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Publication number: DEC0005264MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 14. Januar 1952 Bekanntgemacht am 14. Juni 1956Registration date: January 14, 1952. Advertised on June 14, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft die elektrische Induktionsschweißung von Metallkörpern und bezieht sich im besonderen auf das Stumpfschweißen der Enden von Metallrohren mittels Hochfrequenzinduktion, durch die das Metall der Rohrenden auf Schweißtemperatur erwärmt wird.The invention relates to the electrical induction welding of metal bodies and relates to special attention to the butt welding of the ends of metal pipes by means of high frequency induction, which heats the metal of the pipe ends to the welding temperature.

Das Ziel der Erfindung ist eine verbesserte Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Rohrenden mittels Induktionserwärmung.The object of the invention is an improved device for butt welding pipe ends by means of induction heating.

Die Erfindung zielt darauf, die Abschnittsbreite der durch Induktion erwärmten Rohrenden so schmal zu halten, daß ein. nachteiliges Ausweiten oder Verbreitern der Metallrohre nicht stattfindet, wenn die Enden der Rohre nach Erreichen der Schweiißtemperatur zusammengepreßt ■werden.The invention aims to determine the section width of the pipe ends heated by induction so narrow that a. disadvantageous expansion or broadening of the metal pipes takes place when the ends of the tubes are pressed together after the welding temperature has been reached ■ become.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen der Enden von Metallrohren mit einer Halteeinrichtung, die die anfangs mit einem kleinen Axialspalt getrennten Rohrenden ausgerichtet hält, mit einer Induktionsspule und mit einem lamellierten Eisenmagnetschluß, dessenThe invention relates to a device for butt welding the ends of metal pipes with a holding device that aligns the pipe ends initially separated with a small axial gap holds, with an induction coil and with a laminated iron magnet, whose

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Enden der Schweißstelle eng benachbart sind, aber die zu verschweißenden Rohre nicht berührt. Sie . besteht darin, daß die Induktionsspule die Schweißnaht mit geringem Abstand umfaßt und Magnet-Schlüsse scheibenförmig als Kraftlinienkonzentratoren an den Seiten der Induktionsspule anliegen, wobei die Blättchen der Magnetschlüsse sich in Ebenen befinden, die ungefähr radial zur Achse des Rohres liegen, und daß eine Einrichtung vorbanden ist, die die Rohrenden gegeneinanderdrückt, so daß sie sich berühren und ein Verschweißen erfolgt, sobald die Rohrenden durch Induktion erwärmt sind.Ends of the weld are closely adjacent, but does not touch the pipes to be welded. she . consists in the fact that the induction coil surrounds the weld seam with a small distance and magnetic connections disc-shaped as force line concentrators on the sides of the induction coil, the leaflets of the magnetic closures being in planes that are approximately radial to the axis of the pipe, and that a device is in place which presses the pipe ends against one another, so that they touch and welding takes place as soon as the pipe ends by induction are heated.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben; In den Zeichnungen istThe invention is described with reference to the drawings; In the drawings is

Fig. ι ein auf Linie i-i der Fig. 2, 4 und 5 ausgeführter Schnitt, der die ungefähre Lage der Induktionsspule und des Kraftlmienflußkonzenträtors gegenüber den beiden zu verschweißenden Rohrenden sowie die Vorrichtung zeigt, die eine Atmosphäre nicht oxydierenden Gases neben den Rohrenden während des dem Schweißen vorangehenden Erwärmens erzeugt,Fig. 1 on line i-i of FIGS. 2, 4 and 5 Carried out section showing the approximate position of the induction coil and the Kraftlmienflußzenträtors opposite the two pipe ends to be welded and the device shows which one Atmosphere of non-oxidizing gas near the pipe ends during the preceding welding Warming generated,

Fig. 2 ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, der den in Fig.' 1 dargestellten Induktor und auch schematisch die Stromkreise zum Zuführen des Hochfrequenzstromes zum Induktor zeigt,Fig. 2 is a section along line 2-2 of Fig. 1, which shows the in Fig. 1 shown inductor and also shows schematically the circuits for supplying the high-frequency current to the inductor,

Fig. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, der den Aufbau der durch Flüssigkeit gekühlten schmalen Induktionsspule oder Induktionsscheibe erkennen läßt,Fig. 3 is a section along line 3-3 of FIG. 2, showing the structure of the liquid-cooled narrow induction coil or induction disc can be recognized,

Fig. 4 eine Ansicht nach Linie 4-4 der Fig. 1 eines der beiden Kraftlinienflußkonzentratoren, von der Innenseite aus gesehen;FIG. 4 is a view along line 4-4 of FIG. 1 of one of the two force line flow concentrators from seen from the inside;

Fig- 5 «ine Ansicht nach Linie 5-5 der Fig. 1 des zweiten Kraftlinienflußkonzentrators, gesehen von der Außenseite her,Fig. 5 "ine view along line 5-5 of FIG. 1 of the second line of force flow concentrator, seen from the outside,

Fig. 6 eine Endansicht nach Linie 6-6 der Fig. S mit weiteren Einzelheiten des Konzentratoraufbaues, Fig. 6 is an end view taken along line 6-6 of Fig. 5 showing further details of the concentrator structure;

Fig. 7 eine Darstellung, die das Öffnen des Konzentratoraufbaues nach Fig. 4 oder 5 um seine Gelenke zeigt, damit der Aufbau von dem von ihm umgebenen Metallrohr abgenommen werden kann, undFig. 7 is an illustration showing the opening of the concentrator assembly of Fig. 4 or 5 to his Shows joints so that the structure can be removed from the metal pipe it surrounds, and

Fig. 8 ein der Fig. 1 entsprechender Schnitt, der die beiden aneinandergestoßenen Rohrenden in Schweißstellung sowie die Wärmeinduktorspule zeigt, von deren Seiten die Kraftlinienflußkonzentratoren abgenommen worden sind.FIG. 8 is a section corresponding to FIG. 1, showing the two butted pipe ends in Welding position as well as the heat inductor shows, from the side of which the force lines flux concentrators have been removed.

