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Elektrische Schweißeinrichtung Die Erfindung betrifft eine elektrische
Schweißeinrichtung zum Kantenzusammenschluß von metallischen Werkstücken, insbesondere
von aus Metallblech rundgebogenen Rohren, welche mit beiderseits des zu schließenden
Werkstückspaltes konzentrisch und parallel zu diesem sowie- in einer geschlossenen
Schleife ohne Spaltdurchquerung verlaufenden induzierten Strömen arbeitet, die von
einem mit Wechselstrom gespeisten, in der Regel geraden Heizleiter erzeugt werden,
der parallel und über den Spaltlängsrändern des parallel zu ihm zu verschiebenden
Rohres oder ähnlichen Werkstückes angeordnet ist.
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Bei diesen Schweißinduktoren hat sich gezeigt, daß sich die induzierten
Ströme, wenn sich der Heizleiter gegenüber den Enden der Spaltränder des Werkstückes
befindet, in der Metallmasse derart verteilen, daß sie in den Ränderendabschnitten
nur mehr eine geringe, für deren festen Zusammenschluß unzureichende oder überhaupt
keine Erwärmung hervorrufen, so daß dieser nicht oder mangelhaft verschweißte Werkstückteil
abgeschnitten werden muß. Dies hat einen Materialverlust zur Folge, der vor allem
bei Werkstücken geringer Länge, insbesondere bei kurzen Rohren von großer Wandstärke
und beträchtlichem Durchmesser, sehr erheblich ist.
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Nach der Erfindung wird diesem Übelstand bei einer elektrischen Schweißeinrichtung
der eingangs gekennzeichneten Bauart mit einfachen Mitteln dadurch abgeholfen, daß
für die Metallwandung des längs eines Spaltes der Kantenverschweißung zu unterwerfenden
Werkstückes an den Ränderenden eine leicht entfernbare Verlängerung vorgesehen ist,
welche die beiderseits des Spaltes diesem entlangfließenden induzierten Heizströme
zur schleifenbildenden Umkehr erst außerhalb der Werkstückstirnfläche veranlaßt.
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Durch diese behelfsmäßig dem Werkstück angefügte Verlängerung wird
auch bei kurzen Werkstücken, wie z. B. bei aus Blechstreifen gebogenen Ringen, eine
von der einen bis zur anderen Stirnfläche durchweg gleichförmig und innig verbindende
Schweißnaht durch induktive Erhitzung der Metallwandung erreicht. Nach Beendigung
des --Schweißvorganges kann der Verlängerungskörper von dem Werkstück, an das er
angeschweißt oder einfach angesetzt sein kann, durch Abschneiden bzw. Abziehen bequem
entfernt werden, und damit ist, da er verhältnismäßig klein bemessen werden kann,
kein erheblicher Metallverlust verbunden, und außerdem besteht die Möglichkeit seiner
Wiederverwendung.
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Es ist bereits bekannt, bei der induktiven Härtung der Ränder von
Schienen am Schienenende einen Ansatzteil anzubringen und zwischen diesem und der
Schiene eine leitende Zwischenlage einzufügen, um die Stromdichte in der Schiene
durch Stromableitung aus der Schienenkante in die Zwischenlage zu verkleinern und
so eine Überhitzung der Kante zu verhindern. Im Gegensatz hierzu handelt es sich
nach der Erfindung nicht um die Vermeidung der induktiven Überhitzung eines Werkstückteiles,
sondern um die Verbesserung einer ungenügenden induktiven Erwärmung eines Werkstückendes
durch dessen vorübergehende Verlängerung.
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Auch hat man für das elektroinduktive Erhitzen von Werkstücken aus
Stahl mit nachfolgendem härtendem Abschrecken schon vorgeschlagen, in die beim Werkstück
vorhandenen Hohlräume ein Füllstück aus ganz oder teilweise nicht ferromagnetischem
Werkstoff guter Leitfähigkeit einzusetzen, um die Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung
der induzierten Ströme in der Nähe von Hohlräumen des Werkstückes zu beheben. Die
erfindungsgemäß an die Ränderenden von längsgeschlitzten Werkstücken zeitweise angefügten
Verlängerungen bezwecken und erreichen dagegen nicht die Vergleichmäßigung von induzierten
Stromlinien, sondern die Verlegung der Umkehrstelle von induzierten Stromschleifen
über die Werkstückstirnfläche hinaus.
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Ferner ist es bekannt, die zu verschweißenden Ränder von längsgeschlitzten
Rohren auf die erforderliche Temperatur dadurch mittels elektrischer Widerstandsheizung
zu bringen, daß ein längs und zwischen den beiden Rohrrändern verlaufender stabförmiger
Leiter am einen Ende an die eine Klemme einer Spannungsquelle
und
am anderen Ende durch Drähte mit dem einen Ende der beiden Rohrränder verbunden
ist und diese am Gegenende an die andere Spannungsquellenklemme angeschlossen sind,
so daß der vom geraden Leiter zugeführte Strom in Parallelverzweigung an den zwei
Rohrrändern entlangfließt. Dabei wirken die den geraden Leiter mit den Enden der
Rohrränder verbindenden Drähte lediglich als elektrisch leitende Brücke zwischen
zwei Metallkörpern und in keiner Weise als im Sinne der Erfindung induktiv tote
Ecken an den Ränderenden beseitigende Werkstücksverlängerungen.
