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Vorrichtung und Verfahren zum induktiven Schweißen der Längsnaht eines
Rohres im Durchlaufverfahren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum induktiven Schweißen der Längsnaht eines Rohres im Durchlaufverfahren mit einem
einzigen Induktionsleiter zwischen den Schweißkanten und mit Magnetrückschluß.
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Es sind Verfahren zum induktiven Aufheizen der Kanten eines vorgeformten
Rohres bekannt, nach denen ein Induktionsleiter mittels verschiedener Vorrichtungen
an die Kanten des Rohres gelegt wird, wobei die Rückstromleiter der Vorrichtung
in Abständen über dem Umfang des Rohres verteilt sind. Dabei wollte man nur eine
Oberflächen- oder Hautaufheizung bewirken, während das übrige Metall in seiner gesamten
Dicke durch Wärmeleitung erhitzt werden sollte. Der in der Nähe der Oberfläche liegende
Teil der Kanten wird dadurch vor dem inneren Kern auf Schmelztemperatur erwärmt,
wodurch eine ungleichmäßige Schweißnaht entsteht. Mit den bekannten Vorrichtungen
wird auch eine größere Fläche erwärmt als notwendig oder erwünscht ist, weil zur
Erzielung der besten Schweißnaht der Rand nur bis zu einem Mindestabstand auf dem
Rohrumfang von der Kante erwärmt werden darf. Durch eine auf dem Umfang zu weit
reichende Erwärmung wird eine zu große Stauchung des geschmolzenen Metalls bewirkt.
Zur Erzielung der besten Stumpfnaht ist es erforderlich, nur die Kanten der einander
gegenüberliegenden Flächen des vorgeformten Rohres längs der zu verbindenden Flächen
schnell auf Schmelztemperatur zu erwärmen. Ferner muß die Erwärmung gleichmäßig
in radialer Richtung bzw. quer durch die Ränder des Rohres fortschreiten, damit
eine gleichmäßige Erwärmung im gesamten Querschnitt der Ränder unabhängig von der
Dicke des Werkstoffes erreicht wird. Bei den bekannten Vorrichtungen ist auch der
magnetische Kraftfluß nicht hinreichend auf die zu erwärmende Zone konzentriert,
wodurch erhebliche Kraftflußverluste entstehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
induktiven Schweißen der Längsnaht eines Rohres im Durchlaufverfahren zu schaffen,
mit der ein schmaler Rand eines Werkstükkes schnell auf Schmelztemperatur zum Zusammenschweißen
gebracht werden kann. Die Vorrichtung soll einen hohen Wirkungsgrad haben und mit
geringem Verlust an magnetischem Kraftfluß arbeiten. Ferner soll der Werkstoff an
den Kanten beim Schweißen so wenig wie möglich gestaucht werden.
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Diese Aufgabe wird gemäß .der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei parallele
Rückstromleiter nebst zwei den Induktionsleiter umfassenden Magnetrückschlüssen
sowohl symmetrisch zur radialen wie auch symmetrisch zur tangentialen Mittelebene
der Schweißnaht angeordnet sind.
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Bei der praktischen Ausführung sind der Induktionsleiter und die zwei
Rückstromleiter parallel zueinander und in einer Ebene angeordnet, die durch die
Mittelachse des zu schweißenden Rohres geht. Zweckmäßig sind die Magnetrückschlüsse
an den Innenseiten der Rückstromleiter befestigt.
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Mit einer solchen Anordnung wird gemäß der Erfindung der magnetische
Induktionsfluß in den Schweißkanten mittels eines Hauptstromes erzeugt, der in an
sich bekannter Weise über den einzigen Induktionsleiter zwischen den Schweißkanten
des Rohrbleches fließt, und im wesentlichen über den Magnetrückschluß gleichmäßig
über den Querschnitt verteilt und in an sich bekannter Weise im rechten Winkel zu
den waagerechten Oberflächen der zwei einander gegenüberliegenden Schweißkanten
des Rohrbleches geführt wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig.1 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der
Erfindung, Fig. 2 eine Vorderansicht zu Fig.1, in der ein Teil der einander gegenüberliegenden
Kanten des Rohrbleches im Schnitt gezeigt ist, Fig. 3 eine Rückansicht der Vorrichtung
nach den Fig.1 und 2,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig.