Die zu verschweißenden Rohrenden A und B werden in Ausrichtung miteinander durch irgendeine bekannte Vorrichtung (nicht dargestellt) ge-. halten. Derartige Vorrichtungen enthalten üblicherweise Klemmbacken (nicht dargestellt) für die beiden Rohre A und B, von denen der eine Klemmbacken feststehend und der andere Klemmbacken in Richtung axial mit den Rohren beweglich sein kann oder auch beide Klemmbacken in Axialrichtung verschiebbar sind. Auf diese Weise können die Rohre gegeneinander in Axialrichtung bewegt werden, so daß sie zuerst getrennt voneinander sind, wie die Fig. 1 zeigt, und dann zum Verschweißen in Berührung gebracht werden, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist.The pipe ends A and B to be welded are brought into alignment with one another by some known device (not shown). keep. Such devices usually contain clamping jaws (not shown) for the two tubes A and B, of which one clamping jaw is fixed and the other clamping jaw can be axially movable with the tubes or both clamping jaws can be displaced in the axial direction. In this way, the tubes can be moved relative to one another in the axial direction, so that they are first separated from one another, as FIG. 1 shows, and then brought into contact for welding, as can be seen from FIG.

Zur Erläuterung sei angenommen, daß die zu schweißenden Rohre A und B solche Rohre sind, wie sie in Dampfkesseln u. dgl. verwendet werden. Die Rohre bestehen aus einem eisenartigen Metall, besitzen einen Innendurchmesser von 75 mm und eine Wandstärke von 6 mm. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren können jedoch auch zum Verschweißen der Enden von Rohren verwendet werden, die nicht aus Eisen oder Stahl bestehen, deren Innendurchmesser größer oder kleiner als 75 mm und deren Wandstärken größer oder kleiner als 6 mm sind. Erfahrungsgemäß bieten Rohre größerer Durchmesser und größerer Wandstärken weniger Schwierigkeit beim Stumpfschweißen als Rohre von kleinerem Durchmesser (beispielsweise 50 mm und darunter) und dünneren Wandstärken (beispielsweise 4 mm und darunter).For explanation, it is assumed that the pipes A and B to be welded are pipes used in steam boilers and the like. The tubes are made of an iron-like metal, have an inside diameter of 75 mm and a wall thickness of 6 mm. The device and the method according to the invention can, however, also be used to weld the ends of pipes which are not made of iron or steel, whose inner diameter is greater or less than 75 mm and whose wall thickness is greater or less than 6 mm. Experience has shown that pipes of larger diameter and greater wall thicknesses offer less difficulty in butt welding than pipes of smaller diameter (e.g. 50 mm and below) and thinner wall thicknesses (e.g. 4 mm and below).

Der zum Erwärmen des Endmetalls der in Ausrichtung liegenden Röhret und B dienende elektrische Strom wird auf diese Rohrenden von einer Induktionsspule C₁, C₂ übertragen, die konzentrisch die aneinanderstoßenden Enden in der dargestellten Weise umgibt. Diese Spule ist verhältnismäßig schmal, wie die Fig. 1, 3 und 8 zeigen, in denen die Spulendicke etwa 6 mm beträgt. Die Spule kann aus Kupfer hergestellt werden und besteht vorzugsweise aus den Spulenhälften C₁ und C₂ (Fig. 1, 2 und 8). Die Hälften sind miteinander in der in Fig. 2 links ersichtlichen Weise verbunden, um eine ununterbrochene Scheibe (Fig. 2) zu bilden. Die nicht miteinander verbundenen Spulenenden in Fig. 2 rechts sind durch eine dazwischengelegte Isolation 9 voneinander getrennt.The electrical current used to heat the end metal of the aligned tubes and B is transmitted to these tube ends by an induction coil C ₁ , C ₂ which concentrically surrounds the abutting ends as shown. This coil is relatively narrow, as shown in FIGS. 1, 3 and 8, in which the coil thickness is about 6 mm. The coil can be made of copper and preferably consists of the coil halves C ₁ and C ₂ (Fig. 1, 2 and 8). The halves are joined together in the manner shown on the left in Fig. 2 to form a continuous disc (Fig. 2). The coil ends that are not connected to one another in FIG. 2 on the right are separated from one another by an insulation 9 placed in between.

Um ein Überhitzen dieser einlagigen Spule zu verhindern, besitzt jede Hälfte einen hohlen Innenabschnitt 10, durch den eine Kühlflüssigkeit in der in Fig. 2 durch die kleinen Pfeile gezeichneten Richtung strömt. Jeder dieser Kühlabschnitte 10 ist mit seinem zugehörigen Körper C₁ und C₂ in beliebiger Weise dicht verbunden, beispielsweise mittels eines Silberlotes, das längs der Übergangsstelle zwischen dem Abschnitt 10 und der Spule C liegt. Als Kühlflüssigkeit kann Wasser von Raumtemperatur oder tiefer gekühltes Wasser verwendet werden.In order to prevent this single-layer coil from overheating, each half has a hollow inner section 10 through which a cooling liquid flows in the direction indicated by the small arrows in FIG. 2. Each of these cooling sections 10 is tightly connected to its associated body C ₁ and C ₂ in any desired manner, for example by means of a silver solder which lies along the transition point between section 10 and coil C. Water at room temperature or water cooled to a lower level can be used as the cooling liquid.

