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Vorrichtung zum Herstellen von Schweißnähten Es sind Vorrichtungen
und Verfahren zur HerstellungvonSchweißnähtenanRohrenodersonstigen Hohlkörpern bekannt,
bei denen entweder nur mit außerhalb des Hohlkörpers befindlichen oder unter gleichzeitiger
Anwendung außerhalb und innerhalb des Hohlkörpers befindlichen Werkzeugen gearbeitet
wird. Allen diesen Verfahren haftet der Nachteil an, daß sie entweder auf ein bestimmtes
Schweißverfahren und eine bestimmte Ausbildung der Naht beschränkt sind oder/und
mit einem großen Werkzeugverschleiß oder/und erheblichen Leerlaufverlusten arbeiten.
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In die Reihe dieser Vorrichtungen und Verfahren (z. B. zur Erzielung
der Verbindung der sich überlappenden Bandränder von Schlitzrohren, zum Anschweißen
von Rippen oder ähnlichen Ansatzkörpern an die Hohlkörperwand) gehören unter anderem
auch jene, die eine überlappte Längsnaht zwischen zwei feststehenden Schweißrollen
oder über einem feststehenden Dorn und mittels einer beweglichen äußeren Schweißrolle
widerstandselektri sch erzielen. Die Vorbereitung der zu verschweißenden Teile muß
hierbei in einem besonderen Arbeitsgang erfolgen. Die erzielbaren Rohrlängen sind
ferner nur kurz. Eine fortlaufende Fertigung ist daher unmöglich. Endlich lassen
sich mit den genannten Verfahren nur Rohre verhältnismäßig großen Durchmessers gewinnen.
Ferner
sind Vorrichtungen zum fortlaufenden widerstandselektrischen Stumpfschweißen von
Rohren bekannt. Diese erlauben zwar eine ununterbrochen fortschreitende Fertigung,
sind aher nicht zur Herstellung dünnwandiger Rohre (mit z.B. o,io mm dicker Wand)
geeignet. Außerdem genügt die so gewonnene Naht vielfach nicht den mechanischen
und korrosionstechnischen Anforderungen.
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Ferner ist eineVorrichtungbekannt,mittelsderen Rohre mit überlappter
Naht über einer feststehenden dornförtnigen Elektrode mittels einer ebenfalls feststehenden
Schweißrolle gewonnen werden. Die Abnutzung der Innenelektrode ist hier-bei eine
überaus große.
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Ferner ist bekannt, eine bewegliche dornförmige Innenelektrode zusammen
mit dem Schlitzrohr, dessen Kanten sich überlappen, unter einer Schweißrolle während
der Schweißung fortzubewegen. Diesem Verfahren haftet der Nachteil an, daß sich
dabei Elektroden und Rohr gleichzeitig bewegen, wodurch Schweißfehler entstehen
können, ohne daß eine ununterbrochene Fertigung erreicht würde; denn nach Herstellung
einer Rohrlänge von der Länge der Innenelektrode muß diese wieder in die Ausgangsstellung
zurückbewegt werden, wobei das Rohr festgehalten unddie Schweißung unterbrochen
wird.
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Ferner ist eine Vorrichtung bekannt, mittels deren die Schweißung
des Schlitzrohres zwischen zwei Rollenelektroden erfolgt,deren eine auf einem inneren
stromführenden Tragarm angeordnet ist. Nach diesem Vorschlag können nur Rohre verhältnismäßig
großen Durchmessers hergestellt werden, da der Tragarm stark genug sein muß, um
den Gegendruck der äußeren Rolle aufnehmen und eine einwandfreie Lagerung der inneren
Rolle übernehmen zu können. Dabei ist zu beachten, daß deren Lager gekühlt und geschmiert
werden muß, was auch bei ausreichender Dimensionierung stets mit Schwierigkeiten
verbunden ist. Aus dem Angeführten erhellt, daß nur bei verhältnismäßig großem Querschnitt
des Tragarms Rohre nach dem in Rede itehenden Vorschlag einwandfrei geschweißt werden
können; deren Durchmesser muß alsoentsprechend groß sein. Das Gesagte gilt auch
für eine Vorrichtung, mittels deren kurze Rohrstücke zwischen zwei an Tragarinen
befestigten Elektrodenrollen verschweißt werden. Für beide Vorschläge gilt ferner,
daß-sie gegen das Prinzip verstoßen, Stromübergänge an gegeneinander beweglichen
Teilen zu vermeiden, da andernfalls Schweißfehler kaum zuverlässig zu vermeiden
sind.