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Die behelfsmäßige Verlängerung von längs eines Spaltes induktiv zu
verschweißenden Werkstücken kann nach der Erfindung im einzelnen dadurch erreicht
werden, daß an die eine bzw. die andere Stirnfläche des Werkstückes ein dessen beide
Ränder an den Enden überbrückendes, diesen gemeinsames Ansatzstück oder zwei je
einem der Ränderenden zugeordnete Ansatzstücke mit abschaltbarem Druck oder durch
eine ein Abschneiden in der Stirnfläche ermöglichende Verschweißung angeschlossen
sind. Dabei können zwei je einen der beiden Werkstückränder an einen bzw. anderen
Werkstückenden verlängernde Ansatzstücke in einem über die Breite des Werkstückspaltes
hinausgehenden gegenseitigen Abstand an die Werkstückstirnfläche angepreßt oder
damit verschweißt sein.
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Es können auch erfindungsgemäß das oder die zur Verlängerung der Werkstückränder
dienenden Ansatzstücke als Bahn nur für die an den beiden Kanten des Werkstückspaltes
konzentrierten und zu diesen parallelen Ströme dienen und zur Schließung der beiden
ohne Spaltdurchquerung verlaufenden beiden Stromschleifen je ein zwei Ansatzstücke
auf der gleichen Seite des Werkstückspaltes verbindendes Kabel vorgesehen sein.
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Ferner kann nach der Erfindung die Anordnung auch so getroffen sein,
daß als Träger für das eine bzw. das andere Ende des Werkstückes je einer von zwei
auf der Gerätegrundplatte abgestützten Dornen dient, die je ein oder zwei Ansatzstücke
für die Verlängerung der Enden der beiden Werkstückränder aufweisen und in eine
zur Halterung des Werkstückes an dem oder den Ansatzstücken dienende Verlängerung
übergehen und von denen mindestens der eine parallel zur Richtung des geraden Werkstückspaltes
gegenüber der Gerätegrundplatte verschiebbar und mit Druck an die Enden der Werkstückränder
anlegbar ist.
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Bei dieser Verwirklichung der Erfindung können das oder die Ansatzstücke
auf einen Teil ihrer Länge in Aussparungen ihres Dornes gehalten sein und mit dem
anderen Längsteil frei über einem Ausschnitt des Dornes liegen, oder es kann die
Berührungs- und .Stirnfläche des oder der Ansatzstücke kugelig ausgebildet und das
Ende eines jeden Werkstückrandes mit einer zur Aufnahme eines abgerundeten Ansatzstückendes
geeigneten Aussparung versehen sein, oder es können das oder die Ansatzstücke auch
an einem um einen Zapfen verschwenkbaren Halter sitzen.
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Bei Verschweißen von aus Metallblech rundgebogenen Rohren kann die
elektrische Schweißeinrichtung nach der Erfindung vorteilhaft so ausgebildet sein,
daß der Induktor zwischen zylindrischen, mit :den Ansatzstücken für das Rohr versehenen
und dieses zwischen sich in Lage haltenden Dornen verschiebbar ist, die in auf der
Gerätegrundplatte in Lagerträgern geführt sind, von denen mindestens einer gegenüber
dieser zum Anpressen der Ansatzstücke an die Rohrenden verschiebbar ist. Auch können
für rundgebogene Metallrohre zwei zylindrische, die Ansatzstücke für das Rohr tragende
und zu dessen Halterung dienende Dorne auf der Gerätegrundplatte gegenüber dem zwischen
ihnen fest angeordneten Induktor synchron miteinander mit Hilfe von sie führenden
Lagerständern verschiebbar und mit Druck an die Enden des Rohres anlegbar sein.
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Die Zeichnung veranschaulicht das elektrische Induktionsschweißgerät
nach der Erfindung beispielsweise in mehreren Ausführungsformen und läßt auch das
mit ihm ausübbare Verfahren näher im einzelnen erkennen.
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Abb. 1 stellt schematisch das erfindungsgemäß zu vervollkommnende
bekannte Verfahren zur induktiven Nahtverschweißung von Werkstücken mittels eines
zu deren Spalt parallelen Heizleiters an Hand eines aus Metallblech rundgebogenen
Rohres dar, und Abb. 2 zeigt den sich dabei in den beiden Rohrrändern ergebenden
Verlauf der vom Heizleiter induzierten Ströme; Abb. 3 läßt wiederum schematisch
die Anwendung von an die Enden der Ränder eines längsgeschlitzten Metallblechrohres
nach der Erfindung angesetzten Verlängerungsstückes und die dadurch erreichte, gegenüber
Abb. 2 geänderte Verteilung der sekundären Stromlinien erkennen; Abb. 4 gibt schaubildlich
eine Vorrichtung zum Halten und Andrücken der Verlängerungsstücke an den Endflächen
des aus Metallblech rundgebogenen, zu verschweißenden Rohres der Abb. 3 wieder,
und Abb. 5 ist ein Querschnitt durch die Verlängerungsstücke und das Rohr; Abb.
6 zeigt schaubildlich einen Induktor bekannter Bauart mit über und parallel den
Rändern des geschlitzten Rohres angeordnetem induzierendem Heizleiter.