Vorzugsweise wird der Innenabschnitt der Induktionsspule C im Durchmesser etwas größer gehalten als" die von ihm umgebenen Rohrenden A und B, um zwischen der Spule und dem Metallrohr einen Abstand zu schaffen, dessen Größe aus den Fig. 1, 2 und 8 zu ersehen ist. Vorzugsweise besitzt der Spalt eine Größe von etwa 6 mm.The inner section of the induction coil C is preferably kept somewhat larger in diameter than the pipe ends A and B which it surrounds, in order to create a distance between the coil and the metal pipe, the size of which can be seen in FIGS. The gap preferably has a size of approximately 6 mm.

Die Unterteilung der Induktionsspule in eine obere Hälfte C₁ und eine untere Hälfte C₂ ermöglicht das leichte Einsetzen und Auswechseln von Spulen, deren Größe den verschiedenen Durchmessern der mit ihren aneinanderstoßenden Enden zusammenzuschweißenden Metallrohre A und B angepaßt werden soll. Die Befestigung der beiden Enden (Fig. 2 links) kann in jeder beliebigen Weise erfolgen, durch die bei genügend mechanischerThe division of the induction coil into an upper half C ₁ and a lower half C ₂ allows easy insertion and replacement of coils, the size of which is to be adapted to the different diameters of the metal pipes A and B to be welded together with their ends abutting one another. The fastening of the two ends (Fig. 2 left) can be done in any desired way, through which, if it is sufficiently mechanical

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Festigkeit eine einwandfreie elektrische Verbindung hergestellt wird.Strength a perfect electrical connection will be produced.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine Schiene 12 an die obere Spulenhälfte C₁ (Fig. 2) angeschweißt oder anderweitig befestigt und ist an der unteren Spulenhälfte C₂ durch einen Schraubenbolzen 13 (Fig. 2 und 3) abnehmbar angebolzt. Durch diese Anordnung kann die vordere Seite der Spule C (Fig. 2 links) leicht geöffnet werden, um die Rohre A und B nach dem Verschweißen ihrer Enden (Fig. 8) herauszunehmen. Diese Anordnung ermöglicht auch, daß die beiden Spulenhälften als Vorbereitung zum Verschweißen der Enden von zwei anderen Rohren A und B leicht zurückgeklappt werden können.In the embodiment shown, a rail 12 is _{welded or otherwise fastened to the upper spool half C 1} (FIG. 2) and is removably bolted to the lower spool half C ₂ by a screw bolt 13 (FIGS. 2 and 3). With this arrangement, the front side of the spool C (Fig. 2 left) can be easily opened to remove the tubes A and B after their ends have been welded (Fig. 8). This arrangement also enables the two spool halves to be easily folded back in preparation for welding the ends of two other tubes A and B together.

Die beiden nicht miteinander verbundenen Enden der Spulenhälften C₁ und C₂ (Fig. 2 rechts) sind mit einer Heizstromquelle verbunden, die, wie Fig. 2 zeigt, einen Transformator 15 enthält, dessen Sekundärwicklung niederer Spannung und hoher Stromzahl direkt mit den Spulenenden über biegsame Leitungen 16 und 17 verbunden ist. Diese biegsamen Leitungen ermöglichen das Öffnen der vorderen Spulenenden, sobald das geschweißte Rohr A, B (Fig. 8) aus der Vorrichtung herausgenommen werden-soll.The two non-interconnected ends of the coil halves C ₁ and C ₂ (Fig. 2 right) are connected to a heating current source, which, as Fig. 2 shows, contains a transformer 15 whose secondary winding low voltage and high current directly to the coil ends flexible lines 16 and 17 is connected. These flexible lines enable the front coil ends to be opened as soon as the welded tube A, B (FIG. 8) is to be removed from the device.

Die Primärwicklung des. Transformators 15 wird von einem Hochfrequenzschwingungserzeuger C (Fig. 2) erregt. Derartige Erzeuger sind bekannt, so daß hier keine weitere Erläuterung erfolgt. Nach Schließen eines Schalters 18 versorgt der Stromerzeuger G den Transformator 15 mit Wechselstrom verhältnismäßig hoher Frequenz, wobei diese Frequenz mehrere tausend Perioden je Sekunde beträgt, beispielsweise 3000 Perioden. Die Stärke dieses Heizstromes, wie er durch den Transformator 15 zur Induktorspule C übertragen wird, wird so eingestellt, daß die erforderliche Erwärmung der Rohrenden A und B erfolgt. Diese Einstellung wird am Generator G in bekannter Weise durchgeführt.The primary winding of the transformer 15 is excited by a high-frequency oscillator C (FIG. 2). Such producers are known, so that no further explanation is given here. After closing a switch 18, the power generator G supplies the transformer 15 with alternating current of a relatively high frequency, this frequency being several thousand periods per second, for example 3000 periods. The strength of this heating current, as it is transmitted through the transformer 15 to the inductor coil C, is set so that the required heating of the pipe ends A and B takes place. This setting is carried out on generator G in a known manner.