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Ferner ist eine Vorrichtung für autogen zu schweißende Rohre bekannt,
die zur Führung der Schweißkanten ein Innenwerkzeug verwendet. Dieses besteht aus
einemTragarm, auf dem zwei im Winkel zueinander stehende Führungsrollen und zwecks
Entlastung ihrer Zapfen eine sie abstützende Druckrolle angeordnet sind. Die Anwendbarkeit
dieses Vorschlages ist auf bestimmte Schweißverfahren, insbesondere die Autogenschweißung
eingeschränkt, da sich z. B. seine übertragung auf die widerstandselektrische Schweißung
schon durch die Vielzahl der dann in Frage kommenden Stromübergangsstellen verböte.
Außerdem unterliegt es keinem Zweifel, daß das beschriebene Innenwerkzeug sich (obwohl
im Patentanspruch von Rohren kleinen Durchmessers die Rede ist) nicht bei der Fertigung
von Rohren mit einem Durchmesser von z. B. :2o mm und weniger wirtschaftlich anwenden
läßt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet die gekennzeichneten Nachteile
dadurch, daß das als Form-, Stütz-, Schweiß- und Führungswerkzeug dienende Innenwerkzeug
während der Schweißung gegenüberdem Werkstoff unverschiebbar ist, so daß keine gleitende
Reibung zwischen Werkstoff und Innenwerkzeug auftritt.
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Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele unterscheiden sich,durch die
Ausbildung und Wirkungsweise der verwendeten rohrinneren und -äußeren Werkzeuge.
jedoch ist ihnen wiederum die Verwendung eines Innenwerkzeuges gemeinsam, das zugleich
Führungs- und Schweißwerkzeug und so angeordnet ist, daß zwischen ihm und dem Werkstoff
während der Schweißung keine gleitende Reibung auftreten kann.
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i. Gemäß der Erfindung lassen sich widerstandselektrisch stumpfgeschweißte
Rohre mit bedeutend geringeren Wandstärken als bisher gewinnen. Im Gegensatz zu
den bisher bekanntgewordenen widerstandselektrischen Stumpfschweißvorrichtungen,
die nur mit rohräußeren Werkzeugen oder einem feststehendenInnendorn arbeiten, wird
erfindungsgemäß ein beweglicher Innendorn verwendet. Dieser durchwandert zusammen
mit dem über ihm liegenden SchlitzrohrdenBereich der rohräußer-enWerkzeuge. Diese
können in bekannt-er Weise z. B. als Führungs-, Druck- und Schweißrollen ausgebildet
sein. Dabei können beide Pole des Schweißtransformators an rohräußere Werkzeuge
angeschlossen sein, die dann die Form von Schweißrollen haben können. Das Innenwerkzeug
hat bei dieser Anordnung nur die Aufgabe der Führung, Abstützung und Kühlung und
kann z. B. aus verschleiß- und hitzebeständigem Werkstoff bestehen. Wesentlich ist,
daß während der Schweißung keine Verschiebung zwischen dem gebildeten Rohr und dem
Innendorn stattfindet, da dieser infolge der hierbei auftreten-den Reibungsbeanspruchungen
bald unbrauchbar werden würde. Nach Herstellung je einer Rohrlänge vonder
Länge des Innendorns kann dieser in die Ausgangslage zurückbewegt werden. Da sich
hierbei die rohräußeren Werkzeuge in Leerlaufstellung befinden, treten während dieses
Arbeitsganges keine schädlichen Reibungsbeanspruchungen zwischen Rohr- und Innendorn
auf. Die Schweißung kann hierauf von neuem beginnen. Die derart erreichbare Verringerung
der Wandstärken stumpfgeschweißter Rohre entspricht einem Bedürfnis der Technik,
da in vielen Fällen die Querschnittverdoppelung im 1"Tahtgebiet überlapptgeschweißter
Rohre unerwünscht ist oder zusätzliche Maßnahmen erfordert. Der Innendorn kann bei
der beschriebenen Ausführungsform auch als Elektrode ausgebildet sein. Er kann dann
mit
einer senkrecht oder in beliebigem Winkel angeordneten Außenelektrode,
die z. B. die Form einer Schweißrollehabenkann, und weiteren rohräußeren, z. B.
tangential führenden Werkzeugen zusammenwirken. Der Innendorn kann ferner zur Verstärkung
der Kühlwirkung mit Kühlkanälen ausgestattet sein. Der Verlauf der so gewonnenen
Naht kann achsparallel oder schraubenförmig sein. Während bei achsparallelem Nahtverlauf
auch der Innendorn in Richtung der Rohrachse vorbewegt wird, muß er bei schraubenförmigem
Nalitverlauf, wenn erfindungsgemäß Verschiebungen zwischen Rohr und Dorn vermieden
werden -sollen, schraubenförrnig fortbewegt werden. Die Bandkanten können sowohl
bei achsparallel als auch bei schraubenförmig verlaufender Naht auch aufgebördelt
sein und widerstandselektrisch niedergeschweißt werden. Auch wenn der Schluß der
achsparallel oder schraubenförmig verlaufenden, stumpf aneinanderstoßenden oder
aufgebördelten Kanten des Schlitzrohres durch ein anderes Schweißverf ahren, z.
