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Vorrichtung zum Stumpfschweißen metallischer Werkstücke Das Stumpfschweißen
metallischer Werkstücke wird im allgemeinen im unmittelbaren Stromdurchgang durch
die Schweißstelle im sogenannten Abbrennverfahren durchgeführt. Der Schweißstrom
wird den beiden zu verschweißenden Werkstücken zugeführt, die mit starkemDruck aneinandergepreßt
werden. Die Schweißstelle erhitzt sich hierbei sehr stark, und der auf die Schweißstelle
ausgeübte Druck gewährleistet, daß die Sehweißung zustande kommt, wobei Zunder und
Schlacken gewissermaßen explosionsartig aus der Schweißstelle ausgetrieben werden.
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Das Verfahren hat Nachteile, die einerseits in der starken Verzunderung
gelegen sind und andererseits in dem starken Druck, der ausgeübt werden muß, um
die Schwei.ßung herzustellen. Es entsteht hierdurch eine starkeWulstbi@ldung, diedurch
spanabhebendes Bearbeiten beseitigt werden muß.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Schweißstellen elektroinduktiv
zu erhitzen, und es könnte für das Abbrennschweißen daran gedacht werden, die Schweißflächen
induktiv vorzuwärmen und im unmittelbaren Stromdurchgang mit einer üblichen Abbrennschweißmaschine
fertig zu schweißen. Hierdurch würde erreicht, daß das Aufheizen unter günstigeren
Bedingungen vor sich ginge, was beispielsweise .die Verzunderung anlangt. Es wäre
aber damit der Nachteil verknüpft, daß außer der elektrischen Einrichtung für die
Abhrennschweißmaschine auch noch eine Induktionsheizeinrichtung mit ihrer elektrischen
Anlage vorhanden sein müßte.
Die Erfindung geht von dem Gedanken
aus, das erwärmungs- und schweißtechnisch günstige Vorwärmen anzuwenden, dabei aber
nur eine einzige Stromquelle und damit nur eine elektrische Einrichtung zu benutzen.
Hierzu wird vorgeschlagen, für das Stumpfschweißen einen die Schweißstelle erhitzenden
Induktor zu verwenden. Dieser Induktor liegt in Parallelschaltung zu Anschlußklemmen,
die an die zu verschweißenden Werkstücke gelegt sind. Die beiden parallel geschalteten
Äste sind dabei derart zu legen, daß nachdem Zusammenführen der zu verschweißenden
Werkstücke der überwiegende Anteil des Induktionsstromes unmittelbar über die Schweißstelle
fließt. Das Abgleichen der beiden parallel geschalteten Äste erfolgt derart, daß
der Scheinwiderstand des induktiven Vorwärmegerätes auf den Scheinwiderstand der
Stumpfschweißanordnung eingestellt wird. Die Schweißanordnung für das Stumpfschweißen
setzt sich zusammen aus den zu den Klemmbacken führenden Kabeln, den Klemmbacken
selbst und den Abschnitten der beiden zu verschweißenden Werkstücke, die vom Strom
durchflossen werden, sobald :die Werkstücke in Berührung miteinander gebracht worden
sind.
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Es ist auf diese Weise möglich, mit einer einzigen Stromquelle auszukommen,
wobei es sieh günstig auswirkt, daß der vorzugsweise zu verwendende Mittelfrequenztransformator
Schweißcharakteristik besitzt.
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Der Induktor, der das Vorwärmen :durchführt, wird zweckmäßigerweise
als Heizleiterschleife ausgebildet, die gegebenenfalls mehrwindig sein kann. Sie
wird gegenüber den zu verschweißenden Stirnflächen angeordnet und heizt beide gleichmäßig
auf. Es ist hierbei gleichgültig, ob .die Anordnung so getroffen wird, daß die gesamte
Fläche auf einmal aufgeheizt wird oder aber daß sich der Induktor im Vorschubverfahren
an .den beiden Flächen vorbeibewegt und sie schrittweise auf Vorwärmetemperatur
bringt. Jedenfalls muß aber selbstverständlich der Induktor bei erreichter Vorwärmetemperatur
und im Augenblick des Zusammenführens der beiden zu verschweißenden Stirnflächen
aus deren Bereich herausgeführt werden. Hierzu sind lediglich einfache mechanische
Mittel notwendig, und es entfällt somit für :den Betrieb der Vorrichtung gemäß der
Erfindung jede umständliche und idem Verschleiß unterliegende elektrische Schalteranordnung.
