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Vorrichtung zum induktiven Stumpfschweißen von Quernähten an Rohren,
Behältern, Stangen und Werkstücken ähnlich langgestreckter Form Beim Schweißen von
Quernähten, wie dies beim Zusammenschweißen von Rohren notwendig wird, oder bei
der Herstellung von Behältern, deren zylindrischer Teil mit kugeligen Enden versehen
werden muß, wird im allgemeinen das Abbrennstumpfschweißverfahren benutzt, bei welchem
die miteinander zu verschweißenden Werkstücke koaxial eingespannt und unter Hindurchleitung
eines direkten Stromes die Schweißstelle erhitzt und mit hohem Druck aufeinandergepreßt
wird. Ein großer Teil des Werkstoffes an der Schweißstelle brennt ab und verspritzt,
ehe die feste Verbindung zustande kommt. Da die Drücke besonders bei legierten Stählen
sehr hoch sind und außerdem die Einspannvorrichtungengleichzeitigdiesenmechanischen
Drücken standhalten und den elektrischen Strom für das Schweißen zuführen müssen,
ergeben sich außerordentliche bauliche Schwierigkeiten. Die Führungen der beweglichen
Teile und sonstige empfindliche Teile sind ständig der zerstörenden Wirkung durch
die Schweißspritzer ausgesetzt, vor denen sie geschützt werden müssen.
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Es ist auch bekannt, das Schweißen von Rohren elektroinduktiv durchzuführen,
wobei einmal nicht rotierende Rohre mit Hilfe eines die ganze Schweißnaht
umfassenden
Induktors stumpf zusammengeschweißt werden, während in der anderen bekannten Vorrichtung
die Schweißung - längs der durch die Rohre gebildeten Quernaht fortlaufend - durch
radialen Druck auf die überlappten Rohrenden erfolgt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, das Schweißen elektroinduktiv so
durchzuführen, daß das Aufheizen der Nahtstelle unter Umlauf des Werkstückes mit
Induktoren in Form von Heizleiterschleifen erfolgt, die das Werkstück nur teilweise
umfassen. Infolge der Eigenart des induktiven Erhitzens und der gleichmäßigen und
praktisch oxydationsfreien Erwärmung kann das Schweißen praktisch ohne Axialdruck
erfolgen, und sofern überhaupt ein Axialdruck erforderlich ist, kann dieser denkbar
gering sein. Es genügt, wenn die beim Erwärmen auf Schweißhitze auftretende Dehnung
als Druckkomponente ausgenutzt wird, wobei diese Druckwirkung noch verstärkt werden
kann durch zusätzliche Induktoren, die durch regelbare Temperaturerhöhungen in der
Nähe der Schweißnaht einen regelbaren Druckanstieg in Achsrichtung hervorrufen.
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Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung, in der das ältere,
nicht vorbekannte Verfahren ausgeübt werden kann und bei welcher alle diejenigen
Nachteile vermieden sind, die den Schweißmaschinen anhaften, die dem Abbrennstumpfschweißen
dienen. Auch die Nachteile sollen vermieden werden, die verhältnismäßig verwickelte
Einrichtungen mit sich bringen, die unter Anwendung von Walzen das Zusammenfügen
der induktiv erhitzten Nahtstellen besorgen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die dem induktiven Stumpfschweißen
von Quernähten an Rohren, Behältern, Stangen und Werkstücken ähnlich langgestreckter
Form unter Anwendung von Heizleiterschleifen dient, die das Werkstück teilweise
umfassen und in welchen diese Werkstücke in Richtung der Naht umlaufen, ist gekennzeichnet
durch zwei zu synchronem Umlauf angetriebene Spannfutter für die zu verschweißenden
Werkstücke. Da in den Spannfuttern die Werkstücke lediglich gehalten zu werden brauchen
und axiale Druckkräfte in nur geringem Umfang aufgenommen werden müssen, eignet
sich jedes einfache Spannfutter von der Art, wie es in Drehbänken verwendet wird.
Zur Beschleunigung des Ein- und Ausspannens können auch selbsttätig wirkende Spannfutter
benutzt werden, bei denen die einzelnen Spannbacken pneumatisch geöffnet und gespannt
werden.
