DE4428565A1 - Verfahren zum induktiven Zusammenschweißen von Blechteilen und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Zusammen­ schweißen von Blechteilen und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.

Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrich­ tung ist aus der DE-PS 11 02 929 bekannt. Dort wird ein Indukti­ onsschweißen von rotationssymmetrischen Rohrabschnitten be­ schrieben, bei dem der über einen Hochfrequenzgenerator hochfre­ quenzbeaufschlagte Induktor als geschlossener Kreisring ausge­ bildet ist, der die von den aneinanderliegenden Rohrstößen ge­ bildete Naht umgibt. Die Stoßenden der Rohre berühren sich dabei während der Erwärmungsphase gegenseitig. Durch das Verfahren bzw. die Vorrichtung soll trotz einer Stauchung der Rohrenden beim Erwärmen und Zusammendrücken die Rohrinnenfläche im Bereich der Schweißnaht völlig glatt gehalten werden.

Desweiteren ist aus der DE-OS 37 26 596 ein beweglicher Induktor für die Anwendung von Induktionsschweißen bekannt. Und zwar sol­ len zwei gleichgestaltete rohrförmige Hohlteile an ihren einan­ der gegenüberliegenden Nahtflanken zusammengeschweißt werden. Zu diesem Zweck wird der Induktor, dessen Konturen den Konturen der Hohlteile in etwa gleichen, in den Zwischenraum zwischen den Stirnflächen derart eingebracht, daß seine Stirnflächen den zu verschweißenden Nahtflanken der Hohlteile in unmittelbarer Nähe gegenüberliegen. Die beiden Hohlkörperteile fluchten dabei mit ihren auf Abstand zueinander gehaltenen Nahtflanken zueinander. Mittels des Induktors wird dann der klaffende Nahtbereich je­ weils auf Schweißhitze gebracht, wonach der Induktor seitlich aus der Fügestelle entfernt wird und schließlich die beiden Hohlkörperteile an ihren Nahtflanken zusammengepreßt werden. Das Entfernen erfolgt jedoch nicht schnell genug, um ein Abkühlen der erhitzten Nahtflanken zu verhindern. Dadurch kann nach dem Zusammendrücken der Naht flanken nicht immer eine innige Schweiß­ verbindung zwischen diesen zustandekommen, so daß die Schweiß­ naht insgesamt auf Zug- oder Biegewechselbeanspruchung keine ausreichende Festigkeit aufweisen kann. Das Einbringen und Ent­ fernen des Induktors aus dem Zwischenraum erfordert zudem Zeit, was die Schweißgeschwindigkeit für das Erzeugen mehrerer gleich­ artiger jedoch an anderer Stelle der Hohlteile plazierter Schweißnähte erheblich vermindert.

Schließlich zeigt die US 3,202,791 Induktionsschweißen an Eisen­ bahnschienen, wobei der hinsichtlich der Umfangskontur der Ei­ senbahnschiene gleichkonturierte Induktor entlang der rundum verlaufenden Naht zwischen aneinandergefügten Schienenabschnit­ ten angeordnet ist. Dabei werden die Schienenabschnitte über ih­ ren Vollquerschnitt hinweg erhitzt und zusammengedrückt. Einer­ seits erfordert eine Vollquerschnitterhitzung viel Zeit und an­ dererseits erfolgt das Abkühlen der Vollquerschnitt-Schweißnaht aufgrund der hohen Speicherfähigkeit des Vollmaterials von Wärme relativ langsam, so daß zur Vermeidung eines unerwünschten Ver­ satzes der Fügestellen in zu heißem Zustand eine nicht unerheb­ liche Abkühlzeit abgewartet werden muß, ehe die nächste Naht ge­ schweißt werden kann. Dies führt zu einer Beeinträchtigung in der Schweißgeschwindigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend wei­ terzuentwickeln, daß Nähte beliebigen Nahtverlaufes von mitein­ ander zu einem Hohlkörper zu verschweißenden Blechpreßteilen in einfacher Weise mit hoher Schweißgeschwindigkeit unter Gewähr­ leistung einer hinsichtlich der Festigkeit hohen Qualität der späteren Schweißnaht zusammenschweißbar sind.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß - ausgehend vom gattungsgemäßen Verfahren - durch die im Patentanspruch 1 angegebenen kennzeich­ nenden Merkmale und - ausgehend von der gattungsgemäßen Vorrich­ tung - durch die im Patentanspruch 5 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Dank der Erfindung sind zu einem Hohlkörper zu verschweißende Blechpreßteile an beliebig konturierten Nahtverläufen durch die an diese vorgesehene konturgleiche Anpassung der Induktionsspule in der Ausbildung als Forminduktor zusammenschweißbar. Damit sind auch Nahtstellen in einfacher Weise zusammenschweißbar, die für herkömmliche Schweißverfahren und -vorrichtungen nur schwer und unter großem Aufwand zugänglich sind. Der Forminduktor ist insbesondere bei länglichen sich aus mehreren gleichen Teilen zusammensetzenden Hohlkörpern gleicher, jedoch in sich unregel­ mäßiger Querschnittskontur schnell an eine weitere Naht führbar, so daß die Blechpreßteile mit hoher Schweißgeschwindigkeit zu­ sammenschweißbar sind. Dabei wird die einzelne Naht an allen Stellen wegen des entlang ihres Verlaufes angeordneten Formin­ duktors gleichzeitig erhitzt, so daß einerseits daraus die Ge­ schwindigkeit der Nahtverschweißung sehr hoch ist und anderer­ seits die Fügetoleranzen gering sind, weil Wärmeverzüge aufgrund zeitversetzter Erwärmung vermieden werden. Die Verweilzeit des Forminduktors an den zu schweißenden Nahtkanten ist somit sehr kurz, wobei aufgrund der bereits aneinandergefügten Blechpreß­ teile kein zeitraubendes Einsetzen und Entfernen der Induktions­ spule in den bzw. aus dem Fügespalt notwendig ist. Hierbei ist für die schnelle Erhitzung und gleichzeitig kurze Verweilzeit zudem die schalenförmige Gestaltung der zu verschweißenden Blechpreßteile förderlich, da kein Vollquerschnitt auf Schweiß­ hitze erwärmt werden muß. Desweiteren können die Nahtkanten be­ reits vor dem Erhitzen eng aneinandergefügt werden, wodurch ein Abkühlen der erhitzten Nahtkanten von der Schweißhitze vor dem Zusammendrücken umgangen werden kann. Dadurch ergibt sich eine innige Verbindung der Nahtkanten beim Zusammendrücken und somit eine gute Schweißnahtqualität hinsichtlich der Festigkeit der Naht. Weiterhin ist beim erfindungsgemäßen Verfahren ein aufwen­ diges Reinigen der Stoßflächen der Blechpreßteile im Nahtbereich sowie ein Zusatzwerkstoff für die Schweißverbindung nicht erfor­ derlich. Schließlich können mit dem vorliegenden Verfahren bzw. der Vorrichtung dünnwandige Hohlkörper mit sehr gering auftra­ gender Fügezone hergestellt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran­ sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:

