DE970422C

DE970422C - Verfahren zum elektrischen Stumpfschweissen von Rohren und anderen geschlossenen und offenen Profilen und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE970422C
Application number: DEP21909D
Authority: DE
Inventors: Alfred Woegerbauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1947-12-08
Filing date: 1948-11-17
Publication date: 1958-09-18
Also published as: US2647981A; CH272636A; AT169915B; GB695102A

Description

Verfahren zum elektrischen Stumpfschweißen von Rohren und anderen geschlossenen und offenen Profilen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifit ein #,"-erf#thr-ezn zum elektrischen Stumpfschweißen von Rohren und anderen geschlossenen und offenen Profilen aus -Metallen und deren Legierungen, bei dem der Schweißstroni um die unter einem spitzen Winkel zusammengeführten Schweißgutkanten herumfließt und an der Mfinkelspitze, infolge dec dort auftretenden großen Stronidichte, die Berffirungsstellen der Kanten fortlaufend auf Schweißtemperatur bringt. Die Erfindung betrifft sowit die sdhweißtecli#iii.sche Ausnutzungdes elektrischen Kerbeffektes.
Für die Herstellung von Einnalitrohren ist die Benutzun,-des Kerbeffektes 1)creits bekannt, indem mit Hilfe von geeignet angeordneten Induktionsspulen im Rohr ein Schweißstrom höherer Fre-(juvii7 induziert und (11,c zu Kanten des Schlit7rolirts unter einem spit7en Winkel aufeinander zugefülirt wurden. Der erforderliche Schweißdruck wurde dabei durcli unmittelbar an der Schweißstelfe angebraclite Druckmittel erzeugt.
Ein Vorteil des lCerl).#;cliweiß#,erfalireils gegenüber der üblichen Scli#veißtiii- liegt duriii, daß durch (leil Kerbeffekt ein -AIifsclilliclzeii (1,tr Nahtkanten erzielt wird, wodurcli aucli solclie Metalle und Legierun-en vers '3 cliweißt werden können, die außerhalb des Anwendungsbereiches der normalen elektrischen Widerstandsstunipfnalitscliweißung liegen.
Z, Trotzdem fand dieses #,"erfähr-,n bislier keinen Eingang in die Praxis. Der Grund liegt darin, daß die- Erzeugung einer -,-l-eiclitiläßi,- festen und dichten Schweißna!ht bei diesem Verf ahren in noch 'höherem Nlaße als bei der normalen Stumpfnahtschweißung von der Genauigkeit des Vorillaterials abhängt. Dies gilt sowohl für die chemische Zusaminensetzung, die Struktur, die Dicke und Breite der ineist in Bandform vorliegenden Röhrenstreifen als auch für die Form und den Zustand der zu verschweißenden Kanten. Es sind daher teure, genau kalibrierte und beschnittene Bänder notwendig. Dazu kommt, daß die Schweißstelle ebenso wie bei der normalen Stumpfnahtsdiweißung allseitig starr durch Druckwerkzeuge umgeben sein muß. Zur Erzeugung des Schweißderuckes muß das Schlitzrohr mit einem Übermaß an die Schweißstelle herangebracht werden, d. h., der Umfang des Schlitzrohres muß um ein Maß, welches durch das aufgeschmolzene Material, die Schweißraupe und diie Anstaudhung in der Schweißnaht bestimnit ist, größer sein als der Umfang des geschweißten Rohres. Der Materialverlust durch die Schweißnaht und das vorgesehene Übermaß müssen einander genau entsprechen. Ist das Übermaß zu groß, so wird ein Aufschmelzen verhindert und die Schweißnaht in unerwünschter Weise verformt. Ist das Übermaß zu klein, so wird der Druck tinge-und es entsteht eine überhitzte und nügend, undichte Naht. Bei verhältnismäßig geringen Un'-1«eichmäßi-Izeiten entstehen daher bereits Fehlschweißungen. Die Erfindung bezweckt die Überwindung der genannten Schwierigkeiten und verfolgt das Ziel, die Schweißung auch von Vormaterial handelsüblicher Oualität zu ermöglichen und auf diese Weise die Vorteile, die die Anwendung des elektrischen Kerbeffektes bietet, für die Praxis nutzbax zu machen.
