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Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Widerstandsschweißen von
Schlitzrohren Die Erfindung bezieht sich auf das bekannte Verfahren zum elektrischen
Widerstandsschweißen, von Schlitzrohren, bei welchem unter der aus .zwei Hälften
mit zwischenliegender Isolierscheibe bestehenden und mit ihrer Drehachse in senkrechter
Ebene zurr Achse des Schlitzrohres angeordneten Elektrodenrollen an der Stromübergangsstelle
zwischen den Rollenhälften an deren jeweiliger Auflagestelle in einem Schritt die
volle Schweißhitze in den sich gegenseitig berührenden Blechrändern. des Rohrschlitzes
erzeugt wird.
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Erfindungsgemäß wird zur Verbesserung dieses bekannten Verfahrens
je nach Rohrdurchmesser und Wandstärke des zu schweißenden Schlitzrohres die Dicke
der Isolierscheibe so verändert, oder es werden zwei Isolierscheiben mit oder ohne
dazwischenliegender Abstandsscheibe so eingestellt, daß die Ebene, in welcher die
oberen Kanten der die Rohroberfläche berührenden Anlageflächen (Kontaktflächen)
- der beiden Elektrodenrollenhälften liegen, im Rohrschlitz durch die Mitte der
Stoßflächen geht, und auf diese Weise der Strom durch die Mitte der Stoßstelle gesteuert
wird.
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Bisher wurden. für die obenerwähnte bekannte Art der elektrischen
Widerstandsschweißung, auf welche sich die Erfindung bezieht; Elektrodenrollen benutzt,
bei denen die positive und die negative Elektrodenrolle gleichen Durchmesser aufweisen..
Die dabei zwischen den beiden gleich großen Elektrodenrollen - nachstehend kurz
El'ektrodenrollenhälften
genannt-, angeordnete Isolsierscheibe
hatte praktisch stets die unveränderliche und bestimmte Dicke von, etwa 3 bis S
mm.
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Mit dieser bekannten Elektrodenrolle ging die elektrische Widerstandsschweißung
so vor sich, daß von den beiden Elektrodenrollenhälften der Schweißstrom über die
sich im Schlitz des Rohres miteinander berührenden St-ißflächen kurzgeschlossen
wurde, auf 'liese Weise also eine Erhitzung der letzteren erfolgte. Alsdann wurden
die Stoßflächen des Rohres. durch Druckrollen verdichtet und so fertiggeschweißt.
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Der Durchfluß des Schweißstromes bzw. der Stromlinienverlauf ergab
sich bisher zwangläufig durch die festgelegte Dicke dar Isolierscheibe, welche den
gegenseitigen Abstand der beiden Elektrodenrollenhälften bestimmte. Da der elektrische
Strom stets den kürzesten Weg sucht, durchfloß er vornehmlich nur die äußere Mantelfläche
des Rohres in der Nähe der zu verschweißenden Blechränder sowie die oberen (äußerer.)
beiden Schweißflächenkanten und brachte diese schnell auf Schweißhitze. Die unteren.
- nach innen, zu liegendem. - Teile der Stoßflächen des Schlitzrohres wurden dagegen
nur in geringem Maße vom elektrischen Strom durchflossen und erhielten keine genügende
Schweißhitze, so daß die unterer. (inneren) Teiledes Bleches in der Nähe des Stoßes
und der Blechränder selbst gar nicht oder nur unvollkommen verschweißt wurden..
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Der Stromlinienverlauf bei dieser bisherigen elektrischen Widerstandsschweißüng
mit den bekannten Elektrodenrollen ist in der Fig. r der Zeichnung durch Pfeile
angedeutet.
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Infolge der geringen und unveränderlichen Dicke der Isolierscheibe
zwischen den beiden Elektrodenrollenhälften durchfloß der Strom hierbei auch nur
einen kurzen Weg, wurde daher unvollkommen ausgenutzt und arbeitete unwirtschaftlich.
Die unteren nach dem Rohrinnern liegenden. Teile der Stoßflächen wurden nur durch
Ableitung der oberen. Schweißhitze nach unten. ungenügend erhitzt und infolgedessen,
wie durch Untersuchung feststellbar, auch nur unvollkommen oder gar nicht geschweißt.
