DE1565400A1

DE1565400A1 - Hochfrequenz-Schweissverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE1565400A1
Application number: DE19661565400
Authority: DE
Inventors: Rudd Wallace Collins
Original assignee: AMF Inc
Current assignee: AMF Inc
Priority date: 1966-04-21
Filing date: 1966-09-12
Publication date: 1970-07-09
Also published as: GB1150770A; NL6612543A; US3293403A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. ING. KARL BOEHMERT · DIPL-ING. ALBERT BOEHMERT DIPL-ING. GÜNTHER EISENFUHR

28 BREMEN, FELDSTRASSE 24 · FERNRUF (0421) 491760

Aktenzeichen: NetiaiUflel&Ullg Postscheckkonto» Homburg 126083 Bankkonto! Bremer Bank, Bremen, Konto 1001449

Name d. Anm.: AMERICAN MACHINE & FOUNDRY ...

Mein Zeichen: A 313 28 Bremen, den 8. September 1966

AMERICAN MACHINE & I¹OUNDRI COMPANT, New York, Staat New York (Y.St.A.)

Hochfrequenz-Schweißverfahren und -Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Vorrichtungen zum Herstellen von Schmelzschweißungen u.dgl. zwischen Metallteilen unter Verwendung eines hochfrequenten Heizstromes.

In der USA-Patentschrift 2 857 503 sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen langer Schweißnähte unter Verwendung hochfrequenter Widerstandserwärmung gezeigt, wobei die Anschlüsse der Stromquelle an in Schweißriehtung nacheinander liegenden Stellen im Bereich der herzustellenden Schweißnaht an die Metallteile

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angelegt sind. Das dort beschriebene Verfahren arbeitet zufriedenstellend beim Herstellen von Preßschweißungen entlang der Nahtlinien in den Fällen, in denen die zu verschweißenden Werkstücke während des Vorschubes im Schweißpunkt ohne Schwierigkeit mit Hilfe von Andruckrollen zusammenpreßbar sind. Dies ist z»B· der Fall dort, wo die zu verschweißenden Metallteile die sich gegenüberliegenden Kanten eines länglichen Spaltes in einem vorgeschobenen Bohr bilden, das im Schweißpunkt ohne Schwierigkeit zwischen zwei Andruckrollen hindurchgeschoben werden kann.

Es gibt jedoch Fälle, in denen es nicht möglich oder zum mindesten besonders schwierig ist, die Metallteile im Bereich des Schweißpunktes mit Hilfe von Andruckrollen zusammenzupressen. Wenn beispielsweise die eine Längskante eines langen, aufgerollten Metallstreifens mit der Längskante eines zweiten derartigen Streifens mit Hilfe einer Preßschweißung verbunden werden soll, ist es mit Hilfe des obengenannten Verfahrens bzw· der dort beschriebenen Vorrichtung nicht möglich, den notwendigen Druck zwischen den Kanten zu erzielen· Xn anderen Fällen, wenn beispielsweise eine Preßschweißung an der Stoßstelle zweier Bleche hergestellt werden soll, müßten die beiden Bleche in vielen Fällen auf unpraktische Weise unter einem Winkel

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gegeneinander gepreßt werden, um den notwendigen Schweißdruck aufzubringen. '

Btirch die vorliegende Erfindung wird demgegenüber ein bequemer und verhältnismäßig einfacher Weg vorgeschlagen, Mit dem diese Schwierigkeiten überwunden werden, obwohl d@r ■ Verfahrenssehritt des inlegens des hochfrequenten Heis stromes als solsher in der oben beschriebenen, Weise v©r« weBÄet wird _s d.b.» also unter Yensrendung dew so genannten "Heili©n<sl©]£troden^t9 ο Eat sprechend der vorliegenden Erfindung werden die zu Terschweißeadea Kanten E,xm±QV Metalle bleche o«dgl© aneinanderstoßend angeordnet Bad^ia dieser Stellung gehalten ₅ ig-o"b©i TQ^sngswelii© OateAalia der aneinanderstoßendea KaateEi ©in Stiltsefeeiff©®. ©de? ©ia träger angeordnet ist₀ Baraiif visa, fier H©©iif5?Gqia©iaai entlang der Lini<§ der aneiaandes'ii'feoBQadoa Üasaikoa ai Hilfe der oben erwähatea ^leiheaelsistrodea⁵³ amgofilfe worauf die Elektroden und 4i@ ü©s?Zs!stüels© Solatia der gleichförmig in Längsrlchttaiag d@r ©resüasehten lalitlinl® vorgeschoben werden * Unmittelbar hinter der In Y©EBGknb~> richtung nachlaufenden Elektrode wird beigspiglsuoisQ Mils Hilfe einer geeignet geformten Rolle ein Druek ai der einen Teil des plastischen Metalls» das sieh entlang der Nahtlinie gebildet hat, nach UEtan gegon