Die Erfindung besteht darin, daß der Profilkörper gleichzeitig aus zwei oder iriehreren Teilen unter Anwendung des bei Einnahtrohren an sich bekannten elektrischen Kerbeffektes vusammengeschweißt wird, indem die einzelnen Profilteile- durch Anlage gegen auf beiden Seiten angeordnet-- Widerlager so schräg einander zugeführt werden, daß die Stelle ihr-es Zusammentreffens und damit die Schweißstelle hinter dem letzten Widerlager liegt und unter dem infolge der durch die Widerlager bedingten Hebelwirkung erzeugten Schweißdruck steht. Zwecks Regelung des auf die Schweißstelle auszuübenden Druckes werden ferner gemäß einer Weiterbildung der Erfindung einerseits die Winkelöffnun g urid der Abstand zwischen den Widerlagern' welchem der Krafthebelariii entspricht, andererseits der Abstand zwischen Widerfager und Berührungsstelle- der Schweißgutkanten, welchem der Lasthebelarm entspricht, wählweise geändert.
Der Lasthebelarm wird von jenen Schweißgutteilen gebildet, die sich zwischen Widerlager und Schweißstelle befinden. je nach Form und Festigkeit der die Hebel bildend-en Schweißgutteile kann der erforderliche Schweißdruck durch wahlweise Änderung des Abstandes der Spreizorgane vom Widerlager in -und senkrecht zur Nahtrichtung eingestellt werden. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Schweißgut mit der gewünschten Schweißgeschwindigkeit zunächst über die Widerlager der Schweißstelle zugeführt Lind dabei von diesen Organen laufend im erforderlichen Abstan-d gehalten. Die die Hebel bildenden Schweißgutteile laufen zu den letzten Widerlagern, durch welche dJe zu verschweißenden Kanten einander bis auf einen Spalt genähert "verden. Die von den Schweißgutkariten auf ihrem We-.eingenommene Winkelstellung bewirkt, daß zwiden Widerlagern die für die Durchführung des Verfahrens c#harakteristischen. Kerbe entstehen und glei,chzeitig auch der erforderliche Druck an der wesentlich hinter den Widerlagern befindIlichen 13criilirLiiigsstelle,erzie.It wird.
Es liegt auf der Hand, daß beim Schweißen von Rohren aus einem Stück - Eintiahtrohren - nicht nur ein Nebenzweig für den elektrischen Strom besteht und dadurch die Kerbwirkung beeinträchtigt wird, sondern, daß es auch schwierig i-st, die Rohrrän#der so weit zu spreizen, daß die gegen die Spreizkraft und die Rohrkanterikraft wirkende ##Tiderlagerkraft (z. B. der Elektrodendruck) durch ZD die Elastizität des Werkstückmaterials derart abgefangen wird, daß der offene Schlitz noch so weit über das Widerlager (die Elektrodenrollen) hinausreicht, daß die elastische Nachgiebigkeit der zu ,verschweißenden Kanten groß genug ist, um Ungleichförmigkeiten des Rohres auszugleichen. Ist das Widerlager gleichzeitig Elektrode, so ist außerdem ein genügend weit über die Elektroden reichender Schlitz -nötig, damit die Stroinschleife eine solche- optimale Länge hat, daß die Stromkonzentration an der Schweißstelle maximal ist. Eine beliebige optimale Bemessung des Schlitzes ist aber ZD nur d-ann möglich, wenn das zu schweißende Werkstück, z. B. das Rohr, aus zwei Teilen besteht. Das Rohrschweißen mit elektrischer Kerbwirkung aus zwei Rohrhälften stellt demnach ein Verfahren dar. für welches sich die Anwendung der an sich bekannten elektrischen I#,'-.erbwirkung ganz besonders eignet.
Der Schweißstrom wird in an sich bekannter Weise schleifenförmig den Kanten entlang und um die I#,erb#spitze herumgeführt. Er kann induktiv oder kon-duktiv auf das Schweißgut übertragen werden. Bei der konduktiven Übertragung desselben können die Widerlager gleichzeitig als Strom-7uführungen, vorzugsweise als Elektrodenrolleii. ausgebildet sein, wodurch die Einrichtung besonders einfach wird.