Als Vorbereitung zum Schweißen wird in die Enden der Rohre A und B je eine stopfenähnliche Zwischenwand oder Verschlußscheibe 24 (Fig. 1 und 8) eingesetzt. Die Zwischenwände können aus Faserstoff oder einem anderen geeigneten Material bestehen und sollen eine Kammer bilden, in der die miteinander ausgerichteten, aber voneinander getrennten Kanten der Rohre A und B (Fig. 1) einen ringförmigen Auslaß begrenzen. Die eine Verschluß scheibe 24' besitzt eine Öffnung, durch die (gegebenenfalls unter Verwendung eines nicht dargestellten Ansatzstückes) das Ende eines biegsamen Schlauches 26 hindurchreicht, das von der Verschluß scheibe 24' durch die gesamte Länge des Rohres B zu einem Behälter 28 oder einem anderen Vorrat nicht oxydierenden Gases, z. B. Wasserstoff, führt. Dieser Vorrat 28 an nicht oxydierendem oder inertem Gas liegt jenseits des freien Endes von Rohr B, wie Fig. 1 erkennen läßt.In preparation for welding, a plug-like partition or sealing disk 24 (FIGS. 1 and 8) is inserted into the ends of tubes A and B. The partitions may be made of pulp or other suitable material and are intended to form a chamber in which the aligned but separated edges of tubes A and B (Fig. 1) define an annular outlet. The one closure disc 24 'has an opening through which the end of a flexible tube 26 extends (if necessary using an extension piece, not shown), which extends from the closure disc 24' through the entire length of the tube B to a container 28 or another Supply of non-oxidizing gas, e.g. B. hydrogen leads. This supply 28 of non-oxidizing or inert gas is on the other side of the free end of tube B, as shown in FIG.

Durch das Ventil 29 wird nicht oxydierendes Gas durch den Schlauch 26 hindurch in den zwischen den Verschluß scheiben 24 und 24' liegenden Raum hinieiingeleitet. Sind die Enden der
und B anfänglich voneinander getrennt (Fig. 1), so strömt das zugeführte Gas radial durch den die Rohrenden trennenden Spalt an den Rohrenden vorbei nach außen. Dieses ausströmende Gas bespült das Rohrmetall und verhindert eine Verunreinigung des Metalls bei den während des Schweißens auftretenden hohen Temperaturen.Through the valve 29, non-oxidizing gas is passed through the hose 26 into the space between the closure disks 24 and 24 '. Are the ends of the
and B initially separated from one another (FIG. 1), the supplied gas flows radially through the gap separating the pipe ends past the pipe ends to the outside. This escaping gas flushes the pipe metal and prevents contamination of the metal at the high temperatures that occur during welding.

Sind die Rohrenden A und B zusammengeschoben und verschweißt worden (Fig. 8), so braucht das nicht oxydierende Gas nicht langer zugeführt zu werden, und das Ventil 29 wird dann geschlossen. Um das Rohr B (Fig. 1 und 8 rechts) für das Schweißen vorzubereiten,'wird der biegsame, z.B. aus Gummi bestehende Schlauch 26 von dem entfernt liegenden oder rechten Ende des Rohres B (Fig. 1) aus eingeschoben, bis das Vorderende des Schlauches an dem linken Ende des mit der Schweißvorrichtung verbundenen Rohres erfaßt werden kann. Das Schlauchende wird dann durch die in der Verschluß scheibe 24' befindliche Öffnung hindurchgezogen und diese Verschluß scheibe vom linken Ende des Rohres B aus etwas zurückgeschoben, wie in Fig. 1 und 8 gezeigt. Die Vorbereitung des anderen Rohres A (Fig. 1 und 8 links) ist einfacher, da die feste Verschlußscheibe nur in das Rohrende eingesetzt zu werden braucht.When the pipe ends A and B have been pushed together and welded (FIG. 8), the non-oxidizing gas no longer needs to be supplied and the valve 29 is then closed. In order to prepare the pipe B (Fig. 1 and 8 on the right) for welding, the flexible hose 26, for example made of rubber, is pushed in from the far or right end of the pipe B (Fig. 1) until the front end of the Hose can be detected at the left end of the pipe connected to the welding device. The hose end is then pulled through the opening located in the closure disk 24 'and this closure disk is pushed back from the left end of the tube B , as shown in FIGS. 1 and 8. The preparation of the other pipe A (Fig. 1 and 8 on the left) is easier, since the fixed sealing disc only needs to be inserted into the end of the pipe.

Schwierigkeiten bestanden bisher darin, den aus den erwärmenden Kraftlinien gebildeten Streifen genügend schmal zu halten, so daß ein nachteiliges Ausweiten oder Schwellen des Rohrmetalls nicht eintritt, sobald die erwärmten Rohrenden nach Ansteigen der Temperatur auf Schweißhöhe zusammengepreßt werden. Erfindungsgemäß wird der gewünschte schmale Flußstreifen dadurch erzielt, daß aus Blättchen bestehende Kraftlinienkonzentratoren 32 und 34 verwendet werden, die auf beide Seiten der das Rohr umgebenden Wärmeleiter C₁, C₂ in der in Fig. 1 allgemein dargestellten Weise aufgestellt werden. Wie die Fig. 4, S, 6 und 7 zeigen, besteht jeder dieser beiden Kraftlinienkonzentratoren 32 und 34 aus einer großen Zahl von einzelnen Blättchen 36. Diese Blättchen liegen nebeneinander und erstrecken sich alle in radialer Richtung mit Bezug auf die Mitte des Aufbaues. Bei einer zufriedenstellend arbeitenden Durchführung waren die Blättchen 36 aus Transformatoreisenblech von »0 0,35 mm Stärke gestanzt. Die Blättchen können aber auch dünner oder dicker sein, und das Material kann aus einem eisenartigen Stoff oder einem anderen gleichwertigen Stoff bestehen, der ein guter Leiter für magnetischen Fluß ist.Difficulties have hitherto been in keeping the strip formed from the heating lines of force narrow enough so that a disadvantageous expansion or swelling of the tube metal does not occur as soon as the heated tube ends are pressed together after the temperature has risen to the welding height. According to the invention, the desired narrow flux strip is achieved in that line-of-force concentrators 32 and 34 consisting of leaflets are used, which are set up on both sides of the heat conductors C ₁ , C ₂ surrounding the pipe in the manner generally shown in FIG. As FIGS. 4, 5, 6 and 7 show, each of these two line of force concentrators 32 and 34 consists of a large number of individual leaflets 36. These leaflets lie next to one another and all extend in a radial direction with respect to the center of the structure. In a satisfactory implementation, the leaflets 36 were punched from transformer iron sheet with a thickness of 0.35 mm. The leaflets can also be thinner or thicker, and the material can consist of an iron-like material or some other equivalent material which is a good conductor of magnetic flux.