Infolge der stärkeren bzw. schnelleren Erhitzung der oberen. (äußeren.) Stoßflächenteile
entstand durch die Pressung der üblichen, hinter den Elektrodenrollen angeordneten
besonderen Druckrollen eine starke Wulstbildung auf der Schweißnaht, und diese Wulst
mußte dann durch eine zusätzliche Bearbeitung wieder entfernt erden.
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Bei keilförmig zueinander angeordneten Schlitzrohrstoßflächen, die
oben (außen) einen gewissen Abstand haben, hingegen unten (innen) fest gegeneinanderliegen,
vermindert sich eine gleichmäßige Erhitzung der Stoßflächen und ihrer Kanten noch
mehr.
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Man hat auch versucht, den vorerläuterten Übelständen dadurch zu begegnen,,
daß man die Stromstärke erhöhte. Eine zu hohe Stromstärke erreicht eine etwas tiefer
dringende, aber doch keine bis zur Rohrinnenwandung, also bis zur unteren Kante
der Stoßfläche genügend wirksame Schweißhitze. Anderseüs tritt aber bei der erhöhten
Stromstärke und dementsprechend stärkeren Erhitzung der oberen, (äußeren) Teile
der Stoßflächen, also nahe der .Stoßstelle, in der Außenfläche des Rohrmantels eine
starke Anreicherung von Kohle in der Umgebung der Schweißnaht ein, und durch die
starke Kol-.iet@anreicherung in der Rohroberfläche wurde die Schweißnaht dann hart
und spröde. Es ist bekansit. daß Rohre mit harter und spröder Naht keiner normalen
Weiterbearbeitung - wie Ziehen, Profilieren, Biegen - unterzogen werden können.
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Die geschilderten bisherigen. Übelstände, wie unvollkommene Erhitzung
der Stoßkanten, ungenügende Verschweißung der ganzen Stoßflächen der Rohrwandung,
zu starker Stromverbrauch und harte sowie spröde Schweißnaht, treten besonders nachteilig
in, Erscheinung, wenn, es sich um die elektrische Widerstandsschweißung von dickwandigeren-Schlitzrohren
handelt. Denn bei diesen ist die Gefahr einer unvollkommenen. und weniger haltbaren
Schweißung der unteren Teile der Stoßflächen viel größer als bei dünnwandigen Rohren.
Nachdem man in, letzter Zeit die elektrische, T'Viderstandsschweißung auch auf dickwandigere
Gas-und Wasserleitungsrohre ausgedehnt hat, ist auch die untere gute Verschweißung
bzw. Erhitzung der Stoßflächen: und Stoßkanten von. Schlitzrohren gemäß dem neuen.
Schweißverfahren von besonderer Bedeutung.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen,
zur Ausübung desselben werden die Nachteile der bekannten elektrischen Widerstaridsschweißung
von Schlitzrohren beseitigt.
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Trotz gewisser Vergleichsmöglichkeit mit anderen, bekannten. Rohrschweißverfahren
werden. unterschiedlich vom Gegenstand der Erfindung beispielsweise bei dem vorbekannten
Rollenschrittschweißverfahren durch verschiedene große Stromstärken und durch mit
verschiedenem Preßdruck arbeitende Elektrodenrollen zahlreich hintereinandergelegte
Vorwärmzonen erzeugt, bis so schrittweise die nötige Schweißhitze erreicht ist.
Bei diesem Verfahren handelt es sich um einer. ganz anderen Stromverlauf sowie um
anders gearbeitete Anforderungen an die Kontaktgebung und an das Zustandekommen.
der Schweißung. Von diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich das erfindungsgemäße
schon gattungsmäßig, weil bei letzterem die volle Schweißhitze in ein und demselben,
Schritt unter der Elektrodenrolle erzeugt wird und hierdurch erhebliche Vorteile
gesichert sind.
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Auch die bekannten Lötverfahren für Metallrohre, in derer, Schlitz
eine Lötpaste eingebracht wird, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen, insbesondere
auch für Stahl- und Eisenrohre bestimmten Schweißverfahren wegen, der ganz anders
gearteten Anforderung fachlich nicht in Vergleich setzen.