Da das Schweißgut an der Schweißstelle nicht an bestimmte Abmessungen gebunden ist, wie dies in den Druckwerkzeugen der ber-eits bekannten und auf Rundrohre beschränkten elektrischen Widerstands-Stumpfnahtsdliweißverfahren der Fall ist, ergibt sich eine weitgdlende Unempfindlichkeit gegen Abweichungen insbesonders der Abmessungen des Vormaterials. Während bei den bekannten Verfahren bereits geringe-Abweichungen der Bandbreite Schweißdruckänderungen und damit Fehlschweißungen bewirken, bleibt der Schweißdruck undidie Güte der Schweißnaht beim erfindungsgemäßen Verfahren stets konstant, und Abweichungen der Bandbreite führen lediglich zu geringen Querschnittsformänderungen, wie Hochs oder Querovalität, die durch nachgeschaltete Kalibrierwalzen in einfacher Weise korrigiert werden können. Es können daher billiges Vormateriel, wie Warinband mit Naturkanten oder vom Breitba-ndschlitzer kommende Streifen, verwendet werden, ohne genauest auf Maß besäumt werden zu müssen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, weil z. B. bei der Herstellung von Rundrohren die Kosten des Vorrnaterials alle übrigen Kostenfaktoren bei weitern übersteigen. Nach der Erfindung stellt sich der weitere Vorteil ein, daß durch das durch die Widerlager bedingte Übersetzungsverhältnis von Kraft- und Lastarm mit geringem Aufwand die erforderlichen Schweißdrücke erzielt werden können. Es kann daher mit einer leichten und einfachen Einrichtung eine vorzügliche Schweißnaht zustande gebracht werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung ergibt sich, wenn die als Elektrodenrollen ausgebildeten Widerlager in einer Ebene zur Wirkung gebracht werden, die senkrecht auf der durch die Schweißnaht bzw. die Schweißnähte gelegten Ebene steht. Dann sind die Ausweichmöglichkeiten des Schweißgutes im Bereich der Schweißstelle und damit #die Unempfindlichkeit gegen Schwankungen der Abmessungen des Vormaterials besonders groß.
Eine vorteilhafte Anwendungsforin, der Erfindung erfaßt auch einen Vorschlag zur gleichzeitigen Herstellung von zwei Fertigteilen, z. B. Vierkantrohren, und sieht zu diesem Zweck vor, daß die einzige Sekundärwindung des Transformators unter völligem Verzicht auf ruhende Teile, wie die üblichen Sekundärschleifen von dein Achsen der Elektrodenrollen, den Elektrodenrollenpaaren und dem Schweißgut gebildet wird. Hierbei sind zweckmäßIgerweise die Lager für die Elektrodienrollen an den Enden ihr-er Achsen angeordnet und zur Freihaltung von Stromdurchfluß gegen ihre Unterlage elektrisch isoliert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Zeichnung schematisch dargestellt.
Abb. i und :2 erläutern eine Schweißung zur Herstellung eines Rohres mit rundem Querschnitt in Vorderansicht und Draufsiciht; Abb. 3 veranschaulicht den Stromverlauf zwisehen den Elektrodenauflageflächen an zwei Schweißstellen eines kohrabschnittes in abgewickelter Darstellung; Abb. 4,und 5 ist die Anwendung,des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen Schweißung von zwei Rohren mit quadratischem Querschnitt zu entnehmen, wobei die Abb. 4 eine Vorderansicht, die Abb. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Abb. 4 zeigen,; Abb. 6 gibt eine Einzelheit hierzu im Schnitt nach der Linie VI-VI der Abb. 5 wieder; Abb. 7 stellt eine Draufsicht auf eine Schweißeinrichtung für induktive Stromzuführung zum Rohr dar; Abb. 8 und 9 zeigen die Anwendung der Erfindung zur Herstellung eines Doppeq-T-Trägers in Stirnansicht und Draufsicht und Abb. io die Anwendung zur Herstellung von Rdlirschlangen.
Nach Abb. i und 2 wird zur Herstellung eines Rohres von kreisförmigem Querschnitt ein aus zwei Halbrohren i und 2 bestehendes Halbzeug verwendet, das in bekannter Weise aus Bändern erzeugt wird. Nach Passieren der Rollen 3 und 4 laufendie Halbrohre unter spitzem Wirrkel gegen die ihre Widerlager bildenden Elektrodenrollen 5 und 6, so daß sich zwischen den konvergierenden Rändern der Halbrohre ein kerbenföriniger Spalt bildet und sich die Kanten der Hälbrohre in einem in der Richtung der Rohrachse gemessenen Abstand, von den Stromzuführungsstellen an der Abschmelzstelle7 treffen. Der Strom umfließt den spitzen Teil -des Spaltes in schleifenföriniger Bahn (strichliert angedeutet). Der Schweißdruck entsteht durch Hebe.lwirkung der jeweils zwischen den Rollen 3, 4 und- den S,chweißstellen befindlichen Ha#lbrohrteile 1, 2. Der Abstand des wesentlich hinter den Wideflagern 5, 6 liegenden Berührungspunktes 7 der Roh#rhälften von den Kontaktistellen zwischen den Elektrodenrollen und dem Schweißgut kann auf seiner optimalen Größe durch Änderung der Abstände der Rollen in und senkrecht zur Nahtrichtung eingestellt werden, z. B. mittels Kreuzsupport. Die Entgratung der Schweißnähte- 8 und 9 sowie ihre sonstige Nachbearbeitu#ng, z. B. Kalibrieren, Richten und Ablängen, wird in bekannter Weisedurchgeführt.
