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Elektrisches Induktionsschweißgerät Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur elektrischen Induktionsschweißung von längs einer geraden Naht zu verbindenden
metallischen Werkstücken, insbesondere von Rohren aus rundgebogenem magnetischem
Metallblech.
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Es ist bereits bekannt, die einander gegenüberliegenden Ränder von
durch Biegung einer Metallblechbahn zum Zylinder geformten Rohren mittels Hochfrequenzströmen
dadurch zu verschweißen, daß das Rohr laufend durch eine rohrförmige Induktionsspule
geführt wird. Da hierbei die Gesamtfläche des Rohres auf die für das Schweißen notwendige
Schmelztemperatur gebracht wird, geht ein großer Teil der Wärme unnötig verloren.
Auch müssen die zum Zusammenpressen der Nahtkanten erforderlichen Druckmittel verhältnismäßig
weit von der Heizstelle angeordnet werden, um ein Beschädigen oder Verformen der
weichgewordenen Rohrwand zu vermeiden, was nicht nur eine erhebliche Verlängerung
des ganzen Schweißgerätes bedingt, sondern auch die Güte der Schweißnaht beeinträchtigt,
weil das Aneinanderdrücken der Kanten erst nach Verstreichen der hierfür günstigsten
Temperaturbedingungen erfolgen kann. Ferner muß die rohrförmige Induktionsspule
zum Schutz gegen die vom Werkstück ausgestrahlte Wärme und gegen eine gefährliche
Berührung mit diesem einen bestimmten Abstand vom Rohr erhalten, was die Wirksamkeit
des Schweißgerätes durch hohen elektrischen Verlust erheblich verringert.
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Diese Mängel der kreisrunden, das zu verschweißende Rohr ganz umschließenden
und in diesem sekundäre, spaltdurchquerende Ströme erzeugende Induktoren
werden
auch dadurch nicht vermieden, daß die das Werkstück umfassende Wicklung, wie schon
vorgeschlagen, mit einem in der Richtung und in der Nähe der Schweißnaht liegenden
geraden Leiter und mit zwei gegensinnig das Werkstück umgreifenden, in die Stromzuführungsleitung
übergehenden quergerichteten Leitern ausgebildet ist und durch den einen der beiden
letzteren Leiter der Primärstrom dem längsgerichteten Leiter zu- und durch den anderen
davon abgeführt wird. Da jeder der zwei senkrecht und unsymmetrisch zur Spaltebene
angeordneten Leiter dieses Induktors einen ebenfalls zum Rohrspalt quergerichteten
Sekundärstrom und der zum Spalt parallele Leiter zwei längsgerichtete, sich an die
quergerichteten Sekundärströme anschließende Ströme induziert, wird der Rohrspalt
an den Stellen der Kreuzung mit den zwei quergerichteten Leitern je von der Hälfte
des induzierten Gesamtstromes durchquert werden, der in einer einzigen das Rohr
umschließenden Schleife verläuft.
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Die Heizwirkung dieses rohrförmigen Induktors ist demnach nicht nur
durch die längsgerichteten Sekundärströme, sondern auch durch die sich zwischen
den Rohrrändern an den Stellen der quergerichteten Stromdurchgänge bildenden Lichtbögen
bedingt. Diese von dem Zustand und der Entfernung der Rohrränder abhängigen Lichtbögen
machen den Schweißvorgang unbestimmt, und bei Überschreitung einer kritischen Weite
des Spaltes wird dessen Durchquerung durch die Sekundärströme und damit die Erhitzung
der Rohrränder überhaupt verhindert. Ferner sind die quergerichteten Leiter mindestens
an der Stelle ihrer Verbindung mit dem längsgerichteten Leiter fest mit der Seitenwand
des Rohres gekoppelt, in der sie daher Ströme induzieren, die den einer Druckwirkung
zwecks Aneinanderpressens der Kanten auszusetzenden und daher nicht zu erwärmenden
Teil der Rohrwandung in unnötiger und gefährlicher Weise erhitzen. Auch läßt sich
ein das Rohr umschließender Induktor nicht zur Nachprüfung von diesem abheben, bevor
nicht an ihm das ganze Rohr vorbeigeführt ist.