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aneinandergrenzenden Kanten preßt, so daß das nunmehr über die gesamte Kantentiefe erwärmte Metall unter einem ausreichenden Brück steht, um die Schweißverbindung zwischen den benachbarten Kanten zu bilden. Unter Berücksichtigung der Elektrodenanordnung und der übertragenen Leistung ist die Vorschubgeschwindigkeit so gewählt, daß die aneinandergrenzenden Kantenbereiche der Bleche o.dgl. auf Schweißtemperatur aufgeheizt werden·

In der USA-Patentanmeldung 510 502 vom 13.11.1965 der Anmelderin ist ein Verfahren offenbart, mit dessen Hilfe beispielsweise ein Metallblech mit einem darunter liegenden weiteren Metallblech entlang einer gewünschten Nahtlinie verschweißt werden kann, wobei der obenliegenden Fläche des oberen Bleches mit Hilfe der bereits erwähnten Reihenelektroden ein Hochfrequenz-Heizstrom zugeführt wird, wobei die Frequenz des Stromes und de"r Widerstand sowie die relative Permeabilität der Bleche so gewählt sind, daß der Heizstrom bis zu einer sogenannten ⁿBezugstiefe " eindringt. In diesem Fall dringt der Strom bis zu den sich berührenden Oberflächen ein und heizt diese auf Schweißtemperatur auf; dieses Verfahren wird auch als Hochfrequenz-Eindring-Schweißverfahren bezeichnet.

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Auf ähnliche Weise dringt der Strom auch "bei der vorliegenden Erfindung ein und heizt die Metallteile über die gesamte Hefe der aneinandergrenzenden Kanten im Bereich der herzustellenden Preßs.chweißung auf Schweißtemperatur auf· Bei der vorliegenden Erfindung wird der Preßdruck entlang der Schweißlinie mit Hilfe einer Holle nach unten ausgeübt, wobei der Umfang der Rolle im Querschnitt abgerundet sein kann und mit dem Stützstreifen oder Träger unterhalb der Werkstücke zusammenwirkt, so daß entlang der oberen Seite der Nahtlinie eine flache Nut entsteht. Das derart aus der Nut verlagerte, aber von den weiterhin festen angrenzenden Metallbereichen an einer Ausdehnung gehinderte Metall wird somit vollständig von allen Seiten unter Druck gehalten, wodurch die aneinandergrenzenden Kanten fest miteinander verschweißt werden, ohne daß die Anwendung von Andruckrollen an den sich gegenüberliegenden Seiten der Nahtlinie verwendet werden müßten·

Es sind die verschiedensten Aueführungsformen der Erfindung sowie Anpassungen an verschiedene Schweißaufgaben denkbar, von denen einige nachstehend erläutert sind· So ist die Erfindung beispielsweise anwendbar auf das An-. einanderschweißen von Rippenrohren zum Herstellen von Boilern oder von Heizeineätzen in Wänden· Weiterhin

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1st die Erfindung mit gutem Erfolg anwendbar auf das Verschweißen zweier Metallteile, die voneinander abweichende elektrische, magnetische oder Wärmeleiteigenschaften haben. Ein anderes beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft das Verschweißen von konischen Metallrohren entlang einer Längsnaht·

Die Erfindung ist mit den üblicherweise vorhandenen Hochfrequenz-Stromquellen ausführbar, die Frequenzen von etwa 4 kHz bis zu 500 kHz oder höher liefern. Der Strom wird vorzugsweise aus Gründen des Wirkungsgrades und besonders hochwertiger und gleichförmiger Schweißnähte mit Hilfe der erwähnten Reihenelektroden zugeführt, obwohl in einigen Fällen auch eine induktive übertragung des Stromes möglich und wünschenswert sein kann, und zwar vorzugsweise mit Hilfe einer länglichen Induktionsspule, die so konstruiert ist, daß sie den induzierten Strom nahezu volletändig entlang einer schmalen Linie auf dem Werkstück konzentriert.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einiger Aueführungsbeispiele erläutert und in den Zeichnungen dargestellt» In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer, eohtmatischer Darstellung ein· bevorzugt· Aus führungafor« der Erfindungj

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Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fi I

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 Fig. I₅

Fig«, 4· in perspektivischer, schematischer Darstellung das Prinzip einer anderen Ausführungsform der Erfindung zum Verschweißen von Rippenrohren j

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4-j

Fig. 6 eine Teilstirnansicht der Ausführungsform gemäß Fig· 4-;

Fig. 7 eine Teilstirnansicht in gegenüber Fig. 6 etwas abgewandelter Form;

Fig. 8 in perspektivischer, schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung zum Verschweißen von Metallteilen mit gegeneinander verschiedenen Eigenschaften;

Fig, 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 8;

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie 10-10 in Fig. 8;

Fig. 11 in perspektivischer, schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform der Erfindung zum Herstellen e.iner Längsnaht in konischen Rohren;

Fig, 12 in perspektivischer, schematischer Darstellung eine Rolle, wie sie im Inneren des Rohres gemäß Fig. 11 Verwendung finden kann;

Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie 13-13 in Fig. 11;

Fig. 14 eine gegenüber Hg® II abgewandelte Ausführungsform in perspektivischer Darstellung_? bei der die im Rohrian®ren befindliche Bolle auf magnetische Weise an ihrer Stelle ten ist; und

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Fig, 15 einen Schnitt entlang der Linie 15-15 in Fig. 14.