B. Autogen-, Lichtbogen- oder Schutzgasschweißung, erzielt wird, ist die Anordnung
eines führenden und kühlenden beweglichen Innendorns von Vorteil, da er allein die
Stumpfschweißung von Rohren kleinster Wandstärken erlaubt. Seine Anwendung ist daher
nicht auf ein bestimmtes Schweißverfahren eingeschränkt. Der dem zu bildenden Rohr
innenseitig anliegende, z. B. als Elektrode ausgebildete Teil kann auch rohrförmig
über einen feststehenden Tragkörper gleiten.
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2. Die Nachteile der bisher bekanntgewordenen Rohrschweißvorrichtungen,
die sieh eines beweglichen Innendorns bedienen, lassen sich durch die erfindungsgemäße
Xorrichtung vermeiden. Hierbei ist folgendes zu beachten: Anstatt eines beweglichen
Innendorns, der zugleich als Elektrode dient, kann ein feststehender Innendorn verwendet
werden. Gleitende Reibung zwischen Werkstoff und Innendorn kann dabei durch die
Verwendung einer in axialer Richtung verschieblichen Elektrode verhindert werden.
Vor der Schweißung wird eine Schlitzrohrlänge von der Länge des Innenwerkzeuges
mittels der z. B. auf den Wangen einer Ziehbank angeordneten Ziehvorrichtung durch
die Formwerkzeuge hindurchgezogen und auf dem Innen-,#N-erkzeug mittels der rohräußeren
Werkzeuge so festgelegt, daß sich die Bandkanten während der Schweißung nicht verschieben
Können. Die Schweißung erfolgt dann durch axiales Verschieben der auf die Schweißnaht
aufgesetzten Schweißrolle. Nach dem Schweißen einer Rohrlänge wird die Schweißrolle
in die Ausgangsstellung zurückbewegt und gleichzeitig eine weitere Schlitzrohrlänge
über das Innenwerkzeug vorgezogen und auf ihm festgelegt. Hierauf kann die Schweißung
von neuem erfolgen. Das Schweißen über einem feststehenden Innendorn mittels einer
axial verschieblichen Schweißrolle ist zwar bekannt, nicht aber seine Anwendung
auf die fortlaufende Rohrherstellun,g. Auch hier erfolgt die Vorbereitung, Formung
und Fortbewegung des Sch#veißwerkstoffes in einem fortlaufenden Arbeitsgang zusammen
mit der Schweißung. Während sich also auf der bisher bekanntgewordenenDornschlittenvorrichtung
nur verhältnismäßig kurze Rohrlängen nach jeweils in gesondertem Arbeitsgang erfolgender
Vorbereitung des Ausgangswerkstoffes gewinnen lassen, wird mit der Vorrichtung nach
der Erfindung eine fortlaufende Rohrfertigung mit kontinuierlich durchlaufendem
Werkstoff erreicht, Der Fortschritt gegenüber den bekannten mit beweglicher Innenelektrode
arbeitenden Verfahren besteht vor allem darin, daß bei Verwendung eines beweglichen
Innendorns, der gleichzeitig mit dem Schlitzrohr während der Schweißung fortbewegt
wird, sich sehr leicht Verschiebungen der Bandkanten gegeneinander ergeben, weshalb
dieses Verfahren zur Herstellung z. B. von Präzisionsstahlrohren wenig geeignet
ist. Durch die strenge Festlegung der Naht während des Schweißvorganges lassen sich
dagegen mit der Vorrichtung nach der Erfindung Rohre von größter Genauigkeit der
Abmessungen gewinnen. Ferner kann die Verbindung der Innenelektrode mit dem Schweißtransforrnator
an Stelle des bei ihrer beweglichen Anordnung notwendigen Schleifkontaktes mittels
fester Anschlußteile erfolgen, wodurch Ungleichmäßigkeiten in der Stromühertragung
vermieden werden. Außerdem wird die Baulänge der jMaschine verringert, da keine
Vorrichtung zum Zurückziehen der Innenelektrode erforderlich ist; und endlich wird
der Eintritt des bandförmigen Werkstoffes in den Bereich der Form- und Schweißwerkzeuge
nicht, wie es bei den Verfahren mit zurückziehbarer Elektrode der Fall ist, behindert.