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Neben den rohrförmigen Induktoren für das Stumpfverschweißen von Metallblechen
sind für den Zusammenschluß von Platten durch Überlappung schon elektrische Induktionsschweißgeräte
bekannt, bei denen ein in zwei U-förmige Hälften unterteilter und im Spalt zwischen
diesen die zu vereinigenden Platten aufnehmender Magnetkern eine mit Wechselstrom
von 50 Perioden gespeiste Erregerspule der für Transformatoren üblichen Ausführung
trägt und mit seinem Kraftfluß zweimal die Platten durchquert sowie vollständig
außerhalb der Schweißstelle bleibt. Die von diesem Induktor erzeugten Sekundärströme
werden sich schrittweise in den unter den Polen liegenden Plattenteilen ausbreiten
und daher nicht nur die in Berührung befindlichen Ränder, sondern unnütz einen wesentlich
größeren Abschnitt der Platten erhitzen.
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Auch ist dieser zweiteilige Magnetkern für die Verschweißung von aus
Blech rundgebogenen, dauernd unter dem Induktor weiterzubewegenden Rohren nicht
verwendbar, da die erforderliche Abstützung seiner einen Hälfte im Rohrinnern praktisch
nicht möglich ist und die auftretenden hohen Temperaturen diesen Kernteil unmagnetisch
machen. Ferner wird dieser Induktor einen beträchtlichen Streufluß aufweisen, der
seine Reaktanz vergrößert und seine Nutzleistung und damit die Heizwirkung vermindert.
Auch kann seine Erregerspule, die nur zur Erzeugung des Magnetflusses im Kern und
nicht auch zur unmittelbaren Induktion von Sekundärströmen in den Werkstückrändern
dient, nicht mit den für die Induktionsschweißung vorteilhaften Hochfrequenzströmen
von iooo Hz und mehr wegen des Auftretens des sogenannten Hauteffektes gespeist
werden, der in den zu verschweißenden Metallteilen induzierte Ströme zur Folge hat,
die sich dem Durchgang des Erregerflusses widersetzen und diesen nach außen zu drücken
suchen.
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Für die Nahtverschweißung von aus Metallblech rundgebogenen Rohren
sind auch bereits elektrische Induktionsschweißgeräte bekannt, bei denen der Induktionsleiter
parallel zu den Rohrkanten über diesen verläuft, so daß der ihn durchfließende Wechselstrom
ein die Nahtkanten durchquerendes und überbrückendes magnetisches Wechselfeld erzeugt
und in beiden Kanten unabhängige, zur Naht parallele und diese nicht durchsetzende
elektrische Ströme induziert werden. Auch damit ist aber, wie die Praxis gezeigt
hat, noch nicht das Problem einer einwandfreien, allen Anforderungen hinsichtlich
bester Heizwirkung und günstigster elektrischer und magnetischer sowie mechanischer
Arbeitsbedingungen genügenden Induktionsschweißung von rundgebogenen Blechrohren
und ähnlichen Werkstücken gelöst.
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Eingehende Versuche haben ergeben, daß für den Verlauf und den Wirkungsgrad
der induktiven Erhitzung der zu verschweißenden Rohrränder nicht nur die Parallelität
des induzierenden Heizleiters zu den Nahtkanten, sondern vor allem auch die Führung
und Anordnung der Speiseleiter für den Induktionsleiter von wesentlicher Bedeutung
ist. Bei dem bisher angewendeten, zum Rohrspalt unsymmetrischen Verlauf der Speiseleiter
vermindert die über den Rohrspalt erfolgende Schließung der in den Rändern des Rohres
induzierten Heizströme den thermischen Wirkungsgrad und macht die Schweißung ungleichförmig
und minderwertig, selbst wenn die Kantenflächen eine sorgfältige vorherige Bearbeitung
erfahren haben, wozu noch die Gefahr der Verschlechterung des Heizstabes durch die
zwischen den Rohrkanten entstehenden Lichtbögen kommt, die außerdem auch ungünstig
auf die Bildung der Schweißnaht einwirken.