Abb. 3 zeigt die Stromzusammendrängung an den Schweißstellen 7 der abgewickelt dargestellten Rohrabschnitte. Die schraffierten Flächen io, ii und 12 stellen die Elektrodenkontaktflächen dar. Von diesen fließt der Strom (strichlierte Linien) unter zunehmender Verdichtung den Absthmelzpunkten7 zu. Es läge nahe anzunehmen, daß ein wesentlicher Teil des Stromes auch über die bereits fertig geschweißten Nähte 8 und 9 fließt. Dies ist jedoch nicht der Fall, da infolge des Vorschubes der Rohrhälften in Richtung des Pfeiles 13 dauernd neue Kaiitenteile zur Berührung kommen, die noch heiße Schweißnaht einen hohen Widerstand aufweist, ferner bei Wechselstrom, insbesondere höherer Frequenz, dieser zur Kante gedrängt wird und der Weg über die Schmelzstelle 7 der kürzeste für den Strom ist. Die Stromdidhte an dieser Stelle und die hier herrschende Temperatur können so weit getrieben werden, daß die geschmolzenen und herausgequetschterr Metallpartikel im Sauerstoff der Luft verbrennen. Dies ist an dem von der stationären Albbrennschweißung bekannten Funkensprühen und Geräusch erkennbar.
Bei der Ausführungsform nach den Abb. 4,und 5 zur gleichzeitigen Schweißung von zwei Rohren ist ein Mantelkern 14 vorgesehen, um dessen Mittelsehenkel die Priniärwicklungen 15 und 16 so angeordnet sind, daß die die Fenster durchsetzenden Achsen 17 und 18 Teile der Sekundärwindung für den Schweißstrom bilden. Der Sekundärkreis dieses Transformators schließt sich über die Elektrodenrollen ig, 2o, 2,1, 2,2 und das zwischen ihnen befindlicht Schweißgut. Die außerhalb der Rollen angeordneten, stromfrei zu haltenden Lager 17', 18' der Achsen 17 und 18 sind gegen ihre Unterlag-. elektrisch isoliert. Die Verformung der Halbrohre 23, 24,25, 26 erfolgt durch zwei Sätze von Verform,ungsrollen, deren letzte- Paare 27, 28, 29, 30 gleichzeitig aJs Widerlagperrollen dienen. Abb. 6 zeigt einen Schnitt durch das vorgeformte Band vor der letzten Verformung zum Halbrohr. Für den Abstand der Rollen vonder Schweißstelle gilt (las gleiche, wie für das, in den Abb. i bis 2 dargestellte Verfahren angegehen wurde. Die Abb -4 bis 6 lastsen erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Rohre mit Kreisquerschnitt beschränkt ist.
Bei der Einrichtung zur Schweißung eines Rohres mittels induktiver Erhitzung nach Abb. 7 wird durch die InütiktionssPule 37 der sekundäre Schweißstrorn, dessen Verlauf strichliert angedeutet ist, in den Halbrohren 39, 40 -erzeugt, der im Berührungspunkt 38 stark zulsammengedrängt und verdichtet wird. Der Schweißdruck kann,durch geeignete Stellung der nicht,,dargeste-llten Verforniungsrotlen erzielt werden, die auch den Vorschub bewirken können.
Die Abb. 8 und 9 zeigen die Anwendung der Erfindung zur Herstellung von Trägerprofilen, Die Aufgabe, solche Werkstücke z. B. als Träger gleicher Festigkeit über ihre Länge mit zu- und . -ibn ehmender Steghöhe auszuführen, kann ebenso verwirklidht werden wie die Verwendung verschiedener Werkstoffe für Flansche und Stege. Im Gegensa,tz zu gewalzten Profilen ist die Höhe der Stege praktisch unbegrenzt. Beider in den Abb. 8 und 9 dargestellten unmittelbaren Zuführung fließt der Schweißstrom vom Transformator 61 zum Söhweißgut. Die an den T-Profilstücken 6:2 und 63 liegenden Widerlager- und Stromzuführungsrolllen 64 und 65 sind parallel geschaltet. Die auf dem Steg 66 laufende Elektrodenrolle 67 schließt den Sekundärkreis, über das Schweißgut. Beide Schweißstellen 68 und 69 sind parallel geschaltet. Die zur Erzeugung der Hebelwirkung notwendigen Organe sind nicht dargestellt.