Die Hälften 32, 32', 34, 34' bildenden Blättchen werden. in der dargestellten Ausführung mittels einer Schweißraupe 37 (Fig. 1, 4, S, 6 und 7) zusammengehalten. Das diese Raupe 37 bildende Schweißmetall kann rostfreier Stahl sein, der einen unmagnetischen Niederschlag bildet und sich nicht so leicht erwärmt wie Niederschläge aus magnetischem Metall, sobald ein Magnetfluß durch diesen Teil hindurch erfolgt. Vorzugsweise liegt diese aus Schweißmetall bestehende Raupe 37 auf der Seite des Konzentratoirs, die von der Induktionsspule,The leaflets forming the halves 32, 32 ', 34, 34' become. in the illustrated embodiment by means of a weld bead 37 (Fig. 1, 4, S, 6 and 7) held together. That forming this caterpillar 37 Weld metal can be stainless steel, which forms a non-magnetic deposit and does not as easily heated as deposits of magnetic metal as soon as a magnetic flux passes through them Part through takes place. This bead 37 made of weld metal preferably lies on its side of the concentrator, which is generated by the induction coil,

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bei der der Konzentrator verwendet werden soll, weg gerichtet ist (Fig. i). Auf diese Weise erfolgt während des Arbeitens der Vorrichtung ein nur geringer Durchgang von Kraftlinien durch diein which the concentrator is to be used, is directed away (Fig. i). This is done in this way little passage of lines of force through the device during operation of the device

S Schweißraupe 37.S weld bead 37.

Eine Gelenkverbindung 38 verbindet die obere Konzentratorhälfte 32 mit der unteren Konzentratorhälfte 32' und die obere Konzentratorhälfte 34 mit ihrer zusammenarbeitenden unteren Konzentratorhälfte 34'. Das dargestellte Gelenk enthält einen Zapfen 38, der durch Schienen 39 und 40 hindurchgeht, die an der oberen Hälfte bzw. an der unteren Hälfte des Konzentrator befestigt sind. Vorzugsweise sind an diesen beiden Schienen 39 und 40 jenseits des Gelenkzapfens 38 zwei Hand-. griffe (hier nur teilweise dargestellt) befestigt, mittels denen der Aufbau leicht um die Rohre A und B herum auf den beiden Seiten des ummantelnden Heizleiters C gelegt (Fig. 1, 4 und 5) oder von diesem Rohr durch Öffnen der beiden Konzeritratorhälften (Fig. 7) abgenommen werden kann.An articulated joint 38 connects the upper concentrator half 32 to the lower concentrator half 32 'and the upper concentrator half 34 to its cooperating lower concentrator half 34'. The illustrated hinge includes a pin 38 which passes through rails 39 and 40 attached to the upper half and lower half of the concentrator, respectively. Preferably on these two rails 39 and 40 on the other side of the pivot pin 38 are two hand. handles (only partially shown here), by means of which the structure can be easily placed around pipes A and B on both sides of the sheathed heating conductor C (Fig. 1, 4 and 5) or from this pipe by opening the two halves of the Concentrator (Fig 7) can be removed.

Sobald die Kraftlinienkonzentratoren 32 und 34 um die Röhrenden A und B (Fig. 4 und 5) und dicht neben der linken Seite und der rechten Seite des damit zusammenarbeitenden Heizleiters C (Fig. 1) liegen, muß vorzugsweise ein unmittelbarer elektrischer Kontakt zwischen den Blättchenaufbauten und den Seiten der Mittelspule C vermieden werden. Dies wird dadurch erreicht, daß zwischen jede Seite der Induktorspule C und dem aus Blättchen bestehenden Konzentrator 32 oder 34, der neben dieser Seite liegt, eine dünne Isolierschicht 42 eingelegt wird.As soon as the line of force concentrators 32 and 34 are around the tube ends A and B (Figs. 4 and 5) and close to the left and right of the co-operating heating conductor C (Fig. 1), there must preferably be direct electrical contact between the leaflet assemblies and the sides of the center coil C can be avoided. This is achieved by interposing a thin insulating layer 42 between each side of the inductor coil C and the concentrator 32 or 34 made of leaflets adjacent to that side.

Die Isolierung 42 kann aus Glimmer oder einem anderen wärmefesten Material bestehen und ist in . der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung als ein Streifen um den Körper der Induktorspule C an vier Stellen herumgebunden. Das Isoliermaterial 42 kann statt dessen aber auch auf der Innenfläche jedes der aus Blättchen bestehenden Konzentratoren 32 und 34 getragen werden.The insulation 42 may be made of mica or other heat-resistant material and is in . the arrangement shown in Figs. 1 and 2 as a strip around the body of the inductor coil C tied around in four places. The insulating material 42 can instead also on the Inner surface of each of the leaflet concentrators 32 and 34 can be supported.

