DE1565402A1

DE1565402A1 - Hochfrequenz-Schweissverfahren

Info

Publication number: DE1565402A1
Application number: DE19661565402
Authority: DE
Inventors: Rudd Wallace Collins; Jack Morris
Original assignee: AMF Inc
Current assignee: AMF Inc
Priority date: 1966-04-21
Filing date: 1966-10-05
Publication date: 1970-11-05

Description

Hochfrequenz-Schweißverfahren Die vorliegende Erfindung betrifft das Herstellen von Schweißnähten zwischen Metallteilen unter Verwendung eines hochfrequenten Heizstromes und insbesondere ein Verfahren, bei dem Metall in die Naht hineingedrückt wird. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind besonders gut zum Herstellen von Freßschweißungen und dergleichen zwischen Metallteilen geeignet und zwar in all denjenigen Fällent in denen es unmöglich oder unpraktisch ist, die Metallteile seitlich gegeneinander zu pressen, d.h. einen Druck auf die Metallteile aaszuüben, der diese entlang der Nahtlinie zusammenpreßt. In der US-Patentschrift 2 85? 503 sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen länglicher Schweißnähte unter Verwendung eines hochf--equenten Heizstromes beschrieben, bei denen die Einleitpunkte des Stromes an in Schweißrichtung aufeinanderfolgenden Stellen der Schweißnaht liegen und bei denen die zu verschweißenden Werkstücke in Längsrichtung vorgeschoben werden. Eine derartige "Reihenanordnung" der Elektroden arbeitet in den Fällen sehr zufriedenstellend, in denen die Werkstücke Während ihres Vorschubes ohne Schwierigkeit mit Hilfe von seitlich angreifenden Andruckrollen zusammengepreßt werden können, wie es z.B. beim Verschweißen des Längsspaltes in einem vorgeschobenen Rohr zutrifft, das auf einfache Weise zwischen den Andruckrollen und am Schweißpunkt vorbei vorgeschoben werden kann. In vielen Fällen ist es jedoch unpraktisch bez`w. sehr umständlichydie Metallteile im Schweißpunkt mit Hilfe von im Bereich des Schweißpunktes seitligh angeordnete Andruckrollen zusammenzupressen. Wenn beispielsweise die eine Längskante eines aufgerollten ggtallstreifens mit der einen Längskante eines anderen S4reifens mit Hilfe einer Preßschweißung verbunden werden soll, läßt sich der erforderliche Druck nicht mit dem aus der genannten Patentschritt bekannten Verfahren auf die zu verschweißenden Kanten ausüben. Das gleiche trifft auch für verschiedene andere Fälle zu, bei denen eine Preßschweißung zwischen zwei aneinanderstoßenden Blechen hergestellt werden sollt weil es - zumindest in einigen Fällen - unzweckmäßig ist, die beiden Bleche unter einem Winkel zueinander anzuordnen bzw. vorzuschieben, wodurch an sich die Ausübung des Druckes in der bekannten Richtung möglich w wre. In der hauptanmeldung,A 53 481 VIIId/21h sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, mit deren Hilfe die genannten Probleme auf relativ einfache und bequeme Weise überwunden werden können. Dabei wird der Hochfrequenz-Strom in der oben erläuterten, an sich bekannten Weise, d.h. mit Hilfe der sogenannten "Reihenelektroden" zugeführt und die miteinander zu verschweißenden Metallbleche gegeneinander gelegt und in dieser Tage festgehalten. Darauf wird der Nochfrequenzstrom mit Hilfe der Reihenelektroden entlang der Linie der einander grenzenden Blechkanten zugeführt, und,, während die Werkstücke gleichför-. mig relativ zu den Elektroden in Richtung der gewünschten Nahtlinie vorgeschoben werden, wird mit Hilfe einer oder mehrerer Rollen ein Druck auf das erhitzte, im plastischen Zustand befindliche Metall im Bereich der Nahtlinie nach unten gegen die aneinanderstol@enden Kanten ausgeübt, die zu diesem Zeitpunkt über ihre gesamte Tiefe erhitzt sind, wobei der Druck so groß ist, daß er die beiden Kanten unter Bildung einer Freßschweißung miteinander verbindet. Bei diesem Verfahren wird das Metall aufgrund der Wirkung der Rolle etwas eingedrückt, so daß eine flache Nut entlang der iqahtinie entsteht. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung der in der Hauptanmeldung beschriebenen Erfindung dadurch, daß ein Streifen einer Folie, eines kleinen Drahtes, einer Stange o.dgl. als Füllstreifen verwendet wird, der vorzugsweise aus dem ir?etall besteht, wie die zu verschweißenden Werkstücke und daß der Füllstreifen während der Herstellung der Schweißnaht in eine Lage gebracht wird, in der er auf Schweißtemperatur erhitzt und dann von der Andruckrolle in die herstellende Nahtlinie gepreßt wird.. Auf diese Weise gelangt das plastische Metall des Füllstreifens in die Schweißnaht und bildet einen Teil der lreßschweißung. Der ai2f diese Weise verarbeitete Füllstreifen dient ganz oder teilweise zum Abdecken bzw. füllen desjenigen Bereiches der Nahtlinie, der anderenfalls als flacbe Nut zurd.ckt:leiben würde.