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Abb. 7 und 8 zeigen in Seitenansicht und in Draufsicht die praktisch
bauliche Ausbildung eines elektrischen Induktionsschweißgerätes für die erfindungsgemäß
erfolgende Verbindung der Ränder von geschlitzten Blechbandringen oder kurzen runggebogenen
Metallblechrohren unter Verwendung eines längs des Werkstückes verschiebbaren Induktors;
Abb. 9 und 10 veranschaulichen in Seitenansicht und Draufsicht eine Ausführung eines
mit feststehendem Induktor und verschiebbarem Werkstück arbeitenden elektrischen
Induktionsschweißgerätes für den Zusammenschluß der Ränder von Blechringen oder
kurzen Rohren nach der Erfindung; Abb. 11 und 12 lassen in Seitenansicht und im
Schnitt nach der Geraden A-A in Abb. 11 die Form der Verlängerungsstücke und deren
Halterung in einem Träger näher am Einzelnen erkennen, und Abb. 13 zeigt in Draufsicht
ein Verlängerungsstück für sich allein.
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Abb. 14 stellt schematisch eine abgeänderte Ausführungsform der Verlängerungsstiicke
mit schwenkbarem Halter dar und deutet gleichzeitig die Verteilung der in den Werkstücksrändern
und den Verlängerungsstücken induzierten Ströme mit Hilfe von durch ihren Abstand
die Stromdichte anzeigenden Linien an; Abb. 15 gibt eine weitere Möglichkeit der
Verwirklichung der Erfindung wieder, bei welcher die je an den Enden des gleichen
Randes des zu verschweigenden Rohres angesetzten zwei Verlängerungsstücke miteinander
durch einen äußeren, den Weg der induzierten Ströme schließenden Leiter verbunden
sind; aus Abb. 16 ist ein gleichzeitig mit den beiden Rändern eines geschlitzten
Werkstückes an deren Endflächen in inniger Berührung stehendes, an einem schwenkbaren
Halter
befestigtes Verlängerungsstück ersichtlich. In allen Abbildungen sind die gleichen
Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Abb. 1 zeigt ein aus Metallblech rundgebogenes Rohr 1 von kreisförmigem
Querschnitt 3, dessen Längsränder einen geraden Schlitz 2 begrenzen, an dem entlang
sie durch Nahtverschweißung verbunden werden sollen. Die Kanten der Rohrränder können
dabei miteinander zur Berührung gebracht oder voneinander durch einen schmalen Längsspalt
getrennt sein. Die Erhitzung der Ränder wird durch einen Induktor bewirkt, welcher
einen über und parallel dem geraden Längsschlitz 2 liegenden leitenden Stab 5 aufweist,
der mit Strom durch die Leiter 4 gespeist wird, welche an eine geeignete Wechselstromquelle
von hoher oder mittleren Frequenz angeschlossen sind. Im einzelnen kann dieser Induktor
in an sich bekannter Weise gemäß Abb. 6 so ausgeführt sein, daß der Stab 5 die den
Schlitz 2 begrenzenden beiden Kanten des Rohres 1 in einem geringen Abstand von
dessen Oberfläche bedeckt und in einer Längsnut eines Magnetkerns 12 mit zwei zum
Längsschlitz 2 des Rohres 1 parallelen und je einem der beiden Rohrränder gegenüberliegenden
Polschuhen angeordnet ist, während die Speiseleiter 4 an die Enden des Stabes 5
durch Zwischenstücke angeschlossen sind, welche senkrecht zu diesem in der durch
den Schlitz 2 gehenden Ebene verlaufen und in zum Stab 5 parallele, an die Wechselstromquelle
angeschlossene weitere Leiter übergehen.
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Da der Induktor auf diese Weise symmetrisch zu der durch den geraden
Schlitz 2 bestimmten Ebene ausgebildet und mit einem den Heizstab umschließenden
Magnetkern versehen ist, werden (vgl. Abb. 2) in der Masse der Ränder des Rohres
1 seitlich des Schlitzes 2 zwei Sekundärströme T 1 und 12 induziert, welche
in der gleichen zum Rohrschlitz parallelen Richtung verlaufen und dann über die
Rückkehrbahnen Ir ihren Weg nehmen. Die nahe dem Schlitz 2 fließenden stark
konzentrierten Ströme I1 und 12 sind in ihrer Heizwirkung auf die Ränder des Rohres
1 beschränkt und bringen diese daher auf Schweißtemperatur, während sich die Rückströme
T r j e über eine große seitliche Fläche der Rohrwandung verteilen und daher
nur eine verhältnismäßig geringe thermische Wirkung ausüben. Da die induzierten
Ströme beiderseits des Rohrschlitzes 2 sich je in der Form einer unabhängigen Schleife
I 1 I r und 12 T r ausbilden und an keiner Stelle den Schlitz 2 durchqueren,
so ist ihre Heizwirkung praktisch unabhängig von dem Zustand und der Entfernung
der einander gegenüberliegenden Rohrränder.