Die durch diese Konzentratoren 32 und 34 vorhandene Innenöffnung ist nur etwas größer als der Außendurchmesser der Rohre A und B, die die Konzentratoren umgeben (Fig. 1, 4 und 5). Sobald diese Konzentratoren, wie in Fig. 1 dargestellt, dicht neben der linken Seite und der rechten Seite der Induktionsheizspule C liegen, ergeben sich linke und rechte . Seitenbahnen, durch die der magnetische Fluß, der durch Durchgang des Hochfoequenzstromes durch den Leiter C entsteht, auf das Metall der in Ausrichtung miteinander liegenden Enden der Rohre A und B übertragen wird. Dieser übertragene Kraftlinienfluß schließt sich dann über den in Fig: 1 und 2 gezeigten Spalt, der die Endkanten der Rohre A und B voneinander trennt.The inner opening provided by these concentrators 32 and 34 is only slightly larger than the outer diameter of the tubes A and B which surround the concentrators (FIGS. 1, 4 and 5). As soon as these concentrators, as shown in FIG. 1, are close to the left and right of the induction heating coil C, left and right are obtained. Side tracks through which the magnetic flux, which is created by the passage of the high frequency current through the conductor C, is transmitted to the metal of the ends of the tubes A and B which are in alignment with one another. This transmitted flux of lines of force then closes via the gap shown in FIGS. 1 and 2, which separates the end edges of tubes A and B from one another.

Der magnetische Kraftlinienfluß, der zum Erwärmen der Enden der Rohre A und B dient, wird also auf diese Weise wirksam in die äußeren Kantenabschnitte dieser Enden bei gewünschter Verengung der Heizbandbreite konzentriert. Sobald diese erwärmten Enden der Rohre A und B nach Erreichen der Schweißtemperatur gegeneinandergepreßt werden, tritt demnach ein nachteiliges Ausweiten der Metallrohre nicht ein.The magnetic flux of lines of force, which serves to heat the ends of the tubes A and B , is thus effectively concentrated in the outer edge portions of these ends with the desired narrowing of the heating band width. As soon as these heated ends of the tubes A and B are pressed against one another after the welding temperature has been reached, there is accordingly no disadvantageous expansion of the metal tubes.

Wird die hier dargestellte Vorrichtung zum Stumpfschweißen der Enden von Metallrohren A und B verwendet, so werden diese Rohre zuerst in ihren zugehörigen Klemmbacken (nicht dargestellt) in der in Fig. 1 gegebenen Lage ausgerichtet. In das offene Ende des einen Rohres wird vor diesem Ausrichten eine feste Verschlußscheibe 24 eingesetzt, während in das offene Ende des anderen Rohres eine feste Verschlußscheibe 24' eingeschoben wird, durch deren öffnen der Schlauch 26 gezogen wird, der mit dem Behälter 28 für inertes Gas in Verbindung steht (Fig. 1).If the device shown here is used for butt welding the ends of metal pipes A and B , these pipes are first aligned in their associated clamping jaws (not shown) in the position given in FIG. In the open end of one tube, a fixed sealing disk 24 is inserted before this alignment, while a solid sealing disk 24 'is inserted into the open end of the other tube, through the opening of which the hose 26 is pulled, which is connected to the container 28 for inert gas is in connection (Fig. 1).

Die so vorbereiteten beiden Metallrohre A und B werden in ihren Klemmbacken (nicht dargestellt) festgezogen, so. daß zwischen den Rohrenden ein anfänglicher Axialabstand verbleibt,, der etwas geringer ist als die Axialstärke von 6 mm der umgebenden Induktorspule C, Die Hälften C₁ und C₂ der Induktorspule werden dann um die Rohrenden A und B (Fig. 1 und 2) herum eingemittet und an der Verbindungsstelle 12, 13 miteinander befestigt, um den Stromweg von der Sekundärwicklung des Transformators 15 fertigzustellen. Die aus Blättchen bestehenden Konzentratoren 32 und 34 werden dann um die Rohre A und B (Fig. 4 und 5) herumgelegt und gegen die Seiten des die Rohre umgebenden Leiters C in der in Fig. 1 dargestellten Weise geschoben.The two metal pipes A and B prepared in this way are tightened in their clamping jaws (not shown), see above. that between the pipe ends an initial axial distance remains, which is slightly less than the axial thickness of 6 mm of the surrounding inductor coil C. The halves C ₁ and C _{2 of} the inductor coil are then around the pipe ends A and B (Fig. 1 and 2) centered and fastened together at junction 12, 13 to complete the current path from the secondary winding of transformer 15. The flake concentrators 32 and 34 are then wrapped around tubes A and B (FIGS. 4 and 5) and pushed against the sides of conductor C surrounding the tubes as shown in FIG.

Kühlflüssigkeit wird dann den Innenabschnitten 10 der Induktorspulenhälften C₁ und C₂ zugeleitet, und inertes Gas wird aus dem Gasvorrat 28 durch das Ventil 29 in den zwischen den Verschlußscheiben 24 und 24' befindlichen Raum eingeführt, so daß es an den zu verschweißenden, auf Abstand stehenden Enden der Rohre ^i und B nach außen strömt.Cooling liquid is then fed to the inner sections 10 of the inductor coil halves C ₁ and C ₂ , and inert gas is introduced from the gas supply 28 through the valve 29 into the space between the closure disks 24 and 24 'so that it is spaced apart from the one to be welded standing ends of the tubes ^ i and B flows outwards.