Durch die vorliegende Erfindung entstei.t daher eine Schweißnaht, die vorzugsweise die gleiche Dicke hat wie die übrigen Bereiche des Bleches, die aber je nach Anforderungen dicker sein kann. Das erweichte Metall des Füllstreifens ergänzt also das erhitzte weiche Metall der Bleche an den aneinandergrenzenden Kanten und stellt, sicher, daß eine gleichmäßige Schweißnaht von hoher qualität über die gesamte Metalldicke im Bereich der Nahtlinie entsteht. Die relative Vorschubgeschwindigkeit der Werkstücke zusammen mit dem Füllstreifen in Bezug auf die Stromzuführung-und unter Berücksichtigung der zugeführten Leistung ist so gewählt, daß nicht nur die aneinandergrenzenden Kanten der Werkstücke sondern der Füllstreifen o.dgl. unter dem angewandten Druck soweit verlagert wird, daB er mindestens zum größten Teil in das Metall der Werkstükke auf oder im Bereich der Nahtbrie eingeprellt wird, In einer schwebenden US-Patentanmeldung der Anmelderin (amtl. Aktenzeichen 510.502 vom 30.'1'I.'1965) ist ein Schweißverfahren beschrieben, mit dem ein Metallblech entlang einer gewünschten Nahtlinie mit einem darunterliegenden Metallblech durch Zuführung eines Hochfrequenzstromes verschweißt werden kann, der auf die oberliegende Fläche des oberen Bleches mit Hilfe der bereits erwähnten Reihenelektroden zugeführt wird, wobei der Strom eine solche Frequenz und die Metallteile einen solchen Wider- stand und eine relative Permiabilität haben, daß der Strom bis zu einer sogenannten Zugstiefe in die Metallteile eindringt und entlang der sich berührenden Flächen fließt und,diese auf Schweißtemperatur-bringt. Jenen Verfahren wird heute vielfach als "hochfrequentes Eindring-Schweißverfahren" bezeichnet. Auf ähnliche Weise dringt der Strom auch bei der vorliegenden Erfindung ein und heizt sowohl das Metall des Füllstreifens als auch das Metall der aneinanderstoßenden Werkstücke entlang der Nahtlinie völlig durch, wobei der Strom vor dem Schweißpunkt dicht auf einen im Bereich der Nahtlnie liegenden Pfad konzentriert wird. Darauf wird ein nach unten gerichteter (d.h. in Richtung der Ebene der aneinandersto-Benden Kantenflächen wirkender) Druck ausgeübt, der auf die im Bereich der Nahtlinie unterstützten Werkstücke im Bereich dieser Nahtlinie einwirkt, sodaß das erweichte Metall des Füllstreifens und der aüeinandergrenzenden Werkstückflächen zwischen der Werkstückunterstützung sowie den weiter fest bleibenden Bereichen des @:ietalles auf beiden Seiten der herzustellenden Schweißnaht eingeschlossen ist, wobei der Druck ausreicht, die zu verschweißenden Teile zu vereinigen. Da das erhitzte Metall beim Erreichen der Schweißtemperatur in den plaseischen Zustand übergeht und in der beschriebenen Weise an einem Ausweichen gehindett ist, ist es unnötig, beiderseits der Nahtlinie Rollen vorzusehen, die die Werkstücke weiter in Richtung aufeinander zu zusammenpressen. Es-sind bislang verschiedene Vorschläge und Versuche gemacht worden, beim Herstellen von Freßschweißungen einen Füllstreifen in die Schweißnaht einzupressen, die jedoch alle mit einem starken Wechselstrom oder einem sehr niederfrequenten Strom arbeiteten, der von einer Elektrode bzw. einer Andruckrolle auf den unmittelbar darunterliegenden Füllstreifen und weiter direkt durch den Streifen und die aneinandergrenzenden Werkstückkanten im Bereich der Schweißnaht zu einer darunterliegenden Elektrode floß. Bei derartigen, nicht mit einem Hochfrequenzstrom gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitenden Verfahren liegen die Stellen besonders schneller und intensiver Aufheizung an den Stellen des größten Ohmschen Widerstandes , d.h. also an den Kontaktstellen zwischen Elektroden und Werkstück und an der Kontaktstelle zwischen den Werkstücken mit dem Ergebnis, daß die Schweißung über#,#@ap: ende Bereicbe und Einschlüsse erhält, also-nicht gleichförmig ist. Diese mangelnde Gleichförmigkeit entsteht deswegen= weil-das Metall an einigen Stellen regelrecht geschmolzen wird., weil es über Plastizitäts=femperatur hinaus erhitzt wird, während andere Stellen noch nicht die Schweißtemperatur erreicht haben. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß auch nur geringfügige DckenabWeichuhgen der Werkstücke erzen unterschiedlichen Schweißdruck und demzufolge ein unterschiedliches Aufheizen an einigen Stellen bewirken. Weiterhin muß bei diesen bekannten Verfahren das Auf-.heizen in dem Moment durchgeführt werden, in dem sich die Metallteile im Schweißpunkt befinden, so daß die Teile nicht mit hoher Geschwindigkeit vorgeschoben und verschweißt werden können: Wenig es dennoch versucht würde, mit solch niedrilJen Frequenzen zu arbeiten und die Werkstücke entlang der Nahtlinie während des Vorschubes zum Schweißpunkt zu erwärmen, würden sich Strom und .2;rwärmung in höchst unerwünschter Weise verteilen. A.11 diese Schwierigkeiten werden mit der vorliegenden Erfindung dadurch Vermieden, daß nein hochfrequenter Heizstrom verwendet wird' der bis zur Tiefe der Lerzustellenden Schweißnaht eindringt und entlang von Pfaden. fließt$ die dicht entlang der Nahtlinie konzentriert gindg während die Werkstücke schnell bis zum Sc_iweiß-Punkt vorgeschoben werden, so daß die Teile mit großer Annäherung nur in dem Schweißpunkt bzwe den Schweißpunkten auf Schweißtemperatur gebracht werden. Gleichzeitig läBt sich die Temperatur bei Verwendung dieses Verfahrenn sehr genau regeln. Als Ergebnis ergibt sich eine Schweißung, in der das Metall eine durch und durch gleichmäßige Struktur hat und in der die Teile ohne eine Schwächung bedeutende Einschlüsse oder Unregelmäßigkeiten vollständig miteinander verbunden sind. Dieses Ergebnis entsteht zum Teil wegen der dichten Konzentration des.

Naht befindliche Metall unter sehr großen Druck gesetzt werden kann, gleichzeitig aber im Schweißpunkt dem einwirkengen Druck nicht ausweichen kann. Die vorliegende Erfindung läßt sich vielfach abwandeln und an verschiedene Anwendungsgebiete anpassen, von denen einige nachstehend genauer beschrieben ,werden. Bei einem dieser _iusführungsbeispiele werden zwei sich gegenüberliegende abgekantete Bereiche zweier Werkstücke mit Hilfe einer Preßschweißung verbunden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Füllstreifen zur :Erzielung eines weichen Übergangs in die Ecke zweier Werkstücke eingeschweißt, die gemeinsam einen T-förmigen Querschnitt haben. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Füllstreifen von keilförmigem Querschnitt zwischen die einen geringen Abstand voneinander aufweisenden, sich gegenüberliegenden Kanten zweier Werkstücke eingebrachty so daß eine Ar=t Doppelschweißung entsteht. In einem anderen beschriebenen Ausführungsbeispeil wird ein Füllstreifen verwendet, der anfänglich einen T-förmigen Querschnitt hat und zwischen die mit Abstand voneinander angeordneten ganten zweier Werkstücke eingebracht wird, so daß eine Schweißnaht entsteht, deren Oberfläche etwas über die obere und untere Werkstückfläche hervorragt. In allen Ausführungsformen der Erfindung. kann die Schweißnaht geradlinig in einer Ebene verlaufen, sie kann aber auch s in Art einer Gürtelschweißung ausgeführt sein, wie es beispielsweise zum Verschweißen der Enden zweier Zylinder, Tanks oder@Rohre erforderlich ist, wobei die Werkstücke in-aiesen Fällen während des Schwei3ens mit Bezug auf die Stromzuführung rotiert werden, Die Erfindung ist anwendbar mit den üblicherweise zur Verfügung stehenden Hochfrequenz-Stromquellen, die einen Strom mit einer Frequenz von etwa 23 kHz bis 500 kHz oder höher abgeben. Zur Erzielung gleichförmiger Ergebnisse und eines hohen Wirkungsgrades wird der Strom vorzugsweise von in Reihe liegenden Elektroden in der oben erwähnten Weise zugeführt, obwohl die Erfindung in einigen Fällen auch ohne Nachteil mit einem induktiv zugeführten Nochfrequenzstrom ausführbar ist, wobei vorzugsweise längliche Induktionsspulen verwendet werden, die in geeigneter Weise konstruiert sind, um den den Strom dicht auf eine einzige Linie zu konzentrieren.