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Wie ferner Versuche gezeigt haben, ist die Stumpfschweißung rundgebogener
Blechrohre durch Induktion von parallelen Strömen in den Rohrlängsrändern technisch-industriell
nur bei Einhaltung der weiteren Bedingung verwertbar, daß diese Ströme genau auf
den Bereich der Ränder beschränkt werden und beiderseits des Rohrspaltes klar begrenzte,
schmale Abschnitte des Metalls erhitzen. Wenn dieser Forderung auch bei unbeweglichem
Rohr und bei absatzweise erfolgender Verschweißung der Rohrränder durch möglichst
innige Annäherung des Heizstabes an die äußere und innere Rohrwandung genügt werden
kann, so ist diese Heizstabanordnung bei kontinuierlicher
Schweißung
ausgeschlossen, wo es unerläßlich ist, einen möglichst engen Luftspalt aus Sicherheitsgründen
vorzusehen und das sich axial weiterbewegende Rohr an einer Berührung mit dem Induktor
und an der Herbeiführung eines Kurzschlusses gehindert werden muß. Bei laufender
Verschiebung des Rohres verlangt die notwendige Stromkonzentration in den Rohrrändern
die Kombination des nahtparallelen Heizstabes mit einem magnetischen Kern, dessen
Pole nicht nur beiderseits des Rohrspaltes liegen, sondern auch genau die Induktionszone
und damit die Zone der bevorzugten Heizung begrenzen und hierdurch auch die Anordnung
der auf die erwärmten Rohrränder mechanisch einwirkenden Druckmittel an geeigneter
Stelle zu ermöglichen.
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Auf Grund dieser Feststellungen wird nach der Erfindung ein praktisch
einwandfrei arbeitendes und dabei technisch-industriell verwertbares elektrisches
Induktionsschweißgerät für längs einer geraden Naht zu verschweißende metallische
Werkstücke, insbesondere für aus Blech geformte Rohre, unter Verwendung eines nahe
und längs der Schweißnaht angeordneten und von einem magnetisierbaren Eisenjoch
umgebenen, induzierenden Leiters und einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Werkstückvorschub
in der Nahtrichtung und zum Zusammenpressen der erwärmten Werkstücknahtkanten dadurch
geschaffen, daß bei Anordnungen mit einem nur oberhalb des Werkstückes und parallel
zur Schweißnaht geführten geraden Leiter, der praktisch über seine ganze Länge von
dem das Feld bis nahe an je eine der beiden Nahtkanten heranführenden Magnetjoch
umgeben ist, die Enden des Induktionsleiters in je eine oder in je zwei nahe über
oder seitlich des Eisenjoches symmetrisch und parallel zur Schweißnaht verlaufende
Stromschienen übergehen, die ihrerseits mit dem oberhalb oder seitlich des Werkstückes
angeordneten Speisetransformator unmittelbar verbunden sind.
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Ein in dieser Weise ausgebildetes elektrisches Induktionsschweißgerät
gewährleistet eine sichere örtliche Beschränkung und Konzentrierung der induzierten
Ströme und damit auch der erzeugten Wärme in den Kanten der Werkstücknaht in der
Nähe der Schweißstelle und ein tiefes Eindringen des Erhitzungsvorganges in das
Werkstück und infolgedessen eine sehr kräftige und durchweg gleichmäßige thermische
Wirkung und eine über die ganze Nahtlänge hin die nämliche hohe Dichte und starke
mechanische Festigkeit aufweisende Verbindung der Werkstücksränder und ermöglicht
gleichzeitig einen ununterbrochenen Vorschub des Werkstückes mit beträchtlicher
Geschwindigkeit und demnach ein fortlaufendes, technisch vollwertiges und wirtschaftlich
günstiges Verschweißen von Metallblechen auch bei bedeutender Wandstärke und vor
allem auch von aus Blech rundgebogenen Rohren ohne die Notwendigkeit einer vorhergehenden
Säuberung und Bearbeitung der zu sammenzuschließenden Nahtkanten der Werkstücke.
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Für die Stromspeisung des induzierenden, als Heizstab wirksamen Leiters
hat es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, in
an sich bekannter Weise einen Wechselstrom von einer in der Nähe des Tonfrequenzbereiches
liegenden, vorzugsweise zwischen 500 und 15 ooo Hz gewählten Frequenz zu
benutzen. Versuche haben nämlich gezeigt, daß die Lieferung der für die induktive
Verschweißung von rundgebogenen Metallblechrohren und ähnlichen Werkstücken erforderlichen
hohen elektrischen Leistung mit Hunderten von Kilowatt durch Anlagen mit Elektronenröhren
technisch ungünstig ist und sich die Verwendung von Frequenzen von höchstens einigen
tausend Hertz vom wirtschaftlichen Standpunkt aus für die zur Erhitzung der Werkstückränder
notwendige elektrische Energie empfiehlt. Diese Frequenzen ermöglichen dabei auch
die Verwendung eines Magnetkerns, dessen Hysteresisverluste als zulässig gelten
können.