Der Hochfrequenzschwingungserzeuger G wird dann durch Einlegen des Schalters 18 an das Stromnetz gelegt, so daß durch die obere Spulenhalf te C₁ und durch die untere Spulenhälfte C₂ ein vom Transformator 15 erzeugter Hochfrequenzwechselstrom fließt, der die äußeren Endabschnitte der Rohre A und B auf Schweißtemperatur erhitzt. Diese Temperatur kann ungefähr 1260 bis 1310⁰ C betragen und macht sich durch ein verhältnismäßig hellrotes Glühen der erwärmten Rohrenden bemerkbar. Bei einer Rohrendensch weißung,, die zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt hat, verblieben die Enden A und B um etwa 3 mm voneinander zwischen 20 bis· 30 Sekunden getrennt (Fig. 1), nachdem der Heizstrom beim Schalter 18 eingeschaltet worden war. Am Ende dieser Aufheizperiode wurden die Rohrenden A und B zusammengepreßt, um die Schweißnaht 44 (Fig. 8) zu bilden. Die Zufuhr von inertem Gas aus Behälter 28 wurde etwa 10 Sekunden länger fortgeführt, worauf das Ventil 29 geschlossen wurde, um die Gaszufuhr zu unterbrechen. . . .The high-frequency oscillator G is then connected to the mains by inserting the switch 18, so that _{a high-frequency alternating current generated by the transformer 15 flows through the upper coil half C 1} and through the lower coil half C _2, which heats the outer end sections of the tubes A and B to welding temperature heated. This temperature can be approximately 1260 to 1310 ⁰ C and is noticeable by a relatively light red glow of the heated pipe ends. In the case of a pipe end welding, which has led to satisfactory results, the ends A and B remained separated from one another by about 3 mm for between 20 and 30 seconds (FIG. 1) after the heating current at switch 18 had been switched on. At the end of this heating period, pipe ends A and B were pressed together to form weld 44 (Fig. 8). The supply of inert gas from container 28 was continued for about 10 seconds longer, after which valve 29 was closed to cut off the gas supply. . . .

Der durch den Generator G der Induktorspule C zugeführte Heizstrom wurde dann nach dem Zu-The heating current supplied by the generator G to the inductor coil C was then

530/368530/368

C 5264 VIIId/21hC 5264 VIIId / 21h

sammenpressen der Rohrenden A und B etwa I¹A Minute lang zugeführt. Unmittelbar nachPress together the pipe ends A and B supplied for about I ¹ A minute. Immediately after

. diesem Zusammenpressen wurden die aus Blättchen bestehenden Konzentratoren 32 und 34 in , der in Fig. 7 dargestellten Weise von den Rohren A und B abgenommen, so daß die Vorrichtung in dem in Fig. 8 dargestellten Zustand verblieb. Nach dem Entfernen der Konzentratoren war die Vorrichtung des Farbpyrometers 20 unmittelbar auf die Schweißnaht 44 gerichtet, und die Temperatur des Rohrmetalls an dieser Naht wurde weiterhin auf der vorerwähnten Temperatur zwischen 1260 und 1310⁰ C gehalten.. After this compression, the concentrators 32 and 34 made of leaflets were removed from tubes A and B in the manner shown in FIG. 7, so that the device remained in the state shown in FIG. After removal of the concentrators, the apparatus Farbpyrometers 20 was immediately directed to the weld 44, and the temperature of the pipe metal at this seam was further kept at the aforementioned temperature 1260-1310 ⁰ C.

Bei diesem letzterwähnten Zeitabschnitt der Wärmezuführung zu der Rohrverbindungsstelle wird von einem »Durchtränken« gesprochen, dessen Zweck' darin besteht, eine Kornbildung an den Metallzwischenflächen zu bewirken. Die DauerDuring this last-mentioned period of time the heat is supplied to the pipe connection point is spoken of a "saturation", the purpose of which is to give grain to the To effect metal interfaces. The duration

■ dieser Durchtränkung kann zur Erreichung guter Ergebnisse etwa 1V2 Minuten oder mehr betragen, die zusammen mit dem Aufheizzeitraüm von annähernd V2 Minute die Zeitdauer der gesamten Wärmeaufwendung auf etwa 2 Minuten bringt.■ this impregnation can take about 1V2 minutes or more to achieve good results, which, together with the heating-up period of approximately V2 minutes, is the duration of the entire Brings heat application to about 2 minutes.

Am Ende dieses Gesamtzeitraumes wird derAt the end of this total period, the

»5 Heizstrom durch Öffnen des Schalters 18 abgeschaltet. Die Spulenhälften C₁ und C₂ werden bei 12, 13 voneinander getrennt und geöffnet. Die durch die Schweißnaht 44 zusammengeschweißten Rohre A und B werden von ihren Klemmbacken (nicht dargestellt) frei gemacht und aus der Vorrichtung herausgezogen. Der zur Zuführung von inertem Gas dienende Schlauch 26 wird jetzt nach rechts aus dem Ende des Rohres B herausgezogen und nimmt seine Verschlußscheibe 24' mit, während die zweite Verschluß scheibe 24 aus dem Innern des Rohres A durch Druckluft oder eine andere geeignete ' Vorrichtung herausgestoßen wird. Der Schweißvorgang ist hiermit abgeschlossen.»5 Heating current switched off by opening switch 18. The coil halves C ₁ and C ₂ are separated from one another at 12, 13 and opened. The tubes A and B welded together by the weld seam 44 are released from their clamping jaws (not shown) and pulled out of the device. Serving for the supply of inert gas hose 26 is now pulled out to the right from the end of the tube B and takes its closure disc 24 'with, while the second closure disc 24 is pushed out of the interior of the tube A by compressed air or another suitable' device . The welding process is now complete.