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Die Spannfutter können in Achsrichtung unbeweglich sein, und sofern
größere Drücke während des Schweißens befürchtet werden müssen, können sie untereinander
durch Längsholme abgestützt sein. Im allgemeinen sind aber die Axialdrücke beim
induktiven Schweißen derart gering, daß einfache Befestigung auf dem Maschinengestellt
ausreicht. Bei großen Werkstücken kann es von Vorteil sein, die Spannfutter gegeneinander
zu bewegen. Die Bewegung kann hierbei entweder dadurch herbeigeführt werden, daß
in den Längsholmen Druckzylinder eingebaut werden oder aber ein koaxial zum Werkstück
angeordneter hohler Zylinder vorgesehen wird. Da auch für diese Bewegung keine großen
Drücke erforderlich sind, können die Druckzylinder klein und die Führungen schwach
sein.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Vorrichtungen gemäß
der Erfindung dargestellt. Auf dem Maschinengestell i (Abb. i) sind zwei mit Kugellagern
ausgerüstete Stützen 2 starr befestigt. In diese Stützen 2 sind die Spannfutter
3 drehbar gelagert. Die Spannfutter können beliebige Form aufweisen, insonderheit
haben sich solche Spannfutter bewährt, wie sie für Drehbänke bekannt sind, bei denen
jedoch das Verstellen der Spannfutterbacken pneumatisch geschieht.
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Die Spannfutter werden synchron angetrieben, um zu vermeiden, daß
im Bereich der sich bildenden Schweißnähte Torsionen auftreten, die hervorgerufen
werden könnten, wenn nur ein Spannfutter angetrieben und das andere lose mitlaufen
würde. Der Antrieb ist aus der Aufsicht (Abb. 2) ersichtlich. Er besteht aus einer
Welle 4, die, mit Ritzeln 5 versehen, auf die mit den Spannfuttern verbundenen Zahnräder
6 einwirkt. In der Mitte zwischen den beiden Spannfuttern 3 befindet sich dort,
wo die Schweißnaht hergestellt werden soll, der Induktor 7 in Form einer Heizleiterschleife,
die die zu verschweißenden Werkstücke 8 a und 8 b nur teilweise umfaßt. Der zu dem
Induktor 7 gehörige Transformator g ist unmittelbar unter der Schweißstelle im Maschinengestell
i gelagert, um auf diese Weise lange Leitwege bis zum Induktor und damit Streuverluste
zu vermeiden. Neben dem Schweißinduktor 7 befinden sich zwei Induktoren io, die
eine zusätzliche Erwärmung des Schweißgutes herbeiführen. Diese Erwärmung führt
zu einer Wärmedehnung auf der freien Einspannlänge und erzeugt auf diese Weise selbsttätig
einen den Schweißvorgang unterstützenden Axialdruck. Die Anordnung zusätzlich unterstützenden
Axialdruck. Die Anordnung zusätzlicher Induktoren io, deren Transformatoren ii ebenfalls
im Maschinengestell i gelagert sind, erübrigt sich dann, wenn bereits der durch
den Schweißvorgang an sich hervorgerufene Wärmedehnungsdruck ausreicht, um die Schweißverbindung
zu erzeugen.
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In den meisten Fällen sind die Drücke, die von den Stützen 2 aufgenommen
werden müssen, gering. Sofern diese bei größeren Werkstücken größer werden und die
Gefahr besteht, daß die Hebelkräfte zu groß werden, was neben einer Gefährdung der
Maschine an sich auch unvorteilhaft sein könnte, weil die Güte der Schweißnaht gefährdet
würde, so können die beiden Stützen 2 untereinander durch Längsholme 12 und 13 abgestützt
werden, wie in Abb. 3 an einem Querschnitt durch die Maschine angedeutet.
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Um das Schweißgut leicht in die Maschine einbringen und leicht wieder
herausnehmen zu können, sind heb- und senkbare Rollenführungen 14 und 15 vorgesehen.
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Beim Schweißen wird so vorgegangen, daß die Rohrenden oder Stangenenden
in die Futter 3 eingeschoben und diese festgeklemmt werden, nachdem sich die Enden
berühren. Sodann werden die Futter 3 in Umlauf versetzt und der Induktor eingeschaltet.
Der Schweißvorgang ist in wenigen Sekunden beendet, worauf der geschweißte Rohrstrang
in Achsrichtung
herausgeschoben werden kann, bis die nächste Schweißstelle
unter Nachschieben des nächsten Abschnittes in die Schweißstellung gelangt ist,
worauf sich der Vorgang wiederholt.