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Die Ausbildung der Speiseleiter für den induzierenden geraden Leiter
als oberhalb der Schweißnaht symmetrisch und parallel zu dieser sich erstreckende
Stromschienen bietet die Möglichkeit, diese mit Hilfe von senkrecht von den Enden
des induzierenden Leiters hochstehenden Verbindungsstücken auf einfache Weise in
einer genügenden Entfernung von der Werkstücknaht über dieser abzustützen, um die
von den Speiseleitern in den Seitenwänden des Werkstückes erzeugte Induktionswirkung,
die zu einer übermäßigen Erhitzung und damit zu einer verminderten Starrheit der
Seitenwände führen und diese daher ungeeignet für die Übertragung der auf die erhitzten
Werkstückränder durch die Druckmittel auszuübenden starken Pressung machen kann,
auf ein praktisch unschädliches Maß dadurch zu verringern, daß die zur Werkstücksnaht
symmetrischen und parallelen Stromschienen in einem sie fast vollständig vom Werkstück
magnetisch abkoppelnden Abstand von diesem liegen und das Feld der zum induzierenden
Leiter senkrechten Verbindungsstücke infolge seiner Parallelität zum Werkstück in
diesem keinen Strom induziert.
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Die Druckmittel für das Zusammenpressen der erwärmten Nahtkanten werden
nach der Erfindung, in der Vorschubrichtung des Werkstückes gesehen, zweckmäßig
nahe dem hinteren Ende des Induktionsleiters angeordnet, was die Arbeitsgeschwindigkeit
des Schweißgerätes zu steigern gestattet. Ferner kann das den induzierenden stabförmigen
Leiter umschließende magnetisierbare Eisenjoch gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
mit diesem und mit den ihm Strom zuführenden Speiseleitungen sowie mit dem mit diesen
sekundär verbundenen Transformator zu einer baulichen Einheit vereinigt sein. Dies
bietet den Vorteil, daß der Induktor als Ganzes bequem gehandhabt und ohne weiteres
im Bedarfsfall von dem Rohr oder einem ähnlichen Werkstück abgehoben und über diesem
dann wieder in Lage gebracht werden kann. Auch wird dadurch die genaue Einstellung
des Heizstabes und der Pole des Magnetkerns zu den zu verschweißenden Rändern des
Werkstückes, insbesondere eines aus Metallblech rundgebogenen Rohres, erleichtert.
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Die Zeichnung veranschaulicht das elektrische Induktionsschweißgerät
nach der Erfindung beispielsweise in einer Ausführungsform.
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Abb. z zeigt das Schweißgerät schaubildlich in seiner Gesamtheit;
Abb.
2 ist ein Querschnitt nach der Geraden X-X in Abb. i; aus Abb. 3 ist schematisch
die bisher übliche Bauart eines flachen, parallel zu der zu bearbeitenden Metallfläche
angeordneten Induktors ersichtlich, und in Gegenüberstellung hierzu läßt Abb. 4
in ebenfalls rein schematischer Darstellung die für das Sch«@eißgerät nach der Erfindung
gegenüber dem Bekannten kennzeichnenden grundsätzlichen Unterschiede in den elektromagnetischen
Bedingungen erkennen.
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Gemäß Abb. i und 2 ist das zu bearbeitende Werkstück 3 ein Blech aus
magnetischem Metall, das rohrförmig rundgebogen ist und entlang der Naht 2 geschweißt
werden soll. Das Rohr 3 erhält durch Antriebsrollen 16, die längs der Naht 2 und
dem dieser gegenüberliegenden Rohrteil angreifen, eine dauernde Vorschubbewegung
von links nach rechts in der in Abb. i eingezeichneten Pfeilrichtung. Beiderseits
der Naht 2 des Rohres 3 sind weitere Rollen io angeordnet, die einen seitlichen
Druck auf die Seitenwände des Rohres ausüben, sobald die erhitzten Nahtkanten den
erforderlichen plastischen Zustand erreicht haben. Die Druckwirkung der Rollen kann
mit Hilfe einer Regel-; vorrichtung F eingestellt werden, die aus einer Schnecke
18 und einem Steuerhandrad i9 besteht, durch dessen Drehung der gegenseitige Abstand
der beiden die Rollen io tragenden Schieber 17 geändert wird. Jede Rolle io weist
einen inneren Ring 2o aus nichtmagnetischem Material, z. B. Kupfer, auf, der die
sich etwa durch die Rollen bildenden magnetischen Streulinien unterbricht.