Im Betrieb sind sehr gute Ergebnisse mit dem hier beschriebenen neuartigen Rohrendenschweißyerfahren erzielt worden, wenn dieses Verfahren mittels der hier dargestellten Vorrichtung ausgeführt wird. Dampfkesselrohre aus üblicher eisenhaltiger Masse mit einem Durchmesser von 75 mm und einer Wandstärke von 6 mm können ohne das an der Verbindungsstelle 44 (Fig. 8) stattfindende übliche nachteilige Ausweiten oder Schwellen des am Rohrende vorhandenden Metalls miteinander verbunden werden. Dampfkesselrohre von größerem Durchmesser mit einer Wandstärke von 6 mm oder mehr können ebenfalls mit gleichgutem Ergebnis auf diese Weise geschweißt werden. Bei sich vergrößerndem Durchmesser und zunehmender Wandstärke werden zufriedenstellende Stumpfschweißungen immer leichter hergestellt.Very good results have been achieved in operation with the new type of pipe end welding process described here has been achieved when this method is carried out by means of the device shown here will. Steam boiler tubes made of the usual ferrous mass with a diameter of 75 mm and a wall thickness of 6 mm can take place without that at the connection point 44 (FIG. 8) common disadvantageous expansion or swelling of the metal present at the end of the pipe with one another get connected. Steam boiler pipes of larger diameter with a wall thickness of 6 mm or more can also be welded in this way with the same result. With enlarging Diameter and increasing wall thickness will produce satisfactory butt welds always lighter made.

Das dargestellte Verfahren hat sich auch beim Schweißen von eisenhaltigen Rohren als günstig erwiesen, deren Durchmesser bis herunter zu 50 mm und deren Wandstärken bis zu 4 mm betragen. Der verwendete Schweißstrom hatte eine Frequenz von 3000 Perioden je Sekunde. Bisher war es bei Rohren dieses verhältnismäßig kleinen Durchmessers von 50 mm und der verhältnismäßig geringen Wandstärke von 4 mm unmöglich, zufriedenstellende Stumpfschweißungen zu erhalten. Die hier offenbarte Erfindung bedeutet deshalb eine Entwicklung der Technik. Wurde ein Heizstrom von 10 000 Perioden je Sekunde verwendet, so wurden befriedigende Stumpfschweißungen bei Rohrenden erreicht, die einen Außendurchmesser von 25 mm und eine Wandstärke von 2,4 mm hatten. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß es die Erfindung ermöglicht, den Erwärmungsstreifen der auf die Rohrenden zur Einwirkung gebrachten induktiven Erwärmung so schmal zu galten, daß ein nachteiliges Ausweiten des Rohrmetalls nicht stattfindet, sobald die Rohrenden nach Erreichen der Schweißtemperatur zusammengepreßt werden; daß die Erfindung einen verbesserten induktiven Heizleiter schafft, der die äußersten Kantenabschnitte der Rohrenden konzentrisch umgibt; daß mit der Erfindung aus Blättchen bestehende Kraftlinienkonzentratoren geschaffen werden, die zu Beginn des Schweißzyklus auf jeder Seite des die Rohrenden umgebenden Leiters aufgestellt werden können, sobald das gegenseitige Anpressen der Rohre und die Erwärmung erforderlich ist, und die im späteren Verlauf des Schweißzyklus von dem umgebenden Leiter entfernt werden können, sobald das gegenseitige Anpressen der Rohre nicht mehr länger notwendig ist.The method shown has also proven to be beneficial when welding ferrous pipes proven to have a diameter of down to 50 mm and a wall thickness of up to 4 mm. The welding current used had a frequency of 3000 periods per second. Until now it was with pipes of this comparatively small diameter of 50 mm and the comparatively with a wall thickness of 4 mm, it is impossible to obtain satisfactory butt welds. The invention disclosed herein therefore represents a development in technology. Became a heating current of 10,000 periods per second were used, satisfactory butt welds were obtained at Reached pipe ends that had an outside diameter of 25 mm and a wall thickness of 2.4 mm. From the above description it can be seen that the invention enables the heating strip the inductive heating applied to the pipe ends should be considered so narrow that a disadvantageous expansion of the pipe metal does not take place as soon as the pipe ends are pressed together after the welding temperature has been reached will; that the invention provides an improved inductive heating conductor that the concentrically surrounds outermost edge portions of the pipe ends; that with the invention of leaflets Existing line of force concentrators are created that are based on the beginning of the welding cycle each side of the conductor surrounding the pipe ends can be erected as soon as the mutual Crimping of the pipes and heating is required, and that later in the welding cycle can be removed from the surrounding conductor as soon as the mutual pressing of the Pipes is no longer necessary.

Claims

Patent claims:

1. Device for butt welding the ends of metal pipes with a. Holding device, which keeps the pipe ends, initially separated with a small axial gap, aligned, with an induction coil and with a laminated iron magnetic circuit, the ends of which are the

ι welds are closely adjacent, but the too welded pipes not touched, characterized in that the induction coil the Closely spaced weld seam and magnetic closures disc-shaped as force line concentrators rest on the sides of the induction coil, the leaflets of the magnetic circuits being in planes that lie approximately radial to the axis of the tube, and that there is a device which presses the pipe ends against each other so that they touch and welding takes place, as soon as the pipe ends are heated by induction.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the induction coil (C ₁ , C ₂ ) consists of a single-layer conductor which is relatively narrow in the axial direction of the tubes.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized characterized in that each of the disc-shaped magnetic closures is divided into two sections (32, 32 '; 34, 34'), which are hinged to one another on one side and can be opened on the other side to allow the magnetic clasps to be lifted off the

.609 530/368

C 5264 VIIId/21hC 5264 VIIId / 21h

associated pipe and from the heating coil conductor, on the sides of which the superstructures (32, 32 '; 34, 34') lie, to enable.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the concentration sections have lugs (39, 40) which are connected in pairs by a hinge joint and a mechanism to open the concentrators.

Referred publications:
German Patent Nos. 249080, 446451, 353;

U.S. Patent Nos. 2,493,950, 2,024,906.

1 sheet of drawings.