Fig. 1 im Querschnitt zwei schalenförmige Blechpreßteile in Fü­ gelage mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum induktiven Schweißen,

Fig. 2 in einer Draufsicht schematisch einen horizontalen Längs­ schnitt eines aus zwei Blechpreßteilen sich zusammensetzenden Hohlkörpers an einer umlaufenden Fügestelle der Blechpreßteile mit einem die Stelle umschließenden Forminduktor der Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 3 in einer Draufsicht schematisch einen horizontalen Längs­ schnitt eines aus zwei Blechpreßteilen sich zusammensetzenden Hohlkörpers mit mehreren an verschiedenen Fügestellen der Blech­ preßteile angeordneten Forminduktoren der Vorrichtung aus Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Hohlkörper 1 dargestellt, der sich aus zwei aneinandergefügten als Halbschalen ausgebildeten Blechpreßteile, einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3, zusammensetzt. Die Füge­ stelle bildet eine Naht 4 aus, die von den Nahtkante 5 des Ober­ teils 2 und der Nahtkante 6 des Unterteils 3 begrenzt wird. Ent­ lang der Naht 4 ist außenseitig eine als Forminduktor gestaltete Induktionsspule 7 angeordnet, die mit einem Hochfrequenzgenera­ tor 8 und einer Stromquelle 9 verbunden ist.

In Fügelage der Halbschalen 2, 3 wird über den im Bereich von etwa 200 kHz hochfrequenzbeaufschlagten Forminduktor 7 in den Nahtkanten 5 und 6 ein Strom induziert, durch den sich dort der Werkstoff aufgrund seines elektrischen Widerstandes erhitzt. Dies erfolgt bis zum Erreichen der Schweißhitze, wobei gleich­ zeitig die beiden Halbschalen 2, 3 von einer Preßvorrichtung an ihren einander zugekehrten Stirnflächen 10, 11 ihres gegenseiti­ gen Stoßes in Pfeilrichtung zusammengedrückt werden. Danach ist die Schweißung vollendet, worauf der Forminduktor gegebenenfalls zu einer weiteren Naht gleichen Verlaufes für einen nächsten Schweißvorgang geführt wird.

Die zu verschweißende Naht 4 kann, wie in Fig. 2 aufgezeigt ist, für die Herstellung eines geschlossenen Hohlkörpers 1 entspre­ chend der Fügestelle umlaufend sein. Der Forminduktor 7 um­ schlingt dabei für eine entlang der Naht 4 durchgängige d. h. un­ terbrechungsfreie Verschweißung nach Art einer Schleife gänzlich die Naht 4. Die Naht 4 weist hier einen völlig unsymmetrischen, nicht-linearen Kurvenverlauf auf, wobei der Forminduktor 7 ent­ sprechend dieses Verlaufes gleichgestaltet und an diesem entlang angeordnet ist.