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Das Rohrstück 1 verschiebt sich unter dem Induktor 4, 5 in der Richtung
des Längsschlitzes 2, und dabei werden seine Ränder auf ihrer ganzen Länge erhitzt,
während eine geeignete, nicht dargestellte Preßvorrichtung einen starken seitlichen
Druck auf die den Rändern benachbarten Rohrwände ausübt, sobald die Ränder die Temperatur
erreicht haben, die sie in einen plastischen Zustand überführt und dadurch ihre
feste Verschweißung ermöglicht. Der Induktor kann natürlich statt der aus Abb. 6
ersichtlichen Bauart auch irgendeine andere Ausführung erhalten, bei der ein induzierender
Hauptleiter 5 mit einem den magnetischen Kopplungsfluß an dem Werkstückschlitz `konzentrierenden
Magnetkern zusammenarbeitet und mit symmetrisch zum Rohrschlitz angeordneten Stromzuführungsleitern
an jedem seiner beiden Enden in Verbindung steht.
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Bei der Benutzung eines Schweißinduktors der beschriebenen Art hat
sich in der Praxis gezeigt, daß die Enden der Ränder der geschlitzten Werkstücke,
insbesondere von rundgebogenen Rohren, nicht oder nur mangelhaft verschweißt werden
und die Ursache hierfür in einer ungenügenden Erhitzung der in Abb. 2 schraffiert
angedeuteten Eckenzonen Z1 und Z2 des Werkstückes liegt. In dem Augenblick nämlich,
wo der Induktor sich an dem einen Ende des Spaltes 2 des geschlitzten Werkstückes,
z. B. eines rundgebogenen Rohres, befindet, verteilen sich die Sekundärstromlinien
in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weise. Die konzentrierten Ströme 11 und
T 2 werden, statt bis zur runden Abschlußfläche des Rohres 1 zu verlaufen,
vorher zerstreut und verteilen sich so in der Rohrwandung über je eine viel zu große
und breite Fläche seitlich des Schlitzes 2. Die sich daraus ergebende Verminderung
der Stromdichte hat eine ganz empfindliche Verringerung der Heizwirkung in den Zonen
Z 1 und Z 2 des Werkstückes zur, Folge, welche daher die für die Erzielung des plastischen
Zustandes der Rohrwandung notwendige Temperatur nicht erreichen, sondern vielmehr
einfach aneinandergeklebt oder überhaupt nicht miteinander verbunden werden. Die
beiden Enden des Blechrohres 1, welche diese Zonen enthalten, müssen daher abgeschnitten
werden, was zum Verlust von Metall führt, der prozentual um so größer ist, je kürzer
in der Längsrichtung das Werkstück ist.
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Diesem Übelstand wird nach der Erfindung in einfacher Weise dadurch
abgeholfen, daß die Bahnen der konzentrierten Ströme T 1 und T 2 über
die Endfläche des geschlitzten Werkstückes, z. B. des rundgebogenen Rohres, hinaus
künstlich in der in Abb. 3, 14, 15, 16 beispielsweise ersichtlichen Art verlängert
werden. Diese Verlängerung der Stromlinienwege wird mit Hilfe von leitenden Ansatzstücken
6 und 7 erreicht, welche sich an das geschlitzte Werkstück, z. B. das rundgebogene
Rohr, in der Richtung der beiden Kanten des Schlitzes 2 unmittelbar anschließen.
Die zu diesen parallelen Ströme 11 und T 2 verbreiten sich dann erst
in den Verlängerungsstücken 6 und 7, und ihre konzentrierte Heizwirkung bleibt somit
gleichförmig auf die ganze Länge der Werkstückränder bis zum Ende des Schlitzes
2 aufrechterhalten und ergibt eine vollständig und innig geschlossene Schweißnaht
auch in den Eckzonen Z 1 und Z 2 der Abb. 2.
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Diese Verlängerungsstücke müssen vorzugsweise folgenden Bedingungen
entsprechen: Siemüsseneinepraktisch der Dicke zu verschweißenden Werkstückränder
gleiche Dicke aufweisen und eine der Leitfähigkeit des Metalls des Werkstückes nahekommende,
zweckmäßig sie übertreffende elektrische Leitfähigkeit mindestens bei der Schweißtemperatur
besitzen. Ferner müssen die in möglichst gutem Kontakt mit der Stirnfläche des Werktückes,
z. B. des Rohres, stehen, so daß der Übergangswiderstand auf ein Minimum verringert
ist. Auch müssen sie einen praktisch höheren Schmelzpunkt als das Metall des Werkstückes
haben, und schließlich müssen sie so ausgeführt und angeordnet werden, daß sie nicht
das Zusammendrücken und Verschmelzen der Werkstücksränder beim Schweißvorgang hindern.
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Hinsichtlich der Abmessungen der Verlängerungsstücke hat ferner die
Praxis gezeigt, daß ihre Breite und Länge vorzugsweise ein Vielfaches der Eindringtiefe
des Stromes in die Metallmasse des Werkstückes sein soll, damit unter möglichst
günstigen Bedingungen der Eintritt der konzentrierten Ströme I1 und 12 und
der Austritt der in den Seitenwänden des Werkstückes sich verbreitenden Rückströme
I y erfolgt. Für eine Induktionsfrequenz von 4000 Hz ist die Eindringtiefe
der induzierten Ströme in Stahl in der
Größenordnung von 8 mm, und
die Verlängerungsstücke 6 und 7 erhalten z. B. eine Breite und eine Länge von je
40 mm, d. h. von dem fünffachen Wert der Eindringtiefe. Versuche haben ferner ergeben,
daß sich besonders Wolfram für die Herstellung der Verlängerungsstücke vorteilhaft
eignet.