Das erfindungsgemäße. Verfahren ermöglicht ferner die Herstellung von Röhrschlangen gemäß Abb. io, wobei die beiden Rohrhälften 31, 32 entspredhend ihrem verschie1-en großen Krümmungsdurchmesser im fertigen Rohr der Schweißstelle mit verschiedener Geschwindigkeit zugeführt iverden.
Ein besonders wirtschaftliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Fertigung von offenen Hohlprofilen und Rundrohren aus Stählen mit höherem Kohlenstoffgehalt für den Konstruktionsbau. Offene Hohlprofile dieser Art konnten bisher nur mit Lichtbogenschweißung, Rundrohre nur mit Hilfe nahtloser Verfahren hergestellt werden. In beiden Fällen ist der Preis so hoch, daß die schwereren Walzträger (Winkel, UJ-Profile usw.) aus St 31 billiger zu stehen kommen, und aus diesem Grunde vorgezogen werden. Es ist von besonderer Bedeutung, daß die nach der Erfindung in besonders einfacher Weise herstellbaren Zweinahtrohre und Profile, wenn die Schweißnaht symmetrisch angeordnet wird, beim Schweißen gerade bleiben und nicht gerichtet werden müssen. Einnahtrohre können mit Erfolg nur dann gerichtet werden, wenn die Schweißnaht bereits vollkommen abgekühlt ist. Bei den bekannten elektrischen Rohrschweißverfahren müssen zu diesem ZweckWasserbrausen vorgesehen werden, die auf höher gekohlte Stähle und andere härtbare Werkstoffe eine Ab- schreckwirkung ausüben und dadurch spröde Schweißnähte ergeben. Diese Verfahren sind daher auf nichthärtbare Stähle beschränkt oder machen zusätzliche Glühbehandlungen notwendig.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum elektrischen Stumpfschweißen von Rohren und anderen geschlossenen und offenen Profilen, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper gleichzeitig aus zwei oder mehreren Teilen unter Anwendung des bei Einnahtrohren an sich bekannten elektrischenKerbeffektes zusammengeschweißtwird, indem die einzelnen Profilteile durch Anlage gegen auf beiden Seiten angeordneteWiderlager so schräg einander zugeführt werden, daß die Stelle ihres Zusammentreffens und damit die Schweißstelle hinter dem letzten Widerlager liegt und unter dem infolge der durch die Widerlager bedingten Hebelwirkung erzeugten Schweißdruck steht. 2-. Verfahren zum Schweißen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager Elektroden sind. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekerinzeichnet, daß zwecks Regelung des durch die Widerlager bewirkten Schweißdruckes einerseits die Winkelöffnung und der Abstand zwischen den Widerlagern, welchem der Krafthebelarrn entspricht, andererseits der Abstand zwischen Widerlager und Berührungsstelle der Schweißgutkanten, welchem der Lasthebelarm entspricht, wahlweise veränderbar sind. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager auch in der Nahtrichtung verstellbar sind. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager als Rollen ausgebildet sind, die den Schweißstrom zuführen. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager als Rollen ausgebildet sind, deren Mittelebene senkrecht auf der durch die Schweißnähte gelegten Ebene steht. 7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Herstellung zweier Profile vier als Rollen ausgebildete Widerlager (ig bis :2:2) vorgesehen sind, von welchen je zwei auf einer Achse (17, 18) angeordnet sind, und daß die Widerlager zusammen mit ihren Achsen und durch ihre leitende Verbindung mit den zu verschweißenden Werkstückteilen den geschlossenen Sekundärstromkreis eines Transformators bilden. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (17', 18') der Elektrodenrollen (ig bis 22) an den Enden der Achsen (17, 18) angeordnet und gegen ihre Unterlage elektrisch isoliert sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 317 946, 429 632, 46o 615, 648 010, 720 571; französische Patentschriften Nr. 669 88 1, 707 005, 8o8 oi5; USA.-Patentschrift Nr. :2:205 424. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 841 179-