1, Fig.5 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung beim
Schweißen der Längsnaht eines Rohres und Fig. 6 einen Ausschnitt der Ränder des
induktiv zu erwärmenden Rohrbleches in schaubildlicher Ansicht.
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Fig. 5 zeigt ein vorgeformtes Rohr A, dessen Längsnaht mit einer Vorrichtung
zum induktiven Schweißen im Durchlaufverfahren gemäß der Erfindung geschweißt wird.
Anschließend wird das Rohr A zwischen zwei Druckrollen C hindurchbewegt. Das Rohr
A kann verschieden geformte Querschnitte haben und ist mit zwei im Abstand voneinander
angeordneten Kanten 10 und 11 versehen. Die Antriebs-und Druckrollen C bilden Teile
einer komplizierten Maschine. Sie sind lediglich schematisch dargestellt. Die Rollen
C können beliebig ausgebildet sein. Ihre wichtigste Aufgabe besteht darin, die Kanten
10 und 11 gegeneinanderzupressen, nachdem sie mittels der VorrichtungB induktiv
erwärmt worden sind.
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Die Vorrichtung B ist zum induktiven Schweißen in den Fig. 1, 2, 3
und 4 näher dargestellt. Sie ist mit zwei Klemmleisten 12 und 13 versehen, die sich
mittels nicht weiter dargestellter, durch die Bohrungen 14, 15 reichender Stiftschrauben
an einem Transformator befestigt sind. Senkrecht auf der Klemmleiste 12 ist ein
Induktionsleiter 16 angeordnet, der einen rechtwinkligen Arm 17 hat, der parallel
zur Rohrachse zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 10 und 11 verläuft.
Senkrecht auf der Klemmleiste 13 sind Rückstromleiter 18; 19 angeordnet, deren rechtwinklige
Arme 20, 21 parallel zum Induktionsleiter 17 und den einander gegenüberliegenden
Kanten 10, 11 des Rohres verlaufen. Die Rückstromleiter 20, 21 sind mit dem Induktionsleiter
17 mittels eines elektrischen Leiters 22 verbunden, durch den die beiden Teile fest
zusammengehalten werden. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Leiter 21 oberhalb des Induktionsleiters
17 und oberhalb des induktiv zu erwärmenden Rohrbleches angeordnet, während der
Leiter 20 unterhalb des Induktionsleiters 17 und innerhalb des vorgeformten Rohrbleches
angeordnet ist. Die Rückstromleiter 20 und 21 sind im Abstand vom Induktionsleiter
17 angeordnet, der seinerseits im Abstand von den einander gegenüberliegenden Kanten
10 und 11 des Rohres angeordnet ist.
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Der Induktionsleiter 17 befindet sich dort, wo die Kanten am
stärksten erwärmt werden sollen. Der Induktionsleiter 17 ist länglich ausgebildet
und erstreckt sich über einen endlichen Bereich in Längsrichtung zwischen den einander
gegenüberliegenden Kanten 10 und 11. Je nach Länge des Induktionsleiters 17 kann
jede beliebige Länge der Kanten erwärmt werden. Die in den einander gegenüberliegenden
Kanten des Rohres induzierten Ströme verlaufen durch die Anordnung und Ausbildung
der Vorrichtung zum induktiven Schweißen gemäß der Erfindung so, daß die Kanten
quer und senkrecht zu ihren Stirnflächen induktiv erwärmt werden, die später beim
Schweißen miteinander verbunden werden.
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Zweckmäßig fließen elektrische Ströme hoher Frequenz von der Klemmleiste
12 aus durch den Induktionsleiter 16; 17 über den Leiter 22 durch die Rückstronfeiter
18, 20 und 19, 21 zur Klemmleiste 13 zurück, wobei durch jeden
Rückstromleiter die halbe Strommenge fließt: Dadurch werden Ströme in den einander
gegegenüberliegenden Kanten des Rohres induziert, wie Fig. 6 zeigt. Die Richtung
des magnetischen Feldes ist jeweils durch die Pfeile in Fig.4 angedeutet.