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Die Verlängerungsstücke können entweder unmittelbar an das Werkstück,
z. B. das Rohr, angeschweißt sein, oder sie werden an dessen Abschlußfläche mit
starkem Druck angepreßt und sind hierfür mit sich möglichst innig an das Werkstückende
anlegenden Stirnflächen ausgebildet. Da bei Verschweißung mit dem Werkstück die
Verlängerungsstücke von diesem nach der Beendigung des Schweißvorganges abgeschnitten
werden müssen, was eine besondere Fertigungsmaßnahme erfordert, ist es wirtschaftlich
vorteilhafter, sie einfach an das Werkstück als leicht davon lösbare Körper fest
anzudrücken, was mit Hilfe von Haltern geschehen kann, welche sie nur während des
Schweißvorganges mit dem Werkstück, z. B. dem Rohr, zu einer baulichen Einheit zu
vereinen und sie nach der Schweißung von diesem ohne weiteres abzunehmen gestatten.
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Um einen guten elektrischen Kontakt der Verlängerungsstücke mit dem
Werkstück zu erreichen, bedient man sich (vgl. Abb. 3) vorzugsweise zweier voneinander
unabhängiger Verlängerungsstücke 6 und 7, welche in einem solchen Abstand voneinander
angeordnet sind, daß sie einen bestimmten Längsspalt zwischen ihren die Kanten des
Werkstückschlitzes verlängernden Rändern aufweisen. Dabei muß dafür Sorge getragen
werden, daß dieser Spalt weiter als der Abstand der zu verschweißenden Werkstückränder
ist, und er muß vorzugsweise so breit gewählt werden, daß er einer gewissen Abplattung
der Werkstückränder bei deren Zusammenpressen Rechnung trägt und sich diesem Vorgang
nicht widersetzt, da hierbei die Ränder des Werkstückes, z. B. des rundgebogenen
Rohres, in plastischem Zustand ineinander eindringen und sich gegenseitig zerquetschen,
was zur Folge hat, daß eine bestimmte Metallmenge nach der Außenseite und in das
Innere des Rohres abfließt, wo dieses abgedrängte Metall Tröpfchen bildet.
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Wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, können die beiden Verlängerungsstücke
6 und 7 in der Form von Leisten oder Fingern in Aussparungen eines zylindrischen
Dornes 8 eingebettet sein, welcher einen Ausschnitt 9 aufweist, der die Einführung
der Finger in die Aussparungen ermöglicht. Jeder dieser beiden Finger 6, 7 endet
in eine Stirnfläche 6u bzw. 7a, welche dazu bestimmt ist, mit dem zu verschweißenden
rundgebogenen Rohr 1 in Berührung zu kommen, das in Abb. 4 in gestrichelten Linien
angedeutet ist. Um hierbei zwischen dem Rohr und den Fingern einen guten elektrischen
Kontakt zu erreichen, ist in jeder Fingerstirnfläche 6 a bzw. 7a, wie Abb. 11 und
13 zeigen, eine Nut 30 ausgespart, so daß bei jedem Finger die Kontaktfläche auf
zwei seitliche ebene Streifen 6 b und 7 b beschränkt ist, die leichter und zuverlässiger
als die ganze Fingerstirnseite zur innigen Berührung mit der Abschlußfläche des
Rohres gebracht werden können und praktisch auch zur Kontaktgebung genügen.
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Der zylindrische Dorn 8 (vgl. Abb. 4) endet über die einschnürende
Ringfläche 10 in eine ebenfalls zylindrische Verlängerung 11, auf welche der Ausschnitt
9 sich erstreckt und die einen dem Innendurchmesser des zu verschweißenden Rohres
1 gleichen Durchmesser aufweist. Wenn das Rohr 1 auf die Dornverlängerung 11 aufgeschoben
wird, kommt seine Stirnfläche zum Anliegen an die ebenen Endflächen 6 b und 7 b
der Finger 6 und 7 und stößt außerdem auf die Ringfläche 10 des Dornes B. Beim Schweißen
werden dann die von den Rohrrändern kommenden konzentrierten Heizströme durch die
Stirnflächen 6 b und 7 b der Finger 6 und 7 in diese (vgl. Abb. 3) eingeführt und
treten von .da in die seitlich des Schlitzes 2 liegenden Wandungsteile des Rohres
1 über. Da der Mittelteil der Fingerstirnfläche 6 a und 7 a nicht an der Stromüberleitung
teilnimmt, bedeutet seine nutenförmige Aussparung keine Verminderung der wirksamen
Kontaktfläche der Finger 6, 7, sondern vielmehr eine Verbesserung der Kontaktgebung.
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Die Breite der ebenen stromüberleitenden Teile 6 b und 7 b der Stirnflächen
der leistenförmigen Finger 6 und 7 ist in der Zeichnung zur Verdeutlichung der Darstellung
wesentlich kleiner angenommen, als der Wirklichkeit entspricht, welche eine ein
Mehrfaches der Rohrwandungsdicke betragende Breite verlangt. Die Lage der einander
gegenüberstehenden Ränder der Finger 6 und 7 zu den Seitenflächen des geraden Rohrschlitzes
2 ist, wie Abb. 5 zeigt, so gewählt, daß diese Fingerränder beiderseits des Rohrschlitzes
gegenüber dessen Begrenzungsflächen etwas zurückversetzt sind, so daß sie das Zusammenschmieden
der Rohrränder gestatten. Auch die Gesamtheit des Dornes 8, 11 und der Finger 6,
7 ist im einzelnen so ausgebildet, daß die gegenseitige Annäherung der Ränder des
Rohres 1 und deren Ineinanderpressen durch die darauf beim Schmiedevorgang ausgeübte
seitliche Druckwirkung ungestört stattfinden kann.