Die Erfindung ist -nach stehend anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert und in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigt. -

In Fig. 1 sind zwei Icetallbelchstz,eifen 25, 26 gezeigt, die über eine 1,reßschweißung ent:l -3,riaz einer Nahtlinie 227 miteinander verbunden werden sollen. Bei eine:: ;der beiden der Streifen 25, 2.6 kann. E s si c:i mm d e freien Enden großer Blechspulenlandeln, die zur 1Jnreinfachung der ;eiter- bzw. Fertigbea-beitung miteinander veiachwei.ßt werden sollen. Die ane.nandergrenzenden Streifenkanten werden in der gewlxzscl=terz Nahtlinie mit.: i nander in Berührung und in eine Zage gebracht, in der sie auf einer Stützschiene 28 o.dgl. aufliegen, während geeignete Klemmvorrichtungen mit Spannbacken 29, 29' und 30, 301 vorgesehen und in nicht dargestellter Weise befestigt sind und die oben und unten liegenden Flächen der Blechstreifen 25, 26 erfassen. Die Klemmbacken halten die Blechstreifen daher relativ zueinander und zu der Stützschiene 28 fest, während die Schweißnaht hergestellt wird. Die gleichen oder ähnliche Spannbacken o.dgl. können auch in allen nachstehend noch beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung mit oder ohne Ab,-,andlungen Verwendung finden, Sam %'l.ie zu verschweilsenden Werkstücke in Schweißlage zu halben. Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit der Zeichnungen sind die Spannbacken jedoch in den meisten Fällen fortgelassen worden. Von einer geeigneten Hochfrequenz-Stromquelle 3'i gelangt der hochfrequente Strom zu zwei in einer Linie angeordneten Elektroden 32, 33, über die der Strom auf oder nahe bei der Nahtlinie in die UJerkstücke gelangt. Gleiche oder ähnliche Elektroden für die Zuführung des Hoohfrequenzstromes sind auch in den weiteren Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, und sie sollten die bei Hochfrequenz-Schweißmaschinen üblichen Hohlräume zur Aufnahme eines Kühlmittels haben. Ein Teilstück einer der Stromzuführungen zu den Elektroden 32, 33, beispielsweise also das Teilstück 32a ist so geführt, daß es dicht oberhalb der Nahtlinie verläuft und als sogenannter Näheleiter wirkt, durch den der Hochfrequenzstrom in den Werkstücken, und damit auch der Reizeffekt, sehr eng auf den Bereich der Nahtlinie konzentriert wird. Ein dünner Metallstreifen 34 in der Form einer Folie o.dgl., der vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie die Werkstücke 25, 26 besteht, wird so zugeführt, daß er im Bereich der Nahtlinie liegt und von den Elektroden 32,33 beaufschlagt Wird. An einem gemeinsamen Rahmen o.dgl. ist eine Andruckrolle 35 gegebenenfalls zusammen mit den Elektroden in dem durch die strichpunktierten Linien angedeuteten Bereich angeordnet, so daß entweder dieser Rahmen mit allen seinen Teilen gleichförmig in Längsrichtung zur Nahtlinie bewegt oder aber - falls dieses zweckmäßiger oder einfacher ist - ruht, während die Werkstücke einschließlich des Füllstreifens 34, der Spannbacken sowie der Stützschiene o.dgl. in Richtung der Nahtlinie bewegt werden. In einigen Fällen kann. die Andruckrolle 35 anstelle der Elektroden 32 verwendet Werden. In jedem Fall aber-preßt die Andruckrolle 35 vorzugsweise unmittelbar nach dem Aufheizen des Füllstreifens und der Kantenbereiche der Werkstücke auf Schweißtemperatur das Metall des Füllstreifens gegen die Nahtlinie der Werkstücke? wobei.der Schweißpunkt unterhalb der Andruckrolle liegt, Der zwischen den Elektroden fließende Hochfrequenzstrom durchdringt im Bereich der herzustellenden Preßschweißung nicht nur den gesamten Füllstreifen 34 (in Fig. 2 in etwas übertriebener Dicke dargestellt), sondern auch die