In Fig. 1 sind zwei Metallblechstreifen 20,21 gezeigt, die mit Hilfe einer Preßschweißung entlang einer Nahtlinie 22 miteinander verschweißt werden sollen. Bei einem oder beiden Metallblechstreifen kann es sich um das Ende eines auf einer Rolle aufgespulten Ausgangsmaterials handeln, dessen Weiterverarbeitung durch das Verschweißen in einigen Fällen erleichtert wird. Wie gezeigt, werden die aneinanderstoßenden Kantenflächen der Streifen entlang der herzustellenden Schweißnaht miteinander in Berührung und in eine Lage gebracht, in der sie auf einer Stützschiene oder einem anderen Träger 23 aufliegen. Mit Hilfe einer geeigneten Klemmvorrichtung, welche Klemmbacken 24,24· und 25»25' aufweist und in Jeder geeigneten Weise befestigt ist, werden die unten und oben liegenden Flächen der Streifenenden festgelegt und gegenüber der Stützschiene 23 gehalten, während die Schweißnaht hergestellt wird. Ein von einer geeigneten Stromquelle 26 kommender Hochfrequenzstrom ist zu zwei Elektroden 27,28 geführt, die

sind
als Reihenelektroden angeordnet/und die Metallteile auf oder in der Nähe der Nahtlinie berühren. Die Elektroden sollten in der bei Hochfrequenz-Schweißvorrichtungen üblichen Weise gekühlt sein. Ein Teil der Stromzuführung zu

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der einen oder anderen Elektrode, und zwar in Pig« I das Teil 28a der Stromzuführung zur Elektrode 28 erstreckt sich dicht entlang und oberhalb der Nahtlinie und wird als sogenannter "Nähe-Leiter", welcher den Hochfrequenzstrom und dadurch die Heizleistung ziemlich dicht auf den Bereich der Nahtlinie konzentriert, wie es nachstehend insbesondere im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 noch näher erläutert ist. Weiterhin ist eine Druckrolle 30 vorgesehen, die für sich allein oder aber in geeigneter Weise ζ·Β. in einem Rahmen zu-sammen mit den Elektroden befestigt und innerhalb des durch die strichpunktierte Linie 31 angedeuteten Bereiches angeordnet ist. Die Druckrolle und die Elektroden können dadurch gleichförmig in Richtung der Nahtlinie bewegt werden. In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Elektroden sowie die Druckrolle festzuhalten und die Werkstücke zusammen mit den Klemmbacken und Stützschienen während des Schweißens vorzuschieben. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Druckrolle 30 anstelle einer Elektrode, beispielsweise der Elektrode 28, zu verwenden, so daß das Zusammenpressen des Metalls exakt in dem Moment erfolgt, In dem das Metall diejaptimale Temperatur erreicht. Die Werkstücke werden zunächst zwischen den Elektroden auf Schweißtemperatur aufgeheizt und darauf, und zwar vorzugsweise sofort darauf

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wird das bis zu einem gewissen Grad geschmolzene Metall von der Druckrolle 30 unter Druck gesetzt, so daß das Werkstück -wie bei 32 angedeutet - geringfügig eingedrückt wird und gemäß Big. 3 im Bereich der Nahtlinie eine flache Nut erhält. Der Umfang der Druckrolle 30 kann gemäß der Darstellung in Hg· 3 in geeigneter Weise abgerundet sein. Es wird dafür gesorgt, daß der Strom im Bereich der herzustellenden Preßschweißung soweit eindringt, wie es beispielsweise durch den gepunkteten Bereich 33 in den Fig· 2 und 3 angedeutet ist. Es leuchtet ein, daß als Konsequenz mindestens das den aneinanderstoßenden flächen am dichtesten benachbarte Metall völlig erweicht bzw. in einen plastischen Zustand gebracht und auf Schweißtemperatur aufgeheizt wird, wenn es den Elektro-· denbereich passiert. Das auf diese Weise erhitzte Metall wird also auf einen länglichen Bereich entlang der aneinanderstoßenden Kanten der Streifen begrenzt, so daß es, wenn es der Druckrolle 30 ausgesetzt wird, unter diesem Druck verschweißt, weil es an einem Ausweichen durch die unteren Teile der Streifen, die auf der Stüt«schiene 23 liegen, und die weiterhin festen seitlichen Bereich· der Streifen gehindert ist· Auf diese Weise können auch hohe Drücke ausgeübt werden, dit die Kantenbereiche Mitein« ander verschweißen, obwohl der Druck In diese» YaIl entgegen

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der Lehre der USA-Patentschrift 2 857 503 nicht seitlich in horizontaler Richtung, sondern von oben in vertikaler Richtung aufgebracht wird.

