DE923866C

DE923866C - Arrangement for inductive butt welding of metallic workpieces

Info

Publication number: DE923866C
Application number: DED14642A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr-Ing Seulen; Theodor Dr Wuppermann
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; Theodor Wuppermann GmbH
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; Theodor Wuppermann GmbH
Priority date: 1951-01-12
Filing date: 1951-01-12
Publication date: 1955-02-21

Description

Anordnung zum induktiven Stumpfschweißen von metallischen Werkstücken Nach einem nicht vorbekannten Vorschlag kann beim Stumpfschweißen metallischer Werkstücke die Schweißstelle induktiv vorgewärmt und anschließend das Verschweißen im unmittelbaren Stromdurchgang vorgenommen werden. Die dazu benötigten Einrichtungen arbeiten für das induktive Vorwärmen mit Heizleiterschleifen oder Spulen, die unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Stromquelle höherer Frequenz angeschlossen sind. Das Vorwärmen der Schweißstelle durch induktives Beheizen wird mit einem Strom höherer als normaler Frequenz durchgeführt, und anschließend wird im unmittelbaren Stromdurchgang mit einem Strom niederer Frequenz geschweißt, der den beiden zu verschweißenden Werkstücken zugeleitet wird. Der Induktor, meist eine Heizleiterschleife, und die Klemmen für den unmittelbaren Stromdurchgang können hierbei entweder in vollkommen getrennten Stromkreisen liegen, oder aber der Induktor kann zu den Anschlußklemmen, die den Werkstücken den eigentlichen Schweißstrom zuführen, parallel geschaltet sein. Sobald das induktive Vorwärmen beendet ist, wird der Induktor herausgeklappt, die Werkstückenden werden zusammengeführt, und nunmehr fließt der Strom unmittelbar im Werkstück, so daß an der Übergangsstelle das Verschweißen eintritt.Arrangement for inductive butt welding of metallic workpieces According to a proposal that was not previously known, when butt welding metallic workpieces the welding point is inductively preheated and then the welding is carried out immediately Electricity continuity can be made. The facilities required for this work for inductive preheating with heating conductor loops or coils that are directly or with the interposition of a transformer to the higher frequency power source are connected. The preheating of the welding point by inductive heating is performed with a current higher than normal frequency, and then is welded in the immediate passage of a current with a low frequency, the is fed to the two workpieces to be welded. The inductor, usually one Heating conductor loop, and the terminals for the direct passage of current can in this case either lie in completely separate circuits, or the inductor can go to the terminals that feed the actual welding current to the workpieces, be connected in parallel. Once the inductive preheating is over, the inductor will Folded out, the workpiece ends are brought together, and now the flows Current directly in the workpiece, so that welding occurs at the transition point.

Diese Einrichtungen haben gemeinsam, daß der niederfrequente und derhöherfrequenteStrom durch getrennte Anlagen dem Netz entnommen werden. Da im allgemeinen der Strom mit der niederen Frequenz über den Schweißtransformator dem Werkstück einphasig zugeführt wird, treten in dem Versorgungsnetz, namentlich bei größeren Schweißaggregaten, äußerst ungleichmäßige Belastungen auf. Außerdem ist bekanntlich der Leistungsfaktor solcher Schweißapparate ungünstig, wodurch weitere Schwierigkeiten im Versorgungsnetz eintreten. Es ist zwar bekannt, durch Spezialschaltungen an diesen Schweißtransformatoren eine gleichmäßige Belastung des speisenden Netzes herbeizuführen, jedoch haben bisher diese Kunstschaltungen nicht zum vollen Erfolg geführt.These devices have in common that the low-frequency and the higher-frequency current can be taken from the network by separate systems. Since in general the current with the lower frequency the workpiece via the welding transformer is supplied single-phase, occur in the supply network, especially with larger ones Welding units, extremely uneven loads. It is also known the power factor of such welding machines is unfavorable, creating further difficulties occur in the supply network. It is known by special circuits on these To bring about a uniform load on the supply network, however, so far, these art circuits have not led to complete success.