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Der magnetische Kern i des Induktors besteht aus einer Anzahl von
geschichteten isolierten Blechen aus magnetischem Eisen, die quer zur Naht 2 liegen
und zwei zur Naht 2 symmetrische und sich bis nahe an die eine bzw. die andere Nahtkante
erstreckende Polschuhe i' bilden. Zur besseren Führung des magnetischen Flusses
weisen die Endflächen der beiden Polschuhe i' vorzugsweise dieselbe kreisförmige
Form wie die Außenwand des zu schweißenden Rohres 3 auf. Der Magnetkern i erstreckt
sich entlang des Rohres 3 und ist zu diesem parallel, und die Symmetrieebene der
Polschuhe i' durchsetzt dabei auf ihrer ganzen Länge die Naht 2. Innerhalb des von
den Polschuhen begrenzten Raumes ist der den Wechselstrom führende stabförmige Leiter
4 angeordnet, der aus einem geraden rechteckigen Kupferrohr mit Wasserkühlung besteht.
Der Leiter 4, in dessen Hohlraum (vgl. Abb.2) eine zusätzliche Kühlrippe f vorgesehen
ist, erstreckt sich parallel und gegenüber den beiden zu verbindenden Kanten der
Naht 2.
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Der Abstand zwischen den Polschuhen i' und dem Werkstück 3 beträgt
etwa 2 mm, und ungefähr die doppelte Entfernung trennt den Leiter 4 von der Naht
2. Diese Abstände können, wenn nötig, je nach der Art und dem Durchmesser des Rohres
sowie nach der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes geändert werden. Von den
beiden Enden des geraden rohrförmigen Leiters 4 gehen zwei zu diesem senkrechte,
ebenfalls rohrförmige Leiterstücke aus, von denen das eine durch die hohl ausgebildeten
Schenkel 5 an zwei zueinander und zum Heizstab parallele, wiederum rohrförmige Leiterstücke
6, 7 angeschlossen ist, die in einem gemeinsamen Endstück 8 zusammenlaufen, während
das andere senkrechte Leiterstück durch die hohlen Schenkel 5' mit zwei zueinander
und zum Heizstab parallelen rohrförmigen Leiterstücke 6', 7' verbunden ist, die
in ein gemeinsames Endstück 8' übergehen. Die beiden Endstücke 8 und 8' sind voneinander
durch einen Isolierblock 15 getrennt. Die in einer Ebene liegenden Leiterstücke
5, 5', 6, 6', 7, 7' bilden einen Ring, der in Verbindung mit den Endstücken 8, 8'
die Induktorbleche über einem nicht dargestellten isolierten Blech unter Druck hält.
Zwei bandförmige Leiter 13 und 13' führen den Endstückan 8, 8' und damit den Leiterstücken
5 bis 7 und 5' bis 7' sowie weiterhin über die zu diesem senkrecht stehenden Leiterstücke
dem Heizstab 4 einen Hochfrequenzstrom zu, dessen Frequenz innerhalb oder nahe der
Tonfrequenz gewählt wird, dessen Primärwicklung 14 von einem nicht dargestellten
Wechselstromgenerator gespeist wird. Ein Wechselstrom mit einer Frequenz von iooo
bis 5ooo Hz hat sich praktisch als besonders vorteilhaft für das Schweißen von Wasser-
oder Gasrohren erwiesen.