In den Fällen, in denen nur eine verhältnismäßig kurze Schweißnaht hergestellt werden soll, und in den Fällen, in denen es wichtig ist, daß die Schweißnaht bis ganz zu den Enden der verschweißten Teile durchläuft, können in geeigneter Weise leitende Ansätze 34,35 vorgesehen werden, die an den Enden der ITahtlinie gehalten werden und dazu dienen, den Strom von der einen Elektrode zu der anderen *zu leiten, wenn die gesamte Elektrodenanordnung das Aufheizen der Metallteile an deren einen Ende beginnt bzw. an deren anderen Ende nach dem Schweißen beendet.

Falls es erwünscht ist, kann die Stützschiene 23 bzw. der !Träger in einigen Fällen von. einer Rolle ersetzt werden, die unterhalb der zu verschweißenden Kanten der Werk» stücke angeordnet ist und vorzugsweise eine solche Breite hat, daß ein .lindrüeken der unteren Seite der Schweißnaht vermieden wir&O EIb derartiges Beispiel ist in Fig_o 6 gezeigt.

In der Ausfühnaagsforia der l^ftnäung gemäß Figo 4 sollen

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zwei Rippenrohre 20',2I¹ mit Rippen 4-0,4-1,42 und 4-3 entlang der Rippen 4-0,4-1 bzw. der zwischen diesen gebildeten Nahtlinie 44 verschweißt werden. Zu diesem Zweck sind Elektroden 27',28* sowie eine Druckrolle 30' vorgesehen, die ähnlich der Ausführungsform gemäß Fig. 1 angeordnet sein können. Der Bereich, in den der Hochfrequenzstrom vorzugsweise eindringt, ist in Fig. 5 durch die gepunktete Fläche angedeutet. In diesem Bereich, und zwar insbesondere entlang der aneinanderstoßenden Flächen wird das Metall auf Schweißtemperatur aufgeheizt, während das weiter abseits von der Nahtlinie 44 liegende Metall der Rippen 4-0,4-1 fest bleibt, so daß dieses als Widerlager für die Druckrolle 30' dient, die das erweichte Metall unter ausreichendem Druck zum Verschweißen bringt. Unterhalb der Naht linie 44- kann eine Stützrolle 4-5 (Fig. 6) vorgesehen sein, die vorzugsweise besonders breit ist und unmittelbar unterhalb der Druckrolle 30 angeordnet ist, so daß in diesem Fall die unten liegende Fläche flach bleibt. Falls es aus Gründen höherer Vorschubgeschwindigkeit oder anderen Gründen erwünscht ist, kann auch eine Stützrolle 4-6 gemäß Fig. 7 verwendet werden, die eine der Druckrolle 30* entsprechend abgerundete Peripherie hat, so daß das Metall sowohl im Bereich der oberen als auch im Bereich der unteren Flächen entlang der Preßschweißung eingedrückt wird. Durch Verwendung einer derarti-

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gen Rolle 4-6 wird es noch sicherer, daß das Metall im Bereich der Nahtlinie bis in den Bereich 4-7 durchgeschweißt wird. Die in den Fig. 2,3 und 5-7 angedeuteten Heizbereiche können schon mit Frequenzen im Bereich von etwa 4· - 10 kHz erreicht werden, aber auch die vorstehend erwähnten, noch höher liegenden Frequenzen können vorteilhaft Anwendung finden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 sollen zwei Werkstücke miteinander verschweißt werden, die voneinander abweichende Eigenschaften haben. Beispielsweise handelt es sich um einen Stahlblechstreifen 50 und einen Kupferblechstreifen 51· Von einer wesentlichen Abweichung abgesehen, sind auch hier Anordnung und Verfahren den bereits erläuterten Ausführungsbeispielen ähnlich· Die beiden Streifen haben sehr voneinander abweichende magnetische Eigenschaften, Widerstände und Wärmeleitfähigkeiten, und zur Herstellung einer zufriedenstellenden Schweißung ist es wichtig, daß beide !Teile ihre individuelle geeignete Schweißtemperatur erreichen. Dieses läßt sich in sehr bequemer und einfacher Weise mit dem nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung erreichen·