Bei einer weiteren Einrichtung, die für das Vorwärmen und, für das anschließende Verschweißen Strom gleicher Frequenz verwendet, ergibt sich zwar der Vorteil, daß eine gleichmäßige Belastung des speisenden Niederfrequenznetzes infolge der Zwischenschaltung des Motorgenerators, des Röhren- oder Funkstreckensenders gegeben und nur ein Transformator erforderlich ist. Schweißtechnisch ergeben sich jedoch gewisse Schwierigkeiten, da infolge der magnetischen Blaswirkung die beim Schweißen entstehenden Lichtbögen die Neigung -haben, nur an den Außenkanten der zu verschweißenden Flächen zu brennen. Hierdurch wird das erforderliche Abbrennen der Schlacke und das Herausschleudern dieser Oxydteile nur in unvollkommenem Maße erreicht.In the case of another device that is used for preheating and for the subsequent welding current of the same frequency is used, although the result is Advantage that a uniform load on the feeding low-frequency network as a result the interconnection of the motor generator, the tube or radio link transmitter given and only one transformer is required. From a welding point of view However, certain difficulties, because due to the magnetic blowing action when Welding arcs that tend to occur only on the outer edges of the to burn surfaces to be welded. This will cause the required burn-off the slag and the hurling out of these oxide parts only to an imperfect extent achieved.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, ein Umformeraggregat zu verwenden, das aus zwei von einem Antriebsmotor angetriebenen Erzeugern besteht. Die Schaltung erfolgt derart, daß der den höherfrequenten Strom für das Vorwärmen liefernde Erzeuger beim Schweißen im unmittelbaren Stromdurchgang abgeschaltet ist. Der abgeschaltete Erzeuger gleicht infolge seiner weiter umlaufenden Masse die Lastspitzen des mit niedrigerer Frequenz arbeitenden Erzeugers aus, der den Strom für den eigentlichen Schweißvorgang liefert.According to the invention it is proposed to use a converter unit, which consists of two generators driven by a drive motor. The circuit takes place in such a way that the generator supplying the higher-frequency electricity for preheating is switched off in the immediate current passage during welding. The switched off Due to its rotating mass, the generator balances the load peaks of the generator operating at a lower frequency, which generates the electricity for the actual Welding process supplies.

In Abb. i ist schematisch eine solche Anordnung gezeigt. Auf die Grundplatte i i ist ein Antriebsmotor 12 aufgesetzt, mit welchem ein Stromerzeuger 13 für die Erzeugung des höherfrequenten Vorwärmstromes angetrieben wird. Mechanisch festgekoppelt mit Motor 12 und Stromerzeuger 13 ist ein weiterer Stromerzeuger 14, der den zum Schweißen selbst erforderlichen Einphasenstrom geringerer Frequenz erzeugt. Für das Vorwärmen werden die Ströme von dem höherfrequenten Stromerzeuger 13 geliefert. Hierbei ist der Motor 12 voll belastet, so daß das Aggregat mit gutem Wirkungsgrad und gutem cos 99 arbeitet. Nach beendetem Vorwärmen wird zum Verschweißen der niederfrequente Strom aus dem Stromerzeuger 14 entnommen. Während dieser Zeit ist der höherfrequente Stromerzeuger 13 unbelastet. Infolge der hohen Energiereserve, die in den umlaufenden Massen, namentlich des höherfrequenten Stromerzeugers 13, gespeichert sind, wird der zum Verschweißen erforderliche Stromstoß, der von dem Generator geliefert wird, in seiner Auswirkung auf das den Motor 12 speisende Netz wesentlich gedämpft. Als weiterer Vorteil ergibt es sich, daß die großen zur Verfügung stehenden Schwungmassen eine kleinere Dimensionierung des niederfrequenten Generators und des Antriebsmotors zulassen.Such an arrangement is shown schematically in Fig. I. A drive motor 12 is placed on the base plate ii, with which a power generator 13 is driven to generate the higher-frequency preheating current. Mechanically tightly coupled to the motor 12 and the power generator 13 is a further power generator 14, which generates the single-phase current of lower frequency required for welding itself. The currents are supplied by the higher-frequency power generator 13 for preheating. Here, the motor 12 is fully loaded, so that the unit works with good efficiency and good cos 99 . After the preheating has ended, the low-frequency current is drawn from the power generator 14 for welding. During this time, the higher-frequency power generator 13 is unloaded. As a result of the high energy reserves stored in the rotating masses, namely the higher-frequency power generator 13, the effect of the current surge required for welding, which is supplied by the generator, on the network feeding the motor 12 is substantially attenuated. Another advantage is that the large centrifugal masses available allow the low-frequency generator and the drive motor to be dimensioned smaller.

Endlich ist die Netzbelastung während des gesamten Schweißvorganges in allen drei Phasen praktisch gleich und im wesentlichen frei von aus dem Netz zu deckenden Lastspitzen. Als besonderer Vorteil ist ferner festzustellen, daß der Antriebsmotor 12 nur für die für das Vorwärmen erforderliche Leistung ausgelegt zu werden braucht, weil nämlich der höher frequente Generator während des eigentlichen Schweißens leer mitläuft und mit seinen großen Schwungmassen einen Puffer für den dabei entstehenden Schweißstromstoß darstellt.The network load is at last during the entire welding process practically the same in all three phases and essentially free of from the network peak loads to be covered. Another particular advantage is that the Drive motor 12 designed only for the power required for preheating needs to be, because namely the higher frequency generator during the actual Welding and with its large centrifugal mass a buffer for the represents the resulting welding current surge.