gesamte Dicke der Werkstücke im Bereich der Nahtlinie 271, wie es in Fig. 2 mit dem gepunkteten Bereich 37 angedeutet ist. Dadurch wird das Metall des Füllstreifens sowie das Metall der Werkstücke im Bereich der Naht erweicht bzw. in den. plastischen Zustand gebracht und auf Schweißtemperatur erhitzt, wenn sie den Bereich der Elektroden passiere,,. Es leuchtet ein, daß das auf diese ',eise erhitzte Metall nur einen engen, länglichen Bereich umfaßt, der auf seiner Unterseite von der Stützschiene 28 und seitlich zwischen den weiterhin fest bleibenden Bereichen des Betalls der ,Werkstücke beiderseits der jiah#"uli.nie begrenzt ist. Das auf diese Weise erweichte Metall wird mit Hilfe der Andruckrolle 35 einem Druck ausgesetzt, so daß_ die in Fig. 3 angedeutete Schweißung entsteht. Weil das erweichte und in der beschriebenen Weise an einem Ausweichen gehinderte Metall einem starken Druck ausgesetzt wird, gelangt auch das Jetall des Streifens 34. nach unten in die Ebene der Metallblechstreifen 25, 26 bäwe der Werkstücke, wie es mit 34' in Fig. 3 angedeutet istt und etwas des erweichten metalls des Filletreifenv 3l° wird mindestens geringfügig entlang der Nahtlinie 27 nach unten gepreßt. Auf diese Weise wntsteht eine sichere Schweißung von hoher aualität, obwohl nur ein Druck . in Richtung der Ebene der aneinanderstoi3enden Kantenflächen ausgeübt wird, so daß die Verwendung seitlich angeorndeter Andruckrollen, beispielsweise wie in der US-Yatentschrift 2 85? 503 beschrieben,'überflüssig ist. In diesen Fällen sollte der Füllstreifen eine Dicke von beispielsweise im Bereich 0,00'I bis 0,06 Zoll haben, wobei deiWahl der genauen Dicke von der Dicke der zuverschweißenden Werkstücke abhängt. Tatsächlich sollte das Volumen des Füllstreifens so gewählt werden, daß es die durch die Druckanwendung entstehende Dickenschrumpfung und das sich ergebende Eindellen im Bereich der Schweißnaht möglichst genau ausgleicht. In anderen Worten, das Metall des Füllstreifens sollte die gesamte entstehende Eindellung möglichst vollständig ausfüllen. Sofern die Werkstücke und die herzustellende Schweißnaht nur verhältnismäig kurz sind, sowie in den Fällen, in denen es wichtig ist, die Schweii,.zng vom Anfang bis zum Ende der Nahtlinie vollständig durchzuziehen, kännen geeignete leitende Ansätze 38, 53 vorwendet werden, die an den Enden der her. zustellenden chweil;naht in irgende l.ner Weise befestit"t sind und ,den Strom weiterleiten, wenn eine der Elektroden am Anfang oder am Ende der Schweißung außerhalb der eigentlichen Werkstücke liegt. Gegebenenfalls kann die Stützschiene 28 in einigen Fällen von einer unterhalb der Nahtlinie liegenden Roole ersetzt werden, die vorzugsweise eine soche Breite hat, daß ein Eindrücken der Unterseite der Werkstücke im Bereich der Nahtlinie vermieden wird, Ein derartiges Beispiel ist in Fig. 20 gezeigt. Die Anordnung gemäß Fig. 4 entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 bis 3 beschriebenen Anordnung mit dem Unterschied, daß in diesem Fall der Füllstreifen 34 unterhalb der Nahtlinie liegt, d.h. also auf der Fläche der Werkstücke im Bereich der Nahtlinie, dielen Elektroden e sowie der Andruckrolle abgewandt ist. Auf diese Weise entsteht der-in Fig. 5 durch Punkte angedeutete Aufheizbereich 37', und wenn die Teile gemäß Fig, 6 dem Druck der Andruckrolle 35 ausgesetzt werden, wird der Füllstreifen gemäß 34a in die Unterseite der Werkstücke eingedrückt, Wobei Teile des erweichten Metalls des Füllstreifens gemäß 27a im Bereich der Nahtlinie nach oben steigen und eine der Fig. 3 entsprechende Schweißnaht entsteht, obwohl in diesem Fall oben und unten vertauscht sind.