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Die Spannfutter haben im allgemeinen eine große Spannweite. Es ist
aber ohne weiteres möglich, die Stützen 2 so auszubilden, daß sie Spannfutter unterschiedlichen
Spannbereichs aufnehmen können. Für unterschiedliche Werkstückabmessungen werden
im allgemeinen auch unterschiedlich große Schweißinduktoren benötigt werden. Auch
der Schweißinduktor ist leicht auszuwechseln, da er so angeordnet werden kann, daß
er mit wenigen Schrauben mit den Transformatorableitungen mechanisch und elektrisch
zu verbinden ist.
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Besondere Schwierigkeiten hat stets das Schweißen dünnwandiger Werkstücke,
wie beispielsweise Flaschen u. dgl., bereitet, weil die Schweißnähte infolge Wegfiießens
der Schweißschmelze leicht undicht wurden. Es mußte infolgedessen vielfach mit Unterlegringen
gearbeitet werden, die unter Umständen durch spanabhebendes Bearbeiten wieder zu
entfernen waren. Diese Schwierigkeiten werden beim induktiven Schweißen vermieden,
und auch solche Behälter können in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung geschweißt
werden. Eine solche Vorrichtung ist in Abb. 4 in Ansicht und in Abb. 5 in Aufsicht
dargestellt. Sie unterscheidet sich nicht wesentlich von der Vorrichtung, die in
Abb. i und 2 dargestellt ist. Im Maschinengestell i sind zwei Stützen 2 für die
Spannfutter 3 axial beweglich angeordnet. Die sie verbindenden Längsholme 12 und
13 sind mit Druckkolben 16 und 17 ausgerüstet, um die axiale Bewegung hervorzurufen.
Die Spannfutter 3 werden, wie in Verbindung mit Abb. i und 2 beschrieben, zu synchronem
Umlauf angetrieben. Da die axiale Bewegung gering ist, genügt die Breite der Zahnräder,
um der axialen Bewegung Rechnung zu tragen, ohne daß besondere Vorkehrungen an dem
Trieb erforderlich wären. Zwischen den Spannfuttern 3 ist der Schweißinduktor 7
angeordnet, der unmittelbar auf dem im Maschinengestellt i gelagerten Transformator
9 befestigt ist.
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Der Schweißvorgang, beispielsweise bei zwei Flaschenhälften 18
a und 18 b, die in den Abb. 4 und 5 angedeutet sind, geht so vor sich,
daß die beiden Hälften i8a und 18b jeweils von außen her in die Spannbackenfutter
3 eingeführt werden, bis sie einander berühren. Hierzu kann man sich magnetischer
Haltefutter bedienen, wie sie bei i9 a und i9 b angedeutet sind. Während des Schweißvorganges
werden die beiden Stützen 2 mittels der an den Holmen i2 und 13 angeordneten Zylindern
17 gegeneinandergeführt, so daß das Verschweißen unter axialem Druck stattfindet.
Ist der Schweißvorgang beendet, so werden die Spannfutter gelöst und die geschweißte
Flasche mit Hilfe des einen Spannfutters i9 b aus der Vorrichtung herausgezogen.
Das Ein- und Ausführen der Flaschenhälften bzw. der geschweißten Flasche wird durch
die Rollgänge 14 und 15 unterstützt.
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In Abb. 6 ist die Ausbildung eines hohlen Druckzylinders 2o veranschaulicht,
der koaxial um das eingespannte Werkstück 8 b angeordnet ist. Das Werkstück ist
in dem Spannfutter 3 eingespannt, dessen äußerer Gehäuseteil 21 als Kolben in dem
Zylinder 2o in Achsrichtung beweglich geführt wird. Durch diese Anordnung wird eine
genaue axiale Stauchung ausgeübt, was bei dünnwandigen Hohlkörpern von besonderer
Wichtigkeit ist. Da bei der induktiven Schweißung nur sehr kleine Stauchwege (geringer
Stauchlängenverlust) von dem Kolben zurückzulegen sind, wird der Kolbenhub sehr
klein, sodaß die Baulänge des Zylinders im wesentlichen nur von der Kolbenführung
bestimmt wird.
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Es ist selbstverständlich, daß die beschriebenen Vorrichtungen nicht
auf das Schweißen von Rohren und Flaschen beschränkt sind; es können vielmehr auch
Stangen oder ähnlich geformte langgestreckte Werkstücke auf diese Weise durch Quernähte
miteinander verbunden werden.