Der Verbraucher, der mit dieser Erzeugeranlage zusammenarbeitet, ist in Abb. 2 schematisch dargestellt. Es sollen die beiden Werkstücke i und 2 an ihren Stirnflächen miteinander verschweißt werden. Es kann sich hierbei um Werkstücke mit beliebigem Querschnitt, also Stangen, Rohre, Schienen od. dgl., handeln. Zum Vorwärmen wird zwischen die beiden zu verschweißenden Flächen der Heizinduktor 3 angeordnet. Dieser kann die Form eines Mäanders, einer Flachspirale oder einer Rundspule aufweisen, die sich in bezug auf die Stirnflächen über der Werkstückoberfläche schließt und mithin eine Leiterschleife darstellt. Er kann mit geeigneten Blechjochen versehen werden, um die beiden aufzuheizenden Stirnflächen während des Vorwärmvorganges gleichmäßig zu beaufschlagen.The consumer who works with this generating facility is shown schematically in Fig. 2. It should be the two workpieces i and 2 on their End faces are welded together. It can be workpieces With any cross-section, i.e. rods, pipes, rails or the like. Act. To the The heating inductor 3 is preheated between the two surfaces to be welded arranged. This can be in the form of a meander, a flat spiral or a round coil have, which closes with respect to the end faces above the workpiece surface and therefore represents a conductor loop. It can be provided with suitable sheet metal yokes in order to ensure that the two end faces to be heated evenly during the preheating process to apply.

Der Induktor ist angeschlossen an die Sekundärwicklung 4 eines Transformators, der mit einem Eisenkern 5 und der Primärwicklung 6 versehen ist und der beispielsweise die Form eines Schweißtransformators aufweist. Die Primärseite dieses Transformators wird an den Klemmen g' und g" mit dem vom Erzeuger 13 gelieferten Strom höherer Frequenz, wie bei 8 angedeutet, gespeist, der dem induktiven Vorwärmen mit dem Induktor dient. Nach Beendigung des Vorwärmvorganges wird über einen nicht dargestellten Schalter der Strom höherer Frequenz abgeschaltet, und es wird der Primärseite des Transformators der vom Erzeuger 14 gelieferte Strom niederer Frequenz, wie bei- g angedeutet, zugeführt.The inductor is connected to the secondary winding 4 of a transformer, which is provided with an iron core 5 and the primary winding 6 and which, for example takes the form of a welding transformer. The primary side of this transformer becomes higher at the terminals g 'and g "with the current supplied by the generator 13 Frequency, as indicated at 8, fed to the inductive preheating with the inductor serves. After completing the preheating process, a not shown Switch off the higher frequency current, and it becomes the primary side of the Transformer, the low-frequency electricity supplied by the generator 14, as in the case of g indicated, supplied.

Dieser Strom niederer Frequenz dient dem Schweißvorgang selbst. über die Kontaktklemmbacken io und io' wird dieser Strom den an ihren Stirnenden hoch erhitzten Werkstücken zugeführt, worauf sich der übliche Schweißvorgang abspielt, nachdem der Induktor 3 aus der Berührungsebene der Werkstücke i und 2 herausgeklappt worden ist. Während dieses Schweißens kann der Induktor 3 abgeschaltet werden, oder es kann dafür Sorge getragen sein, daß der Gesamtwiderstand der Schweißstrecke, verglichen mit dem Gesamtwiderstand des Induktors 3, so klein bemessen ist, daß die durch den Induktor 3 fließenden Ströme beim Schweißvorgang geringstmögliche Werte annehmen.This low-frequency current is used for the welding process itself the contact clamping jaws io and io ', this current is high at their front ends heated workpieces, whereupon the usual welding process takes place, after the inductor 3 has folded out of the contact plane of the workpieces i and 2 has been. During this welding, the inductor 3 can be switched off, or it can be ensured that the total resistance of the welding path, compared to the total resistance of the inductor 3, is dimensioned so small that the currents flowing through the inductor 3 during the welding process are as low as possible Accept values.