Obwohl es nicht notwendig ist, bestehen die Elektroden

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für die Übertragung des Hochfrequenzstromes vorzugsweise aus je einem Kontaktpaar 52,52* und 53»53'· Ein Kontakt 52 bzw. 53 eines jeden Kontaktpaares liegt an dem einen Werkstück 50 und der jeweils andere Kontakt 52* bzw· 53* an dem anderen Werkstück 51 an· Mindestens eine der beiden Zuleitungen von der Hochfrequenzstromquelle zu den Kontakten,und zwar in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Leitung 54» verläuft dicht entlang der herzustellenden Schweißnaht 55» jedoch in diesem Fall nicht direkt oberhalb der Nahtlinie bzw. in einer symmetrisch zu dieser verlaufenden Lage, weil in dieses fall, in dem die Werkstücke aua Stahl bzw. Kupfer bestehen, durch eine symmetrische .Anordnung des Hkheleiters der Stahl ziemlich stark überhitzt und aufgeweicht würde, bevor das Kupfer auch nur in die Nähe seiner Schweiß*· temperatur kommt» Dieses ergibt eich aua der gut bekann» ten Tatsache, daß das Erhitzen «ines magnetischen Metalles alt einem hochfrequenten Strom sehr viel leichter als la lalle eines amagnetischen Metalle möglich, ist. Bin« Möglichkeit zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten besteht in der führung des Näheleiters bsw· der Stromrückführung in der in den fig. 8 uad 9 gezeigten Weise, wobei der Näheleiter deutlich von der Nahtlinie 55 weg la Richtung auf das Kupfer- bsw. NB-Metall-Werkstück 51 verlagert ist.

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Der aufgrund dieser Anordnung im Bereich der aneinanderstoßenden Kanten fließende Strom wird auf Strompfade konzentriert, die durch gepunktete Bereiche 56,56' in Fig. 9 hervorgehoben sind. Entsprechend dieser Darstellung wird ein größerer. Teil des Stromes auf den Bereich des kupfernen Werkstückes 51 konzentriert, so daß der in dem stählernen Werkstück 50 fließende Strom geringer ist. Entsprechend wird die richtige Schweißtemperatur . des kupfernen Werkstückes gleichzeitig mit der richtigen Schweißtemperatur des stählernen Werkstückes erreicht· Durch Probieren, Versuche und unter Berücksichtigung der sogenannten Bezugstiefe der Stromeindringung bei Strömen verschieden hoher Frequenz und bei Metallen mit verschiedenen Widerständen und Permeabilitäten entsprechend der Tabelle in der USA-Patentschrift 3 037 105 (DAS 1 381) wird der MHeleiter 5^ entsprechend den Fig. 8 und so angeordnet, daß der Strom in 'die Kantenbereiche der beiden Werkstücke mit verschiedenen Eigenschaften soweit in die aneinanderstoßenden Metallkanten eindringt und dies© auf die -^jeweiligen Schweißtamperaturen auf hei st ₉ während das etwas weites¹ ψθά d©E> b.ersust©llenden naht liegende Metall weiter £qs'6 bleibte W@aa da Druckrolle 57 g@iaä£ !lg» 8 w&t ciio aufgellst© ^A aufgesetzt wird, wird das Metall etwas ©iagedsjüeirfe_e s©

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daß sich, die Preßschweißung unterhalt) der von der Rolle 57 erzeugten Nut 58 bildet.

Obwohl in typischen Fällen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund des Eindrückens des Metalles entlang der Nahtlinie die Metalldicke und demzufolge die Festigkeit gegenüber einer Schweißung von normaler Metalldicke vermindert wird, wird die Festigkeit jedoch zum mindesten in den Fällen ausreichen, in denen beispielsweise die längskanten von aufgerollten Metallstreifen entsprechend den obigen Ausführungen sowie in ähnlichen Fällen miteinander verbunden werden sollen, sowie auch beim Herstellen von längsgeschweißten Rohrwänden und konischen Rohren, wie z.B. für Laternenmasten, weil in all diesen Fällen der Festigkeitsfaktor nicht von so ausschlaggebender Bedeutung ist, wie die Preifewürdigkeit und Schnelligkeit des Schweißens, und zwar insbesondere in den Fällen, in denen die Handhabung und das Zusammenpressen der Werkstücke beim Schweißen in der bisher üblichen Art schwierige Probleme aufwirft.

Anstelle der Verwendung der Rolle 57» die das Eindrücken des Metalls entlang der Nahtlinie bewirkt, kann je nach Anforderungen auch von der Weiterbildung der Erfindung gemäß der Zusatzpatentanmeldung

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(Anwaltsaktenzeichen A 314 ) Gebrauch gemacht werden. Gemäß dieser deutschen Zusatzanmeldung werden die beiden Werkstücke unter Verwendung einer bandförmigen !folie, eines dünnen Drahtes oder einer Stange - die als Füll-* streifen bezeichnet sind - miteinander verschweißt, wobei der Füllstreifen entweder aus dem Metall eines der beiden Werkstücke oder aus einer geeigneten Legierung besteht und mit Hilfe einer geeignet geformten Solle nach unten auf die Nahtlinie gepreßt wird, so daß das Metall des geschmolzenen Füllstreifens in die Nahtlinie hineingedrückt wird und einen Teil der PreßsGhweißung bildet« Auf entsprechende Weise läßt sich auch die Nut bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß den Fig. 1-7 sowie 11 - 17 völlig oder teilweise abdecken bzw. füllen, wenn das Metall eines Füllstreifens gegen die aufgeheizte Nahtlinie gepreßt wird, um das Herstellen der Schweißverbindung zu bewirken bzw· an der Herstellung mitzuwirken, so daß also auch in diesen Fällen von den Merkmalen der genannten Zusatzpatentanmeldung Gebrauch gemacht werden kann«