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An den Innenseiten 20 a und 21 a der Rückstromleiter 20, 21 sind Magnetrückschlüsse
25 befestigt, die aus magnetisierbaren, in Längsrichtung geschichteten und im wesentlichen
rechteckigen Eisenblechen bestehen. Die Innenkanten der Bleche haben Ausnehmungen
25 a, in die der Induktionsleiter 17 in einem solchen Abstand eingreift,
daß er die Bleche nicht berührt. Falls erforderlich, können die Ausnehmungen 25
a auch wegfallen.
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Die Bleche werden von magnetischen Strömen durchflossen, die, wie
in Fig.4 durch Pfeile angedeutet ist, um den Induktionsleiter 17 herumlaufen, die
zu erwärmenden Kanten 10 und 11 schneiden und die in Fig.6 angedeuteten Ströme in
den einander gegenüberliegenden Kanten des Rohres induzieren. In Fig. 4 ist der
Strom im Induktionsleiter 17 durch den Punkt 30 angedeutet, und zwar fließt der
Strom in Richtung vom Beschauer weg und durch die Rückstromleiter 20 und 21 zurück,
wie durch die Pluszeichen 31 angedeutet ist. Die liegenden Kreuze 32 stellen die
in Längsrichtung in den einander gegegenüberliegenden Kanten 10 und 11 induzierten
Ströme dar, und zwar an diametral entgegengesetzten Punkten im magnetischen Feld,
entsprechend den in Fig. 6 eingezeichneten Pfeilen.
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Die Vorrichtung zum induktiven Erwärmen gemäß der Erfindung zeichnet
sich aus durch geringe Verluste an magnetischem Fluß infolge der besonderen Ausführung
des Induktors, der Schichtung der Magnetrückschlüsse und der Ausbildung des Rohres.
Ferner können Gegenstände von unterschiedlicher Dicke erwärmt werden. Dabei werden
die einander gegenüberliegenden Kanten des Rohres gleichmäßig über ihren Querschnitt
erwärmt, wie Fig. 6 zeigt.
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Die einander gegenüberliegenden geschichteten Magnetrückschlüsse 25
sind im Abstand zueinander in radialer Richtung des Rohres hintereinander angeordnet,
wie Fig. 4 zeigt. Dadurch entstehen beiderseits des Induktionsleiters 17 Zwischenräume,
in die die Kanten des Rohres ragen. Die einander gegenüberliegenden Kanten 10 und
11 des Rohres berühren, während sie weiterbewegt werden, weder die Magnetrückschlüsse
25 noch den Induktionsleiter 17. Wie schon erwähnt, bewirkt der Induktionsleiter
17 den Hauptanteil der Erwärmung, und der Strom ist auf die Kanten des Rohrbleches
konzentriert, die anschließend zusammengeschweißt werden.
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Durch die Anordnung des Induktionsleiters 17 zwischen den Kanten 10
und 11 und der Rückstromleiter 20, 21 oberhalb bzw. unterhalb dieser Kanten, wird
der aus Fig. 4 ersichtliche magnetische Fluß erzeugt und, wie vorstehend beschrieben,
nur durch die zu erwärmenden Kanten geleitet. Da sich das magnetische Feld mit zunehmender
Entfernung vom Induktionsleiter 17 abschwächt, befindet sich seine größte Dichte
an den Rohrkanten, wie in Fig. 6 angedeutet ist, wodurch jede unerwünschte Erwärmung
auf dem Rohrumfang ausgeschaltet wird. Die Breite der Erwärmungszone für die Kanten
wird. somit auf dem für eine - Schweißung dieser Art erwünschten Mindestmaß gehalten.
Da die zu erwärmenden Ränder dünn und schmal sind und die magnetischen Kraftlinien
an dieser Stelle sehr dicht verlaufen, werden die Kanten 10, 11 schnell und gleichmäßig
in der gewünschten Breite erwärmt.
Die Erfindung ist nicht auf das
dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen
der Patentansprüche vielfach abgewandelt werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.