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Jeder der beiden Finger 6 und 7 weist gemäß Abb. 4 und 12 einen mit
Reibung in einer Aussparung 32 des Dornes B geführten Teil auf, an dem eine am Dorn
abgestützte starke Feder 31 angreift, welche den Finger nach der Stirnfläche des
auf die Dornverlängerung 11 aufgeschobenen Rohres drückt. Die Federn 31 werden so
gewählt, daß sie zur Erzielung einer einwandfreien Kontaktgebung zwischen Rohr und
Finger einen hohen Druck, z. B. in der Größenordnung von 3 kglmm2, auf den Finger
ausüben. Die Finger bestehen entweder ganz oder mindestens an ihren wirksamen, am
Rohr anliegenden und an der elektrischen Stromleitung beteiligten Enden zweckmäßig
aus Wolfram oder einem ähnlichen Metall, damit sie nicht Gefahr laufen, an die Rohrränder
angeschweißt zu werden, wenn diese ihren plastischen Zustand bei 1300 bis 1400°
C bei einem aus Stahlblech rundgebogenen Rohr erreicht haben. Die gute elektrische
Leitfähigkeit des W olfsrams begünstigt gleichzeitig in Verbindung mit der Güte
des Kontaktes den Stromübergang zwischen Rohr und Finger und erhält einen befriedigenden
Heizwirkungsgrad aufrecht.
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Das in Abb. 7 und 8 veranschaulichte, zur Verschweißung von rundgebogenen
Rohren dienende elektrische Induktionsschweißgerät weist einen Induktor 4 der in
Abb. 6 dargestellten Bauart mit stabförmigem induzierendem Heizleiter und einen
diesen Induktor tragenden verschiebbaren Wagen 23 mit auf Schienen 29 laufenden
Rädern 24 auf. Zum Antrieb des Wagens 23 dient ein in diesem eingebauter elektrischer
Motor 26, der zwei auf einer gemeinsamen Welle sitzende Ritzel 25 in Umdrehung versetzt,
die je mit einer Zahnstange 27 kämmen. Der Wagen 23 trägt außerdem zwei Paare von
Rollen 14 und 15, von denen die Rollen 14 das zu verschweißende, aus Metallblech
rundgebogene Rohr 1 gegenüber dem Heizstab 4 des Induktors in Lage zu halten haben
und die Rollen 15 zur Erzeugung der auf das Rohr zwecks Verschweißung der Rohrränder
auszuübenden starken seitlichen Druckces dienen. Die Verschiebung des
Induktors
4 längs des Rohres 1 erfolgt beim Schweißvorgang in der in Abb. 7 eingezeichneten
Pfeilrichtung.
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An den beiden Enden der Grundplatte des Indüktio.nsschweiß:gerätes
sind zwei Lagerträger 21 und 22 angeordnet, in welche die mit den Verlängerungsfingern
6, 7 versehenen zylindrischen Dorne 8 eingesetzt sind und von denen der eine Lagerträger
22 mit Hilfe zweier mit den Zahnstangen 27 im Eingriff stehender Ritzel28 in der
Richtung der Dornachse verschiebbar ist. Um das rundgebogene Rohr 1 mit seinen durch
einen geraden Längsschlitz getrennten Rändern auf die Dorne 8 aufzubringen, wird
zunächst der Lagerträger 22 mit seinem Dorn 8 entgegen der in Abb. 7 eingetragenen
Pfeilrichtung um einen das Aufschieben des Rohres 1 auf den Dorn 8 des anderen Lagerträgers
21 ermöglichenden Betrag verstellt und erst nach diesem Anschlußvorgang dem Rohr
zur Einführung seines Dornes 8 in das benachbarte Rohrende wieder genähert und in
eine das Rohr 1 zwischen den beiden Dornen 8 festklemmende und die beiden Fingerpaare
6, 7 an die Rohrenden anpressende Lage gebracht.
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Die Länge des aus den Dornen 8 frei herausstehenden Teiles der Finger
6, 7 ist so gewählt, daß man den Induktor 4 einem jeden der beiden Enden des Blechrohres
1 nähern kann. Zur Ausführung der Schweißung bringt man den Wagen 23 mit dem Induktor
an das linke Ende :des Rohres, worauf man den Induktor unter Strom setzt und so
an diesem Rohrende durch Induktionswirkung die Rohrränder erhitzt. Sobald diese
ihren plastischen Stand erreicht haben, bewirken die unter Druck stehenden und die
Rohrränder aneinanderpressenden Rollen 15 deren vollkommene Verschweißung. Die Geschwindigkeit,
mit welcher der Wagen bei der Verschweißung des ganzen Rohres von links nach rechts
bewegt wird, bestimmt sich nach der Dicke der Rohrwandung und nach den elektrischen
Eigenschaften des Induktors und des Speisestromes. Während dieser Verschiebung des
Wagens 23 halten die Rollen 14 die Rohrränder in Form und sichern gleichzeitig ihre
genaue Lage zum Induktor, so daß stets die gleichen Induktionsbedingungen gewährleistet
sind. Sobald der Induktor 4 den das rechte Ende des Rohres 1 tragenden Dorn 8 erreicht
hat, ist die Schweißung beendet, und das Rohr kann von den Dornen abgenommen werden,
nachdem das Lager 22 neuerdings entgegen dem in Abb.7 angedeuteten Pfeilsinn verschoben
worden ist.