Die Ausführungsfojpm der Erfindung gemäß den Pig* 11 - 15 ist zum Herstellen einer Längsnaht 60 in einem konischen Rohr 61 geeignet, wie es feaispi@X-3w0ise ale

BAD

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als Mast für Hochspannungsleitungen und andere Zwecke Verwendung findet. Bei dieser Ausführungsform können geeignete, nicht dargestellte Stützen bzw. Klammern vor-* handen sein, mit denen das konische Bohr an Kontakten 62 und 63 zum Zuführen dee hochfrequenten Stromes vorbeibewegt wird, so daß das Metall entlang der herzustellenden Nahtlinie aufgeheizt wird. Der Strom wird wiederum mit Hilfe eines Näheleiters 64 konzentriert. Nachdem das Metall im Bereich der Nahtlinie aufgeheizt ist, läuft es unter einer Stützrolle 65 hindurch, die ein Widerlager für eine im Rohrinneren angeordnete Druckrolle 66 bildet. Die Druckrolle 66 hat einen abgerundeten Umfang, so daß sie das erweichte Metall vom Rohrinneren her in die Nahtlinie eindrückt, so daß aufgrund des zwischen den Rollen 65 und 66 wirkenden Druckes die Preßschweißung 67 (Fig. 13) gebildet wird.

Die Druckrolle 66 kann an einem Vagen 68 befestigt sein, an dessen Unterseite ein· Tragrolle 69 vorgesehen ist, die auf der unten liegenden Innenfläche des Bohr·« auf- . liegt. Ba sich di··· Boll· entlang des sich konisch verjüngenden Bohre· bewegt, ist es erfordern oh, eine Hnriohtung ium Anheben der Tragrolle 69 vorausehen, und «In« derartige ünriohtung ist ia den fi*> 11 - 15 geseift·

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Die Rolle ist in diesem Fall am unteren Ende eines hydraulischen Kolbens 70 befestigt, der sich in einem Zylinderraum 71 innerhalb des Wagens 78 auf- und abbewegen kann* Zum Aufrechterhalten des Druckes im Zylinder 71 wird ein Druckmittel durch das Rohrinnere mittels einer Leitung 72 zum Wagen 68 und von diesem in den Zylinder (Fig. 12) geleitet. Wenn sich das Rohr 81 daher während des Schweißvorganges nach links in Fig. 11 bewegt, liegt die Tragrolle 69 an der unteren Innenfläche des Rohres an, so daß ein Druck zwischen der Tragrolle und dem Wagen auf die Druckrolle 66 übertragen wird, wodurch letztere einen starken Druck auf die oben liegende Innenfläche des Rohres ausübt und diese entlang der Nahtlinie eindrückt. Die auf diese Weise geformte Nut entspricht der auf der Außenseite der Werkstücke liegenden Nut in den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen der Erfindung» Bei abnehmendem Rohrinnendurchmesser gestatten es der Zylinder mit dem Kolben 70,71, daß sich die Tragrolle 69 ia Richtung auf <äen Wage& 68 su "bewegt, so daß eine Anpassung an veränderbar® Imiendurehißesser gegeben ist₀ Weiterhin kann @ia fester Böe® ?4 vorgesehen sein, der Ia dem Aueführimgebeiepiel gemäß Hg₀ 12 i&d 13 die leimung 72 umgiWfe nm& €©s Ifeges. 68 fast la !©la©!⁵ ton Stellung is.afeGrfe.al'b ü®& Stütsg^liG S5

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Die Ausführungsform der Erfindung gemäß den Fig. 14- und 15 entspricht weitgehend derjenigen gemäß Fig. 11 mit der Ausnahme, daß der Wagen 68' für die innenliegende Druckrolle 66' in diesem Fall auf magnetischem Wege in ihrer richtigen Lage unterhalb der Kahtlinie gehalten ist. Zu diesem Zweck ist ein leistungsstarker Gleichstrommagnet 75 so angeordnet, daß seine Pole auf beiden Seiten der herzustellenden Schweißnaht 60 unmittelbar oberhalb des Rohres liegen« Der tfagen 68' ist aus einem geeigneten magnetischen Material hergestellt, so daß er mit großer Kraft in Richtung auf die Pole des Magneten 75 gezogen wird. An der Oberseite des Wagens 68· sind auswechselbare Anschläge 76 vorgesehen, die verschiedene Höhen haben und in den Wagen 68 eingesetzt werden können, um den Abstand des Wagens zur oberen Innenfläche des Rohres und damit die Eindringtiefe der innenliegenden Druckrolle in die Rohrwand zu begrenzen. Die Schweißung wird dann entlang der Linie 67' gebildet. Zusätzlich kann auf der Unterseite des Wagens 68^f eine Tragrolle 69' vorgesehen sein, die jedoch die unten liegende Innenfläche des Rohres allenfalls im Bereich des kleinsten Rohrdry,chinessers berührt. In diesem Fall ist ein Dorn 74-' vorgesehen, der den Wagen 68· trägt und verhältnismäßig steif ausgebildet ist, so daß er den Wagen 68 auch dann etwa in der richtigen