Bei schwer schweißbaren oder überhitzungsernpfindlichen Werkstoffen kann sich der
veränderliche Ab-
stand des Kontaktpunktes von der Anschlußstelle der Innenelektrode
ungünstig auswirken. Um in diesen Fällen möglichst gleichförrnige Stromdurchgänge
zu erhalten, kann gegenüber dem rohräußeren Schweißwerkzeug ein z. B. rollenförmiger
Gleitkontakt angeordnet sein, der durch die rohräußeren Form- und Führungseinrichtungen
und das zu bildende Rohr hindurch ein-en zusätzlichen Stromübergang zu dem stromführenden
Innenwerkzeug vermittelt. Dieser Gleitkontakt bewegt sich dabei zusammen mit dem
rohräußeren Schweißwerkzeug und verändert somit seine Lage im Verhältnis zu diesem
nicht. Ferner kann auch der Schweißtransformator selbst, an dem das rohräußere Schweißwerkzeug
und der ihm entsprechende zusätzliche Gleitkontakt angeordnet sind, sich entsprechend
der Pendelbewegung der Außenelektrode hin und her bewegen.
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Die im AusführungSbeiSpiel 2 gekennzeichnete Vorrichtung läßt sich
ähnlich wie die im Ausführungsbeispiel i beschriebene auch auf die Herstellung schraubenförmig
verlaufender sowie von Stumpf- und Bördelnähten ausdehnen, Das zuvor über Abschneiden,
Kühlung und Wellung Gesagte gilt auch hier. Ferner ist die Vorrichtung auch bei
Anwendung einer beliebigen * anderen bekannten Schweißtechnik, z. B. der Lichtbogenschweißung,
brauchbar. Der feststehende Innendorn kann ferner in der Umfangsrichtung drehbar
angeordnet sein,
damit sich die Beanspruchungslängslinien über seine
ganze Oberfläche verteilen können.
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3. Bei Verwendung beweglicher rohrinnerer Werkzeuge kann ferner
die die Schweißzeit unterbrechende Leerlaufzeit ausgeschaltet werden. Bei dem bisher
bekanntgewordenen, mit beweglicher dornförtniger Inneuelektrode arbeitenden Verfahren
muß nämlich nach Schweißung einer Rohrlänge die el Innenelektrode in die Ausgangsstellung
zurückgeholt werden, wodurch sich hohe Verlustzeiten ergeben. Die Leerlaufzeit kann
bei Verwendung beweglicher Innenwerkzeuge dadurch ausgeschaltet werden, daß das
Innenwerkzeug in Richtung der Rohrachse geteilt wird. Während der Rohrschweißung
werden seine beiden Hälften ständig gegenläufig bewegt, wobei durch Drehung in der
Umfangsrichtung der jeweils zurückgeholte Werkzeugteil in Arbeitsstellung gebracht
wird.
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Ferner kann bei Verwendung dornförtnig beweglicher Innenwerkzeuge
ein Leerlauf dadurch verhütet werden, daß mehrere Innenwerkzeuge verwendet werden,
deren vorderstes während der Einführung eines nachfolgenden mit einer Geschwindigkeit,
die größer als der Rohrvorschub ist, aus dem Rohr herausgezogen und mittels einer
Transportvorrichtung in dieEinlaufstellung zurückbewegt wird. Während des Herausziehens
des bis dahin vordersten Innenwerkzeugges wird die entsprechende Rohrlänge mittels
einer mitlaufenden Säge abgeschnitten, worauf sich der Vorgang beliebig oft
wiederholen kann.
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Ferner lassen sich gleichzeitig mitder Formung des bandförnligen Werkstoffes
eine beliebige Anzahl von Innenwerkzeugen einführen. Diese können durch Abstandhalter
z. B. geringeren Querschnitts oder geringeren Trennwiderstandes gegeneinander abgesetzt
sein. Die Abstandhalter werden von einer mitlaufenden Säge zusammen mit dem Rohr
durchschnitten. Das Herausziehen, das im vorausgehenden Ausführungsbeispiel im gleichen
Arbeitsgang mit der Schweißung erfolgen muß und damit einen erhöhten Aufwand an
selbsttätigen Vorrichtungen erfordert, kann hier gegebenenfalls in besonderem Arbeitsgang
erfolgen. Derart kann auch hier mit einer beschränkten Anzahl ständig im Umlauf
be-
findlicher Innenwerkzeuge eine beliebige Nahtlänge erzielt werden.