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Bei dem aus Abb. 9 und 10 ersichtlichen elektrischen Induktionsschweißgerät
für aus Stahlblech rundgebogene Rohre ist der Induktor 4 ruhend angeordnet und mit,den
Halterollen 15 und mit den Druckrollen 14 auf einem Sockel 16 aufgebaut. Die Speisung
des nach Abb. 6 mit einem .geraden, stabförmigen Heizleiter ausgebildeten Induktors
erfolgt durch einen mit dein Stromzuführungsleitern für den Heizstab zu einem Block
13 baulich vereinigten Spannungsherabsetzungstransformator mit einem Hochfrequenzstrom
von großer Stärke in der Größenordnung von mehreren Millionen Ampere, und die Frequenz
dieses Wechsel-Stromes wird nach der Dicke der Rohrwandung bestimmt und vorzugsweise
in dem Bereich zwischen 1000 und 10000 Hz für. rundgebogene Stahlrohre üblicher
Ausführung gewählt.
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Wie bei der Vorrichtung nach Abb. 7 und 8 wird auch bei dem in Abb.
9 und 10. wiedergegebenen Induktionsschweißgerät das rundgebogene Stahlblechrohr
1 auf die zwei Dorne 8 aufgeschoben, die in den beiden Lagern 17 gehalten sind,
die durch eine. Verbindungsstange 21 zu einer starren Gesamtheit vereinigt und so
gemeinsam und synchron durch j e einen Motor 20 mittels eines mit einer Zahnstange
19 kämmenden Ritzels 18 verschiehbar sind. Die dadurch erreichte Längsverschiebung
des Rohres 1 erfolgt bei dessen Verschweißung, wie in Abb.9 durch einen Pfeil angedeutet,
von links nach rechts an dem feststehenden Induktor 4 vorbei, der hierbei schrittweise
die Rohrränder auf deren ganze Länge erhitzt und in Zusammenwirken mit den Druckrollen
15 verschweißt.
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Wenn es sich darum handelt, rundgebogene Rohre von verhältnismäßig
starker Wanddicke und großem Durchmesser und daher von erheblichem Gewicht zu verschweißen,
ist es angezeigt, diese Rohre durch einen oder mehrere z. B. bügelförmige Halter
abzustützen, die längs der Grundplatte des Induktionsschweißgerätes verteilt sind.
Auf diese Weise kann man die Dorne vor übermäßigen Biegungsbeanspruchungen bewahren,
welche durch das Gewicht des Rohres hervorgerufen werden, und man kann sie sogar
vollständig entlasten und ihre Aufgabe auf das Festhalten und Führen der Verlängerungs-
und Kontaktfinger beschränken.
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Wie Abb. 14 zeigt, kann man auch hydraulischen Druck zum Anpressen
der Verlängerungsstücke an die Stirnfläche des Werkstückes benutzen. Gemäß Abb.
14 stehen die beiden Verlängerungsstücke 33 und 34 unter der Einwirkung von zwei
elektrisch-hydraulischen Pressen 39, 41 und 40, 42 geeigneter Bauart, deren Kolben
39 und 40 an ihnen unter Vermittlung von durch Zapfen 37 und 38 angelenkten Zwischengliedern
35 und 36 angreifen. Die Verlängerungsstücke sind dabei seitlich des Werkstückspaltes
2 etwas gegenüber den diesen bildenden Kanten der Werkstückränder zurückversetzt,
um das Ineinanderquetschen dieser Ränder während des Schweißvorganges zu ermöglichen.
Die Verlängerungsstücke bestehen zweckmäßig auch gemäß Abb. 14 aus Wolfram, dessen
elektrischer Widerstand in der Nähe von 1300° C ungefähr 40 - 10° Ohin/cm beträgt,
während der Widerstand des Stahles des Werkstückes 1 viel größer bei dieser Temperatur
ist.
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Die Erhitzung der Enden des Werkstückes 1 ist auch bei der Ausführung
der Erfindung nach Abb. 14 ähnlich wie bei Abb. 3 durch die zu dem Werkstückschlitz
2 parallelen konzentrierten Sekundärströme J1 bestimmt, die in die Verlängerungsstücke
33 und 34 übertreten und längs der Bahnen Jrl und 1r2 in das Werkstück 1 zurückkehren.
Infolge des bis an das Werkstückende durch die Verlängerungsstücke 33, 34 für .die
Ströme J1 und 12 erreichten hohen Grades von Dichte und Gleichförmigkeit ist auch
eine starke und gleichbleibende Erhitzung der Werkstückränder bis an das äußerste
Ende des Spaltes 2 gewährleistet. Die hohe Konzentration der Strombahnen J1, J2
wird in den Ecken des Werkstückes an dessen Abschlußfläche nicht nur aufrechterhalten,
sondern auf Grund der Verlängerungsstücke 33, 34 an diesen Stellen sogar gesteigert,
was die Wärmeverluste durch thermische Leitung in den Verlängerungsstücken ausgleicht.