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Die Stromrichtung in den Leitern 6, 7 und 6', 7' ist durch die in
Abb. i bei diesen eingezeichneten Pfeile angedeutet. Die zwei parallelen Leiter
6 und 7, die den Strom über das Endstück 8 von dem bandförmigen Leiter 13 empfangen,
führen den Strom über die Schenkel 5 und das zu diesen senkrechte Leiterstück dem
Heizstab 4 zu, von dem der Strom seinen Weg über das zu dem Schenkel 5' senkrechte
Leiterstück zu den zwei anderen parallelen Leitern 6' und 7' nach dem Endstück 8'
und dem flachen Leiter 13' nimmt. Das ganze aus dem Magnetkern i und dem Speisetransformator
11, 14 sowie der Induktionsspule 4, 5 bis 8, 5' bis 8' bestehende Schweißgerät ist
als bauliche Gesamtheit an einem Halter befestigt, der an einem Tragrahmen derart
gelagert ist, daß der Abstand zwischen den Polschuhen i' und dem Rohr 3 geregelt
werden kann. Das Kühlwasser für die hohlen Leiter wird durch einen Rohrstutzen 9
zugeführt und fließt durch einen Rohrstutzen 9' ab.
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Um die Dichte des in das Werkstück 3 in der Nähe der Naht 2 eindringenden
Flusses zu erhöhen, weisen die Polschuhe i' einen in der Nähe des Luftspaltes abnehmenden
Querschnitt auf, und anderseits sind sie voneinander um mehr als das Zweifache des
Luftspaltes entfernt, um den gesamten Fluß in die Nahtkanten zu leiten und den magnetischen
Verlust durch den Schlitz möglichst herabzusetzen. Die gegenüber den Polschuhen
i' liegenden Teile der Rohrwand 3 wirken somit wie eine den magnetischen Kreis eines
Elektromagnets schließende Armatur.
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Wenn das Rohr 3, das durch Rundbiegen eines Stahlbleches entsprechender
Breite außerhalb des Schweißgerätes geformt worden ist, durch die Antriebsrollen
16 laufend unter den Magnetkern i geschoben wird, dringt der magnetische Fluß, wie
in Abb. 4 durch gestrichelte Linien angedeutet, in die eine Kante der Naht 2 senkrecht
zur Rohrachse ein, durchsetzt den Rohrspalt 2 und verläßt das Werkstück 3 durch
die andere Nahtkante. Die in dem Stahlblech durch die Foucaultschen Ströme und die
Hysteresisverluste
entwickelte Wärme bringt die Kontaktflächen des Rohres 3 an der Naht 2 bis zu der
etwa 1300°C betragenden Temperatur des glänzenden Weiß, bei welcher das Metall plastisch
wird. Unter der Wirkung des unmittelbar hinterher ausgeübtenDruckes der Rollen 1o
dringen die Metallteilchen des gesamten Querschnittes der Kontaktflächen ineinander
ein, wodurch eine fehlerlose und dauerhafte Verbindung erzielt wird, die einen Prüfdruck
von 2o kg/cm2 und mehr aushält.
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Der verringerte Luftspalt und der geringe Querschnitt der Polschuhe
haben zur Folge, daß die Gesamtheit des die Kontaktflächen senkrecht durchquerenden
Flusses durch die Nahtkanten gleitet und vollkommen gleichmäßig verteilt wird. Das
vom Magnetkern i erzeugte starke magnetische Wechselfeld induziert in der Metallmasse
Ströme, die in Übereinstimmung mit der augenblicklichen Richtung der magnetischen
Linien in jeder Kante des Rohres 3 je eine geschlossene Bahn verfolgen, wie aus
Abb. q. ersichtlich ist, in der die eine Richtung eines Kreisstromes mit einem Punkt
und die Gegenrichtung mit einem Kreuz bezeichnet ist. Daraus ergibt sich, daß die
in den beiden Nahtkanten 2 induzierten Ströme in voneinander unabhängigen Schleifen
verlaufen und die Naht nicht überqueren und die von ihnen erzeugte Wärme unabhängig
von dem Zustand der Kontaktflächen vor dem Schweißen ist. Die Unebenheiten der Berührung
können andererseits die Stärke des magnetischen Feldes nicht beeinflussen, da sie
gegenüber der Wirkung des Luftspaltes zwischen den Polschuhen und der Metallfläche
praktisch ohne Bedeutung bleiben. Eine Bearbeitung und Säuberung der zu vereinigenden
Rohrteile vor dem Schweißen ist daher nicht erforderlich. Da ferner der Fluß in
den Enden der Kanten konzentriert ist, ist die Wärmewirkung stärker, und die für
ein gutes Schweißen erforderlichen Bedingungen werden sehr schnell erreicht, was
einen verhältnismäßig schnellen Vorschub des Rohres zuläßt.