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Sämtliche genannten Vorrichtungen lassen sich auch beim Herstellen
schraubenförtniger Nähte verwenden. Die Bandkanten können hierbei stumpf aneinanderstoßen,
aufgebördelt sein oder auch gegebenenfalls nach entsprechender Absetzung der nach
außen überlappenden Kante sich übergreifen. Hierdurch können auch bei Verwendung
schmaler Bänder beliebige Rohrdurchmesser erreicht werden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind folgende Einzelheiten von
Bedeutung: Bei schraubenförmig verlaufender Naht kann dem bandförmigen Werkstoff
vor der Schweißung eine Profilierung erteilt werden. Das. profilierte Band kann
an den Kanten stumpf aneinanderstoßen, überlappt oder aufgebördelt und hierauf verschweißt
werden. Dem Innenwerkzeug muß hierbei eine entsprechende Profilforni erteilt werden.
Derart werden in eineni Arbeitsgang, ausgehend vorn Flachband, We#ll- oder Faltenrohre
gewonnen.
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Ferner kann das Innenwerkzeug auf einem stationären Dorn in Richtung
der Rohrachse oder/ undder Umfangsrichtung beweglich angeordnet sein.
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Die Kühlung kann in allen Ausführungsbeispielen durch Anordnung von
Kühlkanälen in den inneren und äußeren Werkzeugen bewirkt werden.
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Ferner kann das Innen-,verkzeug beim Zurückziehen noch durch zusätzliche
Kühlbacken gekÜhlt werden. Kühlbacken können ferner in Nachbarschaft der form- und
schlußgebenden Werkzeuge über dem Rohr angeordnet sein. Außerdem kann in bekannter
Weise unter Wasser geschweißt werden. Die Temperatur der inneren Werkzeuge läßt
sich durch Verwendung von Stoffen mit besonders hoher spezifischer Wärme weiter
vermindern. Ferner können die Innenwerkzeuge mehrschichtig ausgebildet sein, also
z. B. eine äußere Schicht aus Stoffen hoher spezifischer Wärme und eine innere aus
schlecht wärmeleitenden Stoffen erhalten. Ferner können bei derartiger Verbundausführung
sich die einzelnen Schichten hinsichtlich ihrer Festigkeit unterscheiden.
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Bei einer Unterbrechung des Werkstoffvorschubes können durch selbsttätige
Ausschaltung des Schweißvorganges Überhitzungen oder Verbrennungen verhütet wer-den.
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In den Fällen, bei denen ein bewegliches Innenwerkzeug verwendet und
in regelmäßiger Folge wieder in die Ausgangsstellung zurückgeholt wird, kann das
geschweißte Rohr selbsttätig während des Rücklaufs des Innenwerkzeuges festgehälten
werden.
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Die Wellungdes Rohres kann in allen Fällen im unmittelbaren Anschluß
an die Schweißung erfolgen. Hierbei kann eine schraubenförmig verlaufende Wellung
oder eine Mehrzahl ringförmig geschlossener, paralleler Wellen mittels rohräußerer
oder/und rohrinnererWerkzeuge eingebracht werden.
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Die als Hohlkörper ausgebildeten Innenwerkzeuge können die Führung
und den Schutz beliebiger, z. B. strangförmi-ger Einlagen übernehmen, die fortlaufend
während der Bildung des Rohres eingeführt werden. Derart können von diesen Einlagen
unerwünschte, z. B. mechanische, thermische und andere Einflüsse abgehalten werden.
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Die geschilderten Vorrichtungen sind nicht nur zur Herstellung von
Nähten an Schlitzkörpern, sondern auch zur Aufschweißung von Rippen und sonstigen
Anschlußteilen außen oder innen an die Wand von Hohlkörpern, insbesondere Rohren,
geeignet. Die Herstellung der Hohlkörpernaht und die Aufschweißung der Anschlußteile
kann hierbei im gleichen Arbeitsgang oder in verschiedenen Arbeitsgängen erfolgen.
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Der ganze Fertigungsverlauf kann durch Vorrichtungen zum selbsttätigen
Regeln der verschiedenen Fertigungsstufen gesteuert werden.
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Den dargestellten Ausführungsformen ist gemeinsam, daß sie alle Formung,
Führung, Vorschub und Schweißung des Hohlkörpers im gleichen Arbeitsgang ermöglichen,
ohne daß gleitende Reibung
zwischen Werkstoff und Innenwerkzeug,
das zugleich Führungs- und Schweißwerkzeug ist, auftritt.