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Bei dann ebenfalls bekannten Verfahren zum elektrischen. Schweißen
von Schlitzrohren werden zur Erzielung einer langgestreckten, parallel zur Rohrachse
liegenden Erhitzungszone ein Elektrodenschuh,
oder statt dessen
auch flache Elektroden, scheiben benutzt. Letztere liegen; mit ihrer planen Flachseite
auf eine längere Strecke am zu schweißenden Schlitzrohr an, berühren, dieses also
linear, um so mit entsprechend höherem Strom eine große Rohrschweißgeschwindigkeit
zu erzielen. Dort liegen daher eine andere Aufgabe sowie andere Lösungsmittel zugrunde,
und die Wandstärke des zu schweißenden. Rohres sowie die infolge unrichtiger Stromverteilung
in der Schweißstelle für das Erzeugnis und den Energieaufwand auftretenden Nachteile
sind dabei nicht in Betracht gezogen. Außerdem müssen bei dieser bekannten Ausführungsart
die Außenränder der flachen, Elektrodenrollen möglichst nahe beim Rohrschlitz anliegen.
Die erweichenden. Blechkanten nebst ihrer Nachbarschaft werden leicht durch Druck
spitzwinklig anliegender Kontaktscheiben nach oben herausgedrückt und somit das
Rohr deformiert. Überdies ist man in der freien Wahl der Anlagelinien dieser Flachscheiben
wegen der Gefahr der gegenseitigen Berührung der Flachscheibenrän.der und des dabei
eintretenden. Kurzschlusses stark behindert; die Flachscheiben erzeugen bei ihrer
Drehung auf denn Rohr einen; großen Reibungsverlust, unterliegen einem starken Verschleiß
sowie der Gefahr des Verwerfens, geben dann ungleichmäßigen Kontakt, verursachen
Energieverluste und haben vor allen Dingen. eine ungleichmäßige Schweißnaht zur
Folge. Auch solcherart Nachteile fallen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fort.
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Dia in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
zeigen das in seinem. längs liegenden Schlitz zusammenzuschweißende Rohr - nachstehend
kurz Schlitzrohr genannt - mit oben angeordnetem Schlitz, und die verwendeten Ausdrücke
oben und unten beziehen sich auf-diese zeichnerische Darstellung. Sinngemäß gilt
der Erfindungsgedanke natürlich auch für ein Rohr mit beispielsweise unter oder
seitlich angeordnetem Schlitz.
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Fig. z der Zeichnung zeigt die bekannte, bisher benutzte Elektrodenrollenausführung,
und in den Fig.2 bis 7 sind Ausführungsbeispiele einiger zur Ausübung des Verfahrens
dienender Elektrodenrollenanordnungen dargestellt.
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In Fig. 2 sind die positive und die negative Rollenelektrode a und
a', nachstehend kurz ElektrodenrollenhäIften genannt, an ihren einander zugekehrten.
Flächen mit je einer Isolierscheibe b bzw. b'
ausgerüstet, und zwischen.
den letzteren 'ist eine auswechselbare Abstat,dsscheibe c mit oder ohne Zwischenräume
vorgesehen. Die Dicke der auswechselbaren, Abstandsscheibe c wird entsprechend dem
Durchmesser und der Wandstärke des jeweils zu schweißenden Rohres verändert, oder
man wechselt dabei dickere gegen dünnere Abstandsscheiben aus. Die Elektrodenrollenhälften
a und a'
liegen auf diese Weise so weit voneinander, daß ihre die9 Rohroberfläche
berührende stromführende Anlagefläche im oberen Teil, wo der Hauptstromübergang
stattfindet, mit den inneren = in den Figuren also zuunterst liegenden - Kanten
der die beiden Stoßflächen bildenden Blechränder des Schlitzrohres in. nahezu gleicher
Höhe liegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Stromlinienverlauf etwa geradlinig
unterhalb und möglichst durch die Mitte der Stoßflächen vor sich gehen kann.