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Die zwei Leiter 6, 7 können, ohne daß dabei ihre elektromagnetische
Wirkung auf den Kern und die Flußverteilung in den Polen beeinträchtigt wird, durch
einen einzigen Leiter ersetzt werden, der in Abb. q. gestrichelt angedeutet ist
und mit dem im Luftspalt q.' vorgesehenen rechteckigen Rohr q. eine flache Spule
bildet, deren mittlere Ebene in der Ebene der Naht liegt.
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Bei der in Abb. 3 schematisch wiedergegebenen Ausführungsform eines
bisher meist gebräuchlichen Induktors ist eine flache Induktionsspule üblicher Art
parallel zur zu verschweißenden Metallfläche derart angeordnet, daß ihre zwei Leiter
a und b parallel zu der Naht zwischen den Kanten c und c' des Werkstückes
und senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen. Der Stromverlauf in der einen bzw.
der anderen Richtung ist durch einen Punkt bzw. ein Kreuz auf dem Querschnitt der
Leiter a, b in Abb. 3 versinnbildlicht. Die Spule wird von einem Transformator
d gespeist. In diesem Fall dringen die magnetischen Flußlinien in das Metall nicht
senkrecht, sondern im wesentlichen parallel zu den Kontaktflächen ein. Jede Kante
schließt die magnetische Bahn für sich, so daß praktisch kein Fluß den Kontaktquerschnitt
überquert. Die Foucaultschen Ströme, die in Abb. 3 ähnlich wie in Abb. q. angedeutet
sind, müssen die Naht überqueren, so daß der Zustand der einander gegenüberliegenden
Flächen dieser Naht bei dem Schweißvorgang eine bedeutende Rolle spielt und daher
diese Flächen vorher sorgfältig bearbeitet und gereinigt werden müssen. Andererseits
wird der magnetische Fluß auf eine ziemlich graße Fläche der Kanten verteilt, so
daß für eine bestimmte Vorschubge3chwindigkeit die erreichte Temperatur verhältnismäßig
niedrig bleibt. Verwendet man einen Strom von sehr hoher Frequenz, um diese Temperatur
zu erhöhen, dann konzentriert sich die Wärme infolge der Hautwirkung nur auf der
Oberfläche des Metalls, und das Schweißen wird nur oberflächlich durchgeführt.
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Mit den in Abb. i und 2 veranschaulichten elektrischen Induktionsschweißgeräten
ist es möglich, Rohre, die aus 3 mm starken Metallblechen gebogen sind und einem
Druck von 2o kg/cm2 widerstehen, mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 12 m/min
zu verschweißen. Die angewendete Frequenz beträgt hierbei 4000 Hz und die entwickelte
magnetische Kraft ungefähr 400o Amperewindungen.
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Die Erfindung kann im einzelnen auch in einer vom Beispiel der Zeichnung
abweichenden Ausführung verwirklicht werden. Die Form des Induktors und die Anordnung
seiner Teile kann nach Bedarf geändert werden. Es können z. B. mehrere Kühlrippen
f (vgl. Abb. 2) vorgesehen sein, und statt eines einzigen, einen starken Strom führenden
Leiters q. können in dem dementsprechend breiter gehaltenen Spalt zwischen den Polschuhen
i' mehrere in Reihe geschaltete Induktorwindungen angeordnet werden, die unmittelbar
von dem den Hochfrequenzstrom liefernden Generator gespeist werden, wodurch der
Stufentransformator ausfällt. Auch können die Leiter von anderem Querschnitt und
von anderer Form sein. Die magnetischen Verluste in dem Gerät können dadurch herabgesetzt
oder ganz vermieden werden, daß zusätzliche Sperren aus nichtmagnetischem Material
z. B. zwischen den'Rollen und deren Achsen vorgesehen werden. Unter Umständen ist
es bei Anwendung von einem Induktionskern aus besonderen magnetischen Stahlblechen
mit kleiner Hysteresis und durch sorgfältige Isolierung dieser Bleche möglich, den
Frequenzbereich des Stromes zu erhöhen. In Sonderfällen, wenn eine niedrige Vorschubgeschwindigkeit
des Werkstückes zugelassen ist, kann das neue Verfahren auch zum Schweißen von Blechen
oder Rohren aus nichtmagnetischem Material Verwendung finden, wobei die Erhitzung
selbstverständlich nur durch die Foucaultschen Ströme bewirkt wird.