Je nach der Form und der Größe des zu verschweißenden Querschnittes sowie nach den verwendeten Frequenzen wird die Sekundärspannung des Transformators für das Vorwärmen und für das Schweißen in verschiedener Höhe benötigt. Um die Höhe dieser Sekundärspannung beeinflussen und gegebenenfalls regeln zu können, kann die Primärseite des Schweißtransformators mit Anzapfungen versehen sein. So kann beispielsweise die für das Vorwärmen im allgemeinen am Induktor erforderliche höhere Sekundärspannung dadurch erzielt werden., daß der höherfrequente Strom 8 den Klemmen g und 7 bzw. g' und 7' zugeführt werden. Bei der elektrischen Auslegung des Schweißtransformators ist darauf zu achten, daß sich ein guter Wirkungsgrad für beide Stromfrequenzen ergibt. Hierzu wird von der an sich bekannten elektrotechnischen Maßnahme für die Auslegung der Primär- und Sekundärwicklungen sowie für die Bemessung des Transformatorkerns Gebrauch gemacht. Außerdem kann das Spannungsverhältnis des rhöherfrequenten und niederfrequenten Primärstromes gegeneinander so bemessen werden, daß sich für beide Stromarten eine optimale Ausnutzung des Transformators ergibt.Depending on the shape and size of the cross-section to be welded as well as according to the frequencies used, the secondary voltage of the transformer for preheating and for requires welding at different heights. In order to influence the level of this secondary voltage and, if necessary, regulate it, the primary side of the welding transformer can be provided with taps. So can for example be the one required for preheating in general on the inductor higher secondary voltage can be achieved in that the higher frequency current 8 the terminals g and 7 or g 'and 7' are supplied. In the electrical design of the welding transformer, care must be taken to ensure that it has a good degree of efficiency results for both current frequencies. For this purpose, the known electrotechnical Measure for the design of the primary and secondary windings as well as for the dimensioning made use of the transformer core. In addition, the tension ratio of the The higher-frequency and lower-frequency primary currents are measured against each other in such a way that that an optimal utilization of the transformer results for both types of current.

An Stelle des in Abb. 2 dargestellten Transformators können auch zwei getrennte Transformatoren vorgesehen werden, wobei der eine dem höherfrequenten, der andere dem niederer frequenten zugeordnet wird.Instead of the transformer shown in Fig. 2, two separate transformers are provided, one of which is the higher-frequency, the other is assigned to the lower frequency.

Beim Betrieb der Anordnung gemäß der Erfindung ergeben sich schon besonders günstige Bedingungen, wenn das Frequenzverhältnis zwischen Vorwärm-und Schweißstrom beispielsweise 2ooo :5o beträgt. Noch günstiger ist es indes, wenn die Frequenz für den Schweißstrom auf geringere Werte gesenkt wird, beispielsweise zwischen 5 und 20 Wechsel je Sekunde. Erfahrungsgemäß wird es hierdurch möglich, auch große Querschnitte einwandfrei zu verschweißen. Das Vorwärmen kann beispielsweise mit Frequenzen von ioobis2ooooHz erfolgen. Es kann jedoch auch in manchen Fällen zweckmäßig sein, das Vorwärmen mit einer Frequenz von iooo Hz und das eigentliche Schweißen mit einer solchen von 3oo Hz durchzuführen.When the arrangement according to the invention is operated, this already results particularly favorable conditions when the frequency ratio between preheating and Welding current is, for example, 2ooo: 5o. However, it is even cheaper if the frequency for the welding current is lowered to lower values, for example between 5 and 20 changes per second. Experience has shown that this makes it possible to weld large cross-sections perfectly. The preheating can for example with frequencies of ioobis2ooooHz. However, it can also in some cases be appropriate, the preheating with a frequency of 100 Hz and the actual Welding to be carried out at a rate of 3oo Hz.

Die Wahl der geeigneten Frequenzen richtet sich dabei nach der Werkstückzusammensetzung der zu schweißenden Werkstücke und nach der Größe und Form der Querschnitte sowie der Art der Werkstücke.The choice of suitable frequencies depends on the composition of the workpiece the workpieces to be welded and the size and shape of the cross-sections as well as the type of work piece.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for inductive butt welding of metallic Workpieces in which the surfaces to be welded by means of an inductor preheated, preferably in parallel with the terminals for which the direct current passage causing the weld lies, marked by two rotating generators driven by a drive motor among such Circuit that the supplying the higher frequency current for the inductive heating Generator switched off electrically in the immediate current passage during welding is and due to its rotating mass the peak loads of the direct current supplying producer.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that that a transformer is switched on between the converter unit and the welding point is, the, with known primary-side taps to influence the Secondary-side voltages of different frequencies equipped for the inductive Preheating with a higher current, for welding in the direct current passage is applied with a current of low frequency.

3. Arrangement according to claim i, characterized in that a transformer is assigned to each of the generators. q ..

Method for operating an arrangement according to Claims 1 to 3, characterized in that that the frequency ratio between preheating and welding current is about 2ooo: 5o.

5. The method for operating an arrangement according to claim i to 3, characterized in that that a current with a frequency of 5 to 20 Hz is used for welding.