Eine Variante zu Fig. 2 zeigt Fig. 3. Dort wird die Naht 4 nur partiell verschweißt, also lediglich auf bestimmten zueinander beabstandeten Abschnitten 15, 16, 17 des Nahtverlaufes. Zur Ver­ schweißung werden dabei drei ebenfalls zueinander beabstandeten Forminduktoren 12, 13, 14 verwendet, die voneinander formverschie­ den, jedoch an den jeweiligen Nahtkantenabschnitt formangepaßt und in unmittelbarer Nähe entlang deren Verlauf angeordnet sind. Die Forminduktoren 12, 13, 14 sind jeweils mit einer Stromquelle 18, 19, 20 und einem Hochfrequenzgenerator 21, 22, 23 gekoppelt und somit unabhängig voneinander steuerbar, wobei die Forminduktoren 12, 13, 14 mit voneinander verschieden hohen Strömen beschickbar sind. Es können die Forminduktoren 12, 13, 14 mit einer gemeinsa­ men Stromquelle und einem gemeinsamen Hochfrequenzgenerator ver­ bunden sein.

Die Verwendung von mehreren Forminduktoren ist auch dann zwin­ gend notwendig, wenn im Hohlkörper 1 Öffnungen vorgesehen sind, die den Nahtverlauf unterbrechen. Beim Verschweißen sind die Forminduktoren dabei jeweils den einzelnen Nähten zugeordnet.

Es ist desweiteren denkbar, bei einem durchgängigen Verschweißen (Fig. 2) anstelle von einem mehrere aneinandergereihte Formin­ duktoren zu verwenden. Dies ist im wesentlichen dann der Fall, wenn die Naht in einer derart komplizierten Bahnkurve verläuft, daß die Nachbildung eines einzelnen Forminduktors für die ganze Bahnkurve - wenn überhaupt - nur sehr umständlich und aufwendig zu realisieren ist. Gleiches gilt auch für die partielle Ver­ schweißung in Fig. 3.

Claims (8)

1. Verfahren zum induktiven Zusammenschweißen von Blechteilen, bei dem die zu verschweißenden Blechteile im Nahtbereich induk­ tiv auf Schweißhitze erwärmt und formgerecht zusammengedrückt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zusammenschweißen von schalenförmigen Blechpreßteilen (2, 3) zu einem geschlossenen Hohlkörper (1) entlang einer Naht (4) im Bereich des gegenseitigen Stoßes der Blechpreßteile (2, 3) die Nahtkanten (5, 6) beider Blechpreßteile (2, 3) in der Fügelage gemeinsam durch einen in seiner Gestaltung dem Nahtverlauf fol­ genden im Frequenzbereich von 200 kHz hochfrequenz-beaufschlag­ baren Forminduktor (7, 12, 13, 14) erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nahtkanten (5, 6) beider Blechpreßteile (2, 3) entlang eines nicht-linearen Kurvenverlaufes der Naht (4) durch einen hinsichtlich dieses Verlaufes gleichgestalteten Forminduktor (7, 12, 13, 14) erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem partiellen Verschweißen der Blechpreßteile (2, 3) einzelne entlang des Nahtverlaufes zu verschweißende Nahtkanten­ abschnitte durch jeweils einen dem jeweiligen Verlauf des Naht­ kantenabschnittes formentsprechend angepaßten Forminduktor (12, 13, 14) erwärmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem unterbrechungsfreien Verschweißen der Blechpreß­ teile (2, 3) entlang ihres umlaufenden Nahtverlaufes deren Naht­ kanten (5, 6) von einem den Nahtverlauf umgebenden, formentspre­ chend angepaßten einzelnen Forminduktor (7) erwärmt werden.

5. Vorrichtung zum induktiven Zusammenschweißen von Blechteilen, die eine mit einer Stromquelle und einem Hochfrequenzgenerator gekoppelte Induktionsspule zum Erhitzen und eine Vorrichtung zum Zusammendrücken der Nahtkanten der aneinandergefügten Blechteile beinhaltet, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule in der Verwendung eines Zusammenschweißens von schalenförmigen Blechpreßteilen (2, 3) zu einem geschlossenen Hohlkörper (1) als Forminduktor (7, 12, 13, 14) ausgebildet ist, der im Bereich einer Naht (4) der aneinanderge­ fügten Blechpreßteile (2, 3) - bezüglich des Hohlkörpers (1) - außenseitig angeordnet und derart gestaltet ist, daß er sich dem Nahtverlauf folgend erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Forminduktor (7, 12, 13, 14) einem nicht-linearen Nahtver­ lauf entsprechend ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Induktionsspulen als Forminduktor (12, 13, 14) ausge­ bildet sind, der jeweils an verschiedenen Nahtkantenabschnitten angeordnet und dem jeweiligen Verlauf des Nahtkantenabschnittes formentsprechend angepaßt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule als einzelner einen umlaufenden Nahtver­ lauf umfassender Forminduktor (7) ausgebildet ist.