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Lage hält, wenn der Magnet 75 noch nicht eingeschaltet ist.

Aus den Zeichnungen wird deutlich, daß die Metallteile im Bereich der Nahtlinie des konischen Rohres während des Schweißens vollständig entlang einer horizontalen Linie vorgeschoben werden können, ohne daß ihre relative und feste Lage zueinander in irgendeiner Weise gestört werden kann, so daß eine sehr genaue und fluchtende Schweißung erzeugt wird.

Es ist ersichtlich, daß in allen Ausführungsformen der Erfindung Ansätze zum Leiten des Stromes entsprechend den Ansätzen 34- und 35 in Fig. 1 vorgesehen werden können, die die Herstellung von Schweißnähten vom äußersten Anfang Ms zum äußersten Ende der Werkstücke ermöglichen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß in der vorstehenden Beschreibung die Ausdrücke "nach oben" und "nach unten" bzw· ähnliche Ausdrücke lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung der Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes entsprechend der Darstellung in den Zeichnungen verwendet wurden. Diese Ausdrücke haben jedoch nur relative Bedeutung, weil die Lage der einzelnen Seile der erfindungsgemäßen

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Vorrichtung beliebig variiert werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile unter Verwendung eines Hochfrequenz-Schweißstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile (20,21 ;4-O,4-l;5O_t51;6l) entlang ihrer zu verschweißenden Kanten aneinandergelegt und in dieser Lage zueinander gehalten werden} daß das Metall im Nahbereich der Nahtlinie (22I^j55ϊ60) zwischen den beiden Metallteilen progressiv mit Hilfe des Hochfrequenzstromes im wesentlichen über die gesamte Metalldicke auf Schweißtemperatur aufgeheizt wird, während die Metallteile in Richtung der Nahtlinie an einem Schweißpunkt vorbei vorgeschoben werden; daß das im Bereich der Kantenflächen aufgeheizte Metall (33J56) mindestens im Bereich des Schweißpunktes auf der einen Seite der Metallteile unterstützt wird; und daß*auf das aufgeheizte Metall, während dieses weiterhin relativ zueinander fest liegt_? eia etwa la der Ebene der Kanten- flachen wirkender Druek ausgeübt ^ird, der das von der

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Unterstützung (23;45;65) und den abseits der Nahtlinie fest bleibenden Metallbereichen eingeschlossene, aufgeheizte Metall unter Schweißdruck setzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenz-Schweißstrom konduktiv in die Metallteile eingeleitet wird und zwischen aufeinanderfolgenden Punkten entlang der Nahtlinie fließt; daß der Strom und mit ihm die Heizwirkung von einem Näheleiter (28a;54;64) auf den Bereich der Nahtlinie konzentriert wird; und daß der Druck auf das aufgeheizte Metall im Bereich der Nahtlinie von einer Rolle aufgebracht wird, der das Metall entlang der Nahtlinie eindrückt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Druck im Bereich der Nahtlinie eine Nut in dem Metall gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die das Metall im Bereich der Nahtlinie teilweise einschließende Unterstützung von einer Rolle gebildet ist, die auf der der ersten Nut gegenüberliegenden Seite der Metallteile eine weitere Nut erzeugt.

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-Jf-

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Strompfad im Bereich der Nahtlinie mit Hilfe von leitfähigen Ansätzen am vorderen und/oder hinteren Ende der zu verschweißenden Metallteile verlängert wird, um eine sich zwischen den äußersten Enden der Nahtlinie erstreckende Schweißnaht zu erzeugen»

6. Verfahren zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile, die aus verschiedenen Metallen "bestehen, nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom konduktiv an zwei aufeinanderfolgenden Stellen der Nahtlinie, zwischen denen der Strom fließt, auf die Metallteile geleitet wirdj daß der Strom entlang der Nahtlinie von einem Näheleiter konzentriert wird, der oberhalb der Nahtlinie verläuft; und daß der Näheleiter seitlich zu der Nahtlinie in Richtung des Metallteiles verschoben wird, das schwerer aufheizbar ist.