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Wie Abb. 15 zeigt, kann die Erfindung auch in der Weise verwirklicht
werden, daß von den an den beiden Enden des Werkstückes, z. B. des Rohres 1., angesetzten
vier -\.'erlängerungsstücken 43 bis 46 die zwei auf der einen und die zwei auf der
anderen Seite des -Spaltes 2 liegenden Stücke 43, 45 bzw. 44, 46 je durch ein-einen
großen Querschnitt aufweisendes Kabel 47 bzw. 48 verbunden sind, das die schleifenförmige
Führungsbahn für die durch den gestrichelt angedeuteten Induktor 4, 5 erzeugten
Ströme J1, J2 schließt, die unter dem Induktor konzentriert sind und in dem zwischen
diesem
und dem einen bzw. dem anderen Ende des Rohres 1 gelegenen Teil der Rohrwandung
sich (vgl. die gestrichelten Stromlinien in Abb. 15) zerstreuen und verteilen. Jedes
Verlängerungsstück wird nur in einer Richtung von den Strömen 11 bzw. J2
durchflossen, und die von diesen unter dem Induktor 4, 5 jeweils erhitzten Teile
der Werkstückränder werden durch die Druckrollen 14 zum Verschweißen gebracht.
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Gemäß Abb. 16 ist an Stelle eines Paares von Verlängerungsstücken
am Werkstückende nur ein einziges Verlängerungsstück 50 vorgesehen, das mit starkem
Druck an die Stirnfläche des Werkstückes, z. B. des Rohres 1, angepreßt wird, wozu
eine hydraulische Presse 53 dient, welche auf das Verlängerungsstück 50 mittels
eines in den Zapfen 52 verschwenkbaren Zwischengliedes 51 wirkt. Die Breite des
Stückes 50 ist so gewählt, daß eine Verlängerungs- und Umkehrbahn gleichzeitig für
die beiden konzentrierten Heizströme 11 und 12 erreicht ist, die sich nach
Durchgang durch das gemeinsame Verlängerungsstück 52 an den seitlichen Wänden des
Rohres nach den Linien J r 1
und 1r2 verteilen. Der auf die Stirnfläche des
Rohres 1 durch das Verlängerungsstück 50 ausgeübte Druck muß so eingestellt werden,
daß er sich nicht dem Zusammenpressen der Rohrränder durch die hierfür vorgesehenen
Rollen widersetzt, deren Angriff sehr kräftig sein kann.
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Man kann die beiden Stirn= und Abstützflächen des Rohres 1 und ebenso
die wirksame Fläche des Verlängerungsstückes 50 auch polieren, so daß unter Aufrechterhaltung
eines guten Kontaktes durch Druckwirkung zwischen diesen Flächen das relative Gleiten
der Rohrränder bei deren Zusammenpressen gegenüber dem gemeinsamen Verlängerungsstück
50 nicht gehindert ist. Während bei Verwendung je eines gesonderten Verlängerungsstückes
für jeden der beiden Werkstückränder in der Art z. B. der Abb. 3 und 4 ein unmittelbares
Anschweißen der einzelnen Verlängerungsstücke in Form von Fingern oder Leisten aus
Stahl an den zugehörigen Werkstückrand mit nachfolgendem Abschneiden nach Durchführung
der Verschweißung möglich ist, verbietet sich dies praktisch bei Benutzung eines
einzigen, den Werkstückspalt überbrückenden Verlängerungsstückes gemäß Abb. 16,
weil dieses bei starrer Verbindung mit dem Werkstück sich dem Zusammenpressen der
Werkstückränder durch die Druckrollen und damit dem Schließen des Werkstückspaltes
widersetzt.
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Die in Berührung befindlichen Flächen der Verlängerungsstücke und
des Werkstückes können, statt wie in Abb. 4 und 11 bis 16 als parallele Ebenen ausgebildet
zu sein, auch eine abgerundete Form erhalten, und dabei kann man die Verlängerungsstücke
mit ihrer kugeligen Endfläche auch in eine entsprechend gestaltete Aussparung des
Werkstückendes eingreifen lassen und dadurch im Falle der Verschweißung eines rundgebogenen
Metallblechrohres gleichzeitig zur Verhinderung einer etwaigen ungewollten Drehung
des Rohres um seine Achse bei Schweißvorgang ausnutzen. Zweckmäßig ist es, die abgerundeten
Berührungsflächen der Verlängerungsstücke zu polieren, um den elektrischen Übergangswiderstand
für die sie durchquerenden Ströme auf ein Mindestmaß zu verringern.
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Zum Anpressen der mit ebener oder abgerundeter Berührungsfläche ausgebildeten
Verlängerungsstücke an die zugehörige Stirnfläche des Werkstückes kann man an Stelle
von hydraulischen oder rein mechanischen Druckmitteln auch eine pneumatische oder
elektromagnetische Druckwirkung verwenden. An Stelle von Wolfram ist auch jedes
andere gut elektrisch leitende und dabei einen verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt
aufweisende Metall für die Ansatzstücke geeignet.