Die in Fig. 7 beschriebene Ausführungsform der Erfindung weicht von den vorher beschriebenen insofern ab, als in diesem Fall zwei Metallblechteile 40,4'I mit Hilfe eines als Draht 42 ausgebildeten Füllstreifens fest verschweißt werden, wobei der Draht vorzugsweise aus dem Metall der Werkstücke 40, 41 besteht. Wenn Blech geschnitten wird, dann bilden sich im allgemeinen etwasabgerundete Kanten 43, 43', wie es in Fig. 8 angedeutet ist. Wenn demnach die Kantenflächen in ihrer aneinandergrenzenden Stellung festgeklammert werden, dann bilden die abgerundeten Itanten 43, 43' eine leichte Nut, in die ohne Schwierigkeiten ein als Draht 42 ausgebildeter r''üllatreifen eingeschweißt werden kann. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung entsteht der in Fig. 8 durch Punkte angedeutete Reizbereich. Wenn danach die Nahtlinie unter der *ndruckrolle 35 hindurchläuft, entsteht eine Schweißung, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, bei der das erweichte Metall des Drahtes eine flache Oberfläche erhält und in die Ebene der *erkstilcke 40, 41 gemäß 2711 gepreßt wird, wobei außeredem ein Teil des Metallee, in den Bereich der Nahtlinieiineingedrückt wird. Falls erwünscht, kann der die Form einer Folie, eines Drahtes o.dgl. aufweisende Füllstreifen sowphl voh der Oberseite als auch von der Unterseite der Nahtlinie sowohl bei den Ausführungsformen nach den Yig. 1 und 4 als auch nach den noch zu beschreibenden Ausführungsbeispielen zugeführt werden, um sowohl von unten als auch von oben in die Nahtlinie einzudringen. Der Füllstreifen beliebiger Form wird vorzugsweise von einer Rolle oder einem anderen Vorrad abgezogen und kontinuierlich den zu verschwei,senden Teilen mit einer Vorschubgeschwindigkeit zugeführt, die etwa gleich der Vorschubgeschwindigkeit der Schweißung ist. Die gegenüber der Pig. 7 abgewandelte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 10 ist mit einer Einrichtung versehen, die ein Überhitzen des Drahtes bzw. eines anderen Füllstreifens verhindert. Da die Füllstreiten gewöhnlich nur einen geringen Auerschnitt haben, kann es in einigen Fällen vorkommen, dai3 sie überhitzt und geschmolzen werden, bevor sie den Schweißpunkt unterhalb der Lidruckrolle erreichen, wenn eine der Stromzuführungselektroden mit dem Streifen und auch den Werkstücken an einer Stelle in Verbindung steht, die beträchtlich vor dem Schweißpunkt liegt. Zur Vermeidung einer derartigen Überhitzung durchläuft der Füllstreifen einen Abschnitt eines vorzugsweise innen isolierten Rohres 45, so daß der bei 46 aus dem Rohr 45 austretende Füllstreifen erheblich dichter am Schweiapunkt liegt. Der Strom wird in d:bsem Fall von der Elektrode 33 zur Elektrode 32 und zurück teilweise über das Metall der zu verschweißenden Werkstücke fließen, und zwar .,o stark, daß er den Nahtbereich angemessen erhitzt, der Strom wird teilweise aber auch über das Metallrohr 45 zu dessen Punkt 46 und von dort entlang des Füllstreifens o.dgl. fließen, so daß letzterer kurz vor dem Erreichen der Andruckrolle 35 die erforderliche Temperatur erhält. Die Isolation des Rohres verhindert dabei, daß der Strom schon vor dem Punkt 46 in den Füllstreifen übertreten kann. Das Rohr 45 besteht beispielsweise aus einem besonders wärmefesten Metallrohr oder gegebenenfalls kann auch ein Kühlmittel hindurchgeleitet werden, das ein vorzeitiges Erhitzen des Füllstreifens 42 vor dem Erreichen des Punktes 46 verhindert. Wenn das Rohr 45 aus einem Metall hoher Leitfähigkeit, wie z.B. Kupfer besteht, wird es durch den Hochfrequenzstrom nicht so schnell aufgeheizt wie die Werkstücke und nicht so schnell, als wenn es aus einem Ferrometall hergestellt ist. Das Rohr 45 liegt vorzugsweise auf dem Metall entlang der Nahtlinie auf, so daß es den Strom von der Elektrode 33 auf die Werkstücke übertragen kann, so daß diese beim brreichen des Schweiß-Punktes und der Andruckrolle ihre Schweißtemperatur erreicht haben, während der Füllstreifen, der einen erheblieh kleineren Querschnitt hat, auf dem kürzeren Weg zwischen seinem Austritt aus dem Rohr und dem Schweißpunkt die erforderliche Temperatur annimmt. Ein Querschnitt durch diese Abwandlung der Erfindung ist in Fig. 10a gezeigt. In der Ausführungsform gemäß Fig. 11 sind zwei Werkstücke 50, 51 vorgesehen, die abgekantete Bereiche 52, 55 ahben, welche während des Schweißens aneinanderstoßend mit Hilfe geeigneter Klammern bzw. mit Hilfe von Druckrollen 54, 55 gehalten werden. Bei den Werkstücken 50, 51 kann es sich beispielsweise um die dargestellten konkav-konvexen Metallstreifen oder aber auch um Teile eines Rohres handeln, die beiden Werkstücke könnten aber ebenso gut flach liegende Bleche sein, die entlang der abgekanteten Bereiche 52, 53 miteinander verschweißt werden sollen. Durch das Abkaaten entstehen an den Kantlinien etwas abgerundete Kurven 521, 53', die im aneinandergegelegten Zustand eine flache Nut zwischen sich einschließen, in die ein Füllstreifen in Form eines Drahtes 56 eingeschweißt wird, wie es beispielsweise in Fig. 12 im Querschnitt gezeigt ist. Jede der in Reihe liegenden Elektroden kann gemäß der Darstellung gabelförmig oder auch als Doppelelektrode 5?, 58 ausgebildet sein, wobei jede Doppelelektrode bzw. Gabel den Füllstreifen übergreift, und wooei ein Näheleiter 59 vorgesehen ist, der sich oberhalb des Füllstreifens 56 erstreckt. Entgegen der einfachendrahtfÖrmigen Ausbildung 59 in Fig. 11 kann der Näheleiter auch gemäß Fig. 12 als gekrümmter, hohler und gekühlter Körper ausgebildet sein. Aufgrund der Lage des . Näheleiters entlang und oberhalb des Füllstreifens, wird der Hochfrequenzstrom auf den Füllstreifen und auch auf die dicht benachbarten Bereiche des Werkstückmetalls entlang der Nahtlinie konzentriert. Auch hier sei angemerkt, daß gabelförmige Elektroden gemäß der Darstellung gegebenenfalls auch bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung Verwendung finden können; sie werden vorzugsweise verwendet beicbn Ausführungsformen gemäß den Figuren 14, 18 und 21. Der bei der Anordnung gemäß Figur 11 entstehende Heizbereich hat bei Verwendung von Frequenzen im Bereich zwischen etwa 1 und 10 kHz die in Figur 12 durch Punkte angedeutete Form. Nach dem Aufheizen durch den Hochfrequenzstrom, wird die obenliegende Fläche der herzustellenden Naht mit Hilfe einer Rolle 60 nach unten gedrückt, die sich an einer unterhalb der abgekanteten Bereiche 52, 53 angeordneten Stützschiene 60a abstützt. Bei Verwendung eines Näheleiters in der in Figur 12 gezeigten Form wird eine verbesserte Stromverteilu:erreicht, durch die ein "überhitzen des Füllstreifens vereden wird; ein derartiger Näheleiter kann auch in andern AusfÜhrungsformen der Erfindung insbesondere in denen in Figur 14, 18 und 21 beschriebenen verwendet werden.