7. Verfahren zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile, die von den sich beiderseits einer Längsnaht erstreckenden Bereichen eines konischen Rohres gebildet sind, nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die das aufgeheizte Metall im Bereich des Schweißpunktes teilweise einschließende Unterstützung

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von einer Rolle gebildet ist, die einen Druck an einer Stelle ausübt, die einer anderen im Bereich der Nahtlinie liegenden Rolle gegenüberliegt, wobei eine der Rollen außerhalb und die andere innerhalb des Rohres im Bereich der Nahtlinie angeordnet ist.

8. Verfahren zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile, die von den sich beiderseits einer Nahtlinie erstreckenden Bereichen eines Rohres gebildet sind, nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die das aufgeheizte Metall im Bereich des Schweiß·- punktes teilweise einschließende Unterstützung von einer im Rohrinneren angeordneten Rolle gebildet wird, die mit einer außerhalb des Rohres angeordneten Rolle zusammenwirkt und einen Druck entlang der Nahtlinie ausübt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeheizte Metall im Rohrinneren in die Form einer Nut eingedrückt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die im Rohrinneren angeordnete Rolle auf hydraulischem Wege gegen die Nahtlinie gedrückt wird.

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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rohrinneren angeordnete Rolle von einem außerhalb des Rohres angeordneten Magneten auf magnetischem Wege gegen die Rohrinnenwand im Bereich der Nahtlinie gepreßt wird.

12, Vorrichtung zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile unter Verwendung eines Hochfrequenz-Schweißstromes zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (z.B. 24,24',25,2J?¹) zum Ausrichten und Pesthalten der beiden Metallteile (20,21;40,41;50,51;61) derart, daß die aneinandergrenzenden Kantenflächen sich berühren; durch eine Einrichtung zum Aufheizen des beiderseits der Nahtlinie (22;44;55;60) liegenden Metalls mit Hilfe des Hochfrequenz-Schweißstromes; durch eine Einrichtung zum Verschieben der Metallteile relativ zu der Heizeinrichtung in Längsrichtung der Nahtlinie und vorbei an einem Schweißpunkt;'durch eine Stützeinrichtung (23;45;46;65) für die Metallteile im Bereich des Schweißpunktes ; durch eine Druckrolle (3Ο;3Ο·;57;66;66«), die das Metall im Bereich der Nahtlinie etwa in Richtung der Ebene der aneinanderstoßenden Kantenflächen gegen die Unterstützung drückt und das zwischen der Unterstützung und den beider-

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seits der Nahtlinie verbleibenden festen Metallbereichen eingeschlossene aufgeheizte Metall unter Schweißdruck setzt.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom mit Hilfe von Elektroden (27,28;27»,28'; 52,52',53,53';62,63) in die Metallteile an mit Abstand voneinander entlang der Nahtlinie liegenden Stellen eingeleitet wird; und daß ein Näheleiter entlang der Nahtlinie vorgesehen ist; und daß die Druckrolle eine abgerundete Druckfläche hat, die in dem Metall eine Nut erzeugt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der Nahtlinie angeordnete Unterstützung für die Metallteile aus einer Stützrolle (4-5;65) besteht, die im Bereich des Schweiß-

punktes befestigt ist.

15· Vorrichtung zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile, die aus verschiedenen Metallen bestehen, gekennzeichnet durch zwei den hochfrequenten Heizstrom auf die Metallteile leitende Elektroden (52,52*; 53»53')t die an im Bereich der Nahtlinie hintereinander liegenden Stellen angeordnet sind; und daß ein Näheleiter

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oberhalb der Nahtlinie angeordnet und seitlich von der -Nahtlinie in Richtung auf das Metallteil versetzt ist, das schwerer aufheizbar ist.

16. Vorrichtung zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile, die von den beiderseits einer Nahtlinie liegenden Bereichen eines Metallrohres gebildet · sind, nach einem der Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützung der Metallteile im Bereich des Schweißpunktes von einer Rolle gebildet ist, die an einem Wagen (68;68') innerhalb ues Rohres befestigt ist; und daß der Wagen eine Hydraulikeinrichtung aufweist, die die Rolle gegen die Rohrinnenwand im Bereich der Nahtlinie preßt.

17. Vorrichtung zum Preßverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile, die von den beiderseits einer Nahtlinie liegenden Bereichen eines Metallrohres gebildet sind, nach einem der Ansprüche 12 - 15, dadurch, gekennzeichnet, daß die Unterstützung der Metallteile im Bereich des Schweißpunktes von einer Rolle gebildet ist, die an einem Wagen (68;68·) innerhalb des Rohres befestigt ist; daß außerhalb des Rohres ein Elektromagnet (75) befestigt

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ist; und daß der Wagen (68;68·) mit Hilfe des Magneten derart gegen die Rohrinnenwand preßbar ist, daß sich die Rolle gegen die Rohrinnenwand im Bereich der Nahtlinie legt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 - 17» dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Druckrolle (30·*-) als auch die Stützrolle (46) im Querschnitt abgerundete Außenflächen haben.

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