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Nach der Fig. 3 ist eine dickere Isolierscheibe e seitlich von der
senkrechten, Mittellinie des Rohres d zwischen den Elektrodenrollenhälften f und
g angeordnet, und die eine Rollenhälfte f ist im Durchmesser größer ausgeführt als
die Rollenhälfte g. Bei dieser Ordnung fließt der Schweißstrom in schräger Richtung
quer.durch die beiden Wandungen der zu schweißenden Stoßflächen, wie die Pfeile
andeuten.
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Nach der Fig. q. sind die beiden Elektrodenrollenhälften, wie nach
Fig. 3, mit verschiedener Größe des Durchmessers ausgeführt; die eine Rollenhälfte
hat aber eine dickere Isolierscheibe h und die andere eine dünnere Isolierscheibe
i. Infolge der dickeren Isolierscheibe h auf der größeren Elektrodenrollen, hälfte
f liegt die stromführende Fläche dieser Rollenhälften unterhalb der Unterkante der
Rohrwandung auf, während die andere Elektro.denrollenhälfte g mit dem kleineren
Durchmesser und der dünneren Isolierscheibe i, mit ihrem stromführenden Teil den
Querschnitt der Wandstärke nahe der Stoßstelle umfaßt bzw. damit abschließt. Diese
Elektrodenrollenausführung ergibt einen schrägen Stromlinienverlauf durch die Stoßflächen,
der durch Pfeile angedeutet ist.
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Eine oder beide Isolierscheiben h und i können am Außenrand, seitlich
nach innen, mit einem Ansatz ausgerüstet sein, der eine sich etwa bei der Pressung
durch die Druckrollen noch bildende kleine Wulst beseitigt.
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Die Elektrodenrollenhülften nach Fig. q. sind mittels teleskopartiger,
ineinanderfassenderAchsen k und Z gelagert und können je nach Rohrdurchmesser und
Wandstärke des zu schweißenden Rohres eingestellt werden.
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Fig. 5 zeigt, wie die Fig. 2, die Elektrodenrollenhälften d und d
mit Isolierscheiben, b und b', aber ohne zwischengelagerte Abstandsscheibe
c, wobei der Strom, je nach, Abstand und Stellung der Elektrodenrollenhälften, schräg
oder senkrecht durch die zu verschweißenden Stoßflächen verläuft. Auch hier können
eine oder beide Isolierscheiben am Außenrand einen. Ansatz haben, zwecks Vermeidung
etwaiger Wulstbildung der Schweißnaht.
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Die Fig. 6 zeigt zwei schräg gelagerte, mit Isolierscheiben
b und b' versehene Eleklrod:enrollenhälften a und d. Der dabei erzielte
schräge Stromlinienverlauf ist durch Pfeile gekennzeichnet. Beide Isolierscheiben
b und b' können am Außenrand Ansätze haben, um eine etwa mögliche
Wulstb.ildung der Naht zu verhindern. Es kann jedoch auch eine Elektrodenrollenhälfüe
schräg und die andere gerade oder winklig zum Rohr liegen.
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Xach der Fig. 7 sind zwei unter einem rechten Winkel zueinander gelagerte
Elektrodenrollenhälften m und n angewandt, die mit Isolierscheiben o und
p versehen sind. Der Strom verläuft,
wie die Pfeile zeigen, bei
dieser Rollenanordnung ebenfalls schräg und quer durch die Wandungen der zu schweißenden.
Stoßflächen.
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Es sind auch noch andere ElektradenrollenausfÜhrungen möglich. Wesentlich
ist jedoch für die Erfindung, die Elektroden so anzuordnen, daß der elektrische
Strom nicht nur die oberen. (äußeren) Kanten und Teile der zu verschweißenden Stoßflächen
durchfließt, sondern gezwungen wird, auch durch die unteren (inneren.) Teile der
Rohrwandung und hauptsächlich durch die Mitte der Stoßflächen hindurchzufließen.
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Durch das erfindungsgemäße `Schweißverfahren wird eine Stromersparnis
von, etwa 300/a erreicht. Die Stromflächen werden. gut erhitzt und durchgeschweißt.
Die Schweißnaht bleibt weich und. bearbeitungsfähig, so daß die mit dem neuen Verfahren
geschweißten Rohre jeder Nacharbeit unterworfen werden können. Durch diese Vorteile
wird eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit der elektrischen Widerstandsschweißung
erreicht.