spule 3 senkrecht zu den Schweißkanten und werden durch die Ausbuchtung
6 gezwungen, längs der Kanten bis zur eigentlichen Schweißstelle zu fließen. Die
Kanten werden auf diese Weise vorgewärmt und schließlich werden an der Stelle 5
die vorgewärmten Kanten auf eine so hohe Temperatur gebracht, daß das Verschweißen
eintritt.
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An der Stelle 5 ist eine Schleife vorgesehen, .die dazu dient, einen
Stab aus Schweißzusatzwerkstoff aufzunehmen.
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Die Anordnung bewirkt ein Aufheizen und Schmelzen des Stabes. Es ist
selbstverständlich nicht unbedingtes Erfordernis, eine solche Schleife vorzusehen,
insbesondere dann nicht, wenn ohne Schweißzusatzwerkstoff gearbeitet wird.
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Wenn mit einem Stab aus Zusatzwerkstoff geschweißt wird, kann auch
so vorgegangen werden, daß mit dem Stab bei Beginn des Schweißens der notwendige
Schluß zwischen den beiden zu verschweißenden Kanten hergestellt wird.
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Eine solche Vorrichtung kann auch dazu ausgenutzt . werden, lediglich
Punktschweiß- oder Haftstellen herzustellen. In dem Augenblick, in welchem die Schweißverbindung
an einer Stelle zustande gekommen ist, wird der Induktor sprunghaft der nächsten
Stelle, an der eine Haft- oder Punktschweißung hergestellt werden soll, zugeführt,
worauf sich der Vorgang wiederholt. Voraussetzung ist dabei naturgemäß, daß die
einzelnen Haft- oder Schweißpunkte hinreichend weit voneinander entfernt sind, damit
der induzierte Strom nicht mehr das Bestreben hat, sich über die bereits hergestellte
Schweißstelle zu schließen.
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An Stelle von Spulen, die das Schweißgut umschließen, können auch
Leiterschleifen benutzt werden, die sich über der Oberfläche des Schweißgutes schließen.
Solche Induktoren werden zweckmäßig dort angewendet, wo es sich darum handelt, flächenförmige
Körper, wie beispielsweise Bleche od. dgl., aneinanderzuschweißen, wie dies schematisch
in Abb. 2 dargestellt ist. Die Blechtafeln 7 und 8 sollen an ihren Kanten durch
eine V-förmige Naht 9 zusammengeschweißt werden. Zu diesem Zweck wird eine Leiterschleife
i o vorgesehen, die bei i i an eine Stromquelle angeschlossen ist. Die induzierten
Stromfäden werden in der Nähe der Kanten 'konzentriert durch die Ausbuchtungen 12,
die sich parallel zu den Schweißkanten erstrecken. Es kann zweckmäßig sein, die
Ausbuchtungen 12 so anzuordnen, daß sie in den Raum hineingezogen sind, in dem die
Schweißnaht entstehen soll, so daß die Ströme gezwungen werden, auch in den eigentlichen
Nahtflächen zu fließen.
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Beim 'Einschalten des Induktors fließt zunächst praktisch kein Strom
oder nur ein untergeordneter und schwacher Strom in der Nähe der Kanten. Wenn aber
die Stoßstelle elektrisch überbrückt ist, so fließt ein starker induzierter Strom,
der die Kanten vorwärmt und an der eigentlichen Schweißstelle infolge des dort vorhandenen
Übergangswiderstandes ein Schmelzen hervorruft.
Der Vorgang gestaltet
sich kontinuierlich, wenn sich das Schweißgut gegenüber dem ruhenden Induktor in
Richtung des Pfeiles 13 bewegt und umgekehrt.
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Soll mit Zusatzwerkstoff gearbeitet werden, so kann der Induktor mit
einer spulenförmigen Windung 1:1 versehen werden, die der Aufnahme des Stabes aus
Schweißzusatzwerkstoff dient.
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In Verbindung mit den Vorrichtungen gemäß der Erfindung können ähnliche
an sich bekannte mechanische Hilfsmittel für das fortschreitende und punktförmige
S,chweißeli benutzt werden, wie sie entwickelt worden sind, um zu verschweißende
Teile des Schweißgutes aneinanderzupressen oder zueinanderzuführen. Die an sich
bekannten Mittel dieser Art sind in den Zeichnungen der Vereinfachung halber fortgelassen.
Die mechanischen Teile müssen lediglich so angeordnet werden, daß sie in sich oder
mit dem Werkstück keinen geschlossenen Stromkreis bilden, damit das Strombild des
induzierten Schweißstromes nicht becinflußt wird. Es empfiehlt sich daher, für die
mechanischen Druck-und Preßgeräte weitestgehend Isolierwerkstoffe zu verwenden oder
aber metallische Geräte in genügendem Abstand vom Schweißinduktor anzuordnen.