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An Stelle eines Induktors in Form einer Heizleiterschleife kann auch
ein ringförmiger Induktor benutzt werden, .der die beiden Werkstückenden an der
zu verschweißenden Stelle umfaßt. Während die Heizleiterschleife vorzugsweise in
den Fällen zu benutzen sein wird, wo es sich darum handelt, Vollkörper, wie Stangen,
Stäbe, Wellen od.:d@gl., zu verschweißen, wird der ringförmige Induktor anzuwenden
sein, wenn es sich darum handelt, Hohlkörper, insbesondere Rohre, stumpfzuschweißen.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß :der Erfindung :dargestellt. Die beiden stabförinigen Werk-( stücke i und
2 sollen stumpfgeschweißt werden. ' Zwischen den noch nicht in Berührung gebrachten
Stirnflächen der beiden Werkstücke befindet sich der mehrwindig ausgelegte Induktor
3 in Form einer Heizleiterschleife. Der Induktor 3 ist an den Transformator q. angeschlossen,
der von der Stromquelle 5 gespeist wird. Parallel zum Induktorstromkreis liegt ein
Stromkreis, der ebenfalls an i den Transformator 4 angeschlossen ist und über die
Klemmen 6 und 7 zu den beiden Werkstücken i und 2 geführt ist und sich über die
Schweißstelle schließt.
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Nachdem der Induktor entweder im ruhenden Verfahren oder im Vorschubverfahren
die beiden Stirnflächen auf die gewünschte Vorw5,rmetemperatur erhitzt hat, wird
er durch mechanische, nicht näher veranschaulichte Mittel aus der Schweißebene herausgeklappt,
worauf die beiden Werkstücke i und 2 mit ihren Stirnflächen aneinandergedrückt werden.
Der vom Transformator 4. gelieferte Strom fließt nunmehr fast ausschließlich in
den Stromkreis, der sich über die Schweißstelle schließt. Es ist hierzu lediglich
notwendig, daß die Charakteristik des Transformators .4 in seiner Sekundärwicklung
4.' und in seiner Primärwicklung 4" so gewählt ist, daß das Verhältnis zwischen
Schweißstrom und Leerlaufstrom dem Vorwärmegerät entsprechend ist, d. h. der Leerlaufstrom
im Vorwärmegerät muß möglichst gering gehalten werden. Abgesehen von einer geeigneten
Auslegung .des Scheinwiderstandes des Stromkreises, bestehend aus den Kabeln zu
den Klemmen 6 und 7 sowie den Wemkstückabachnitten i und 2, die stromdurchflossen
werden, wird dies unterstützt durch ,die Anordnung von Magnetjochen auf dem Induktor
und durch richtige Wahl der W'indungszahl des Induktors.
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Wie im einzelnen die Widerstände aufeinander abzustimmen sind, wird
beeinflußt durch die Abmessungen der zu verschweißenden Werkstücke sowie der thermischen
und elektrischen Eigenschaften .des zu verschweißenden Werkstoffes. Der für jeden
Anwendungsfall richtige Wert wird unter Berücksichtigung dieser Faktoren leicht
zu ermitteln sein. Um besonderen Verhältnissen Rechnung zu tragen, kann auch so
vorgegangen werden, daß das Vorwärmegerät parallel zur Primärseite des Schweißtransformators
beschaltet wird. Auch bei dieser Schaltung tritt die gewünschte Stromverteilung
ein, wenn die Scheinwiderstände des Transformators einschließlich der Schweißeinrichtung
für den unmittelbaren Stromdurchgang mit den Scheinwiderständen des Vorwärmegerätes
in ein zweckentsprechendes Verhältnis gebracht werden.
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In der Einrichtung nach der Abbildung kann der schleifenförmige Induktor
ersetzt werden durch einen ringförmigen, der das Schweißgut symmetrisch zur Schweißnaht
umfaßt. Diese Anordnung wird vorzugsweise dann zu wählen sein, wenn Rohre oder ähnliche
Hohlkörper stumpfgeschweißt werden sollen.
Beim Betrieb einer Vorrichtung
nach der Erfindung wird zweckmäßig so verfahren, daß mit geringer Leistung induktiv
vorgewärmt wird, während das Stumpfschweißen im unmittelbaren Stromdurchgang mit
erhöhter Leistung durchgeführt wird. Dabei kann gegebenenfalls der Generator kurzfristig
überlastet werden. So ist es beispielsweise möglich, den Generator beim Vorwärmen
eine Leistung abgeben zu lassen, :die 5o1/0 der Nennleistung beträgt. Im Augenblick
der Berührung der beiden zu verschweißenden Werkstücke wird die abgegebene Leistung
auf i5o°/a erhöht. Dies ist ohne weiteres möglich, weil das Schweißen in kürzester
Frist durchgeführt ist und eine solche Überlastung des Stromerzeugers zugelassen
werden kann, da die verhältnismäßig große Schwungmasse eine Reserve für diesen Vorgang
darstellt.