Der in Figur 13 gezeigte querschnitt deutet an, wie die mit der Anordnung gemäß Figur 11 erreichbare Schweißung aussieht, wobei erkenntlich ist, daß der Füllstreifen durch das Einpressen die mit 56' angedeutete Form ange- nommen hat, in der erden Zwischenraum zwischen den Werkstücken völlig ausfüllt und mit seiner Oberseite glatt mit der Oberseite der Werkstücke abschließt, wobei außerdem ein Teil des Füllstreifens nach unten in die Nahtlinie eingedrungen ist. In Figur 13 sind außerdem Rollen 54, 55 gezeigt, die neben oder anstelle der Schlitz- schiene 60a Verwendung finden können. Hei der Abwandlung der Erfindung gemäß Figur 14, wird die eine Kante eines Werkstückes 61 unter Bildung eines rechten Winkels auf eine Oberfläche eines weiteren Werkstückes 62 aufgeschweißt. In diesem Fall aknn beispielaweiee ein dreieekfärmiger Füllstreifen 63 verwen- det werden, der in die Ecke bzW. Ecken zwischen den Werkstücken eingeschweißt wird und auf diese Weise einen weichen Übergang zwischen den aneinandergrenzenden Werkstük- ken bildet, nachdem der Füllstreifen und die angrenzen- den ketallbereiehe durch Verwendung von Elektroden und des Hochfrequenzstromes in den plastischen Zustand erhitzt-und unter einer Jndruckrolle 64 hindurchgeführt wurdrn, die sich gegen eine Stützrolle 65 abstützt. In dem

wiederum durch Punkte unterhalb des Näheleitera 67 an- gedeutet. In Figur 16 ist ein ähnlicher Querschnitt gezeigtv der jedoch die eigentliche Schweißung verdeutlicht, die zwischen den aneinandergrenzenden Flächen von Fülletreifen 63 und Werkstücken 61 und 62 entsteht. Es ist erkenntlich, daß Teile des plastischen Metalls des Füllstreifens durch die Druckeinwirkung in die Nahtflächen hineingepreßt wird und zur Unterstützung der Verschweißung zwischen der Kante des Werkstücks 61 und der Oberfläche des Werkstücks 62 beiträgt, wobei'gleichzeitig die Flä-chen des Fülletreifens mit den aneinanderstobenden Flächen der Werkstücke verschweißt.werden. Wie in Figur 17 im Schnitt dargestellt ist, können auch zwei Füllstreifen 66 und 66' gleichzeitig oder nacheinander in die oberhalb und unterhalb des Werkstüc'.: ; 61 gebildeten Ecken eingeschweißt werden, wobei prinzipiell die gleiche Heiz- und Druckvorrichtung gemäß Figur 14 verwendet wird, jedoch in diesem Fall mit jeweils einem Satz auf der Ober- und einem Satz auf der Unterseite des Werkstücks 61. Es ist nicht erforderlich, daB der Füllstreifen 63, 66 oder 66' schon ursprünglich einen dreiecigen Querschnitt hat, es kann vielmehr auch ein Streifen aus Draht oder eines anderen runden querschnitt verwendet werden, der durch das Einpressen in die Ecken zwischen den Werkstücken einen guten Übergang zwischen diesen bildet und eine Schweißung von gleicher Qualität darstellt. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Hochfrequenzstros eine Frequenz zwischen etwa 1 und 10 kHz habens wodurch eine ausreichende Eindringtiefe des Stromes gewährleistet wird, so daß alle miteinander zu verschweißenden Flächen auf die richtige Temperäur kommen. Eine Abwandlung der in den Figuren 14 bis 16 gezeigten Ausführun_sform ist in Figur 18 gezeigt, in der ein Füllstreifen 70 von trapezförmigem Querschnitt zwischen die geneigten Kantenflächen 71, 72 zweier Werkstücke 73 und 74 eingeführt und verschweißt wird. Auch in diesem Fall, wie auch bei den vorherigen Ausführungsformen ist eine Klemmvorrichtung o.dgl. vorgesehen, die eine Relativbewegung zwischen den Werkstücken während des Schweißens verhindert. In diesem Fall berühren sich die zu verschweißenden Kanten der Werkstücke jedoch nicht, sondern ähben einen Abstand, wie er am besten in Figur 19 zu erkennen ist, wobei äar trapezförmige Füllstreifen 70 den Zwischenraum zwischen den geneigten Flächen 71, 72 der Werkstücke 73, 74 ausfüllt, so daßrnch dem Aufheizen und nach Ausüben des Druckes mit Hilfe einer Andruckrolle 75, die sich an einer Rolle 76 abstützt, eine Schweißung gebildet ist, wie sie im Querschnitt in Figur 20 gezeigt ist. Notwendigerweise entsteht hierbei eine Doppelechweißung entlang der Nahtlinien 7'7 und ?8. Bei Verwendung des in Figur 19 gezeigten Näheleiters 59 verteilen sich Strom und Wärme in Fülletreifen in der durch Punkte angedeu- teten Weise. Bei der Ausführungeform gemäß Figur 21 hat der Füll- streifen einen T-förmigen Querschnitt und wird in den schmalen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen zwei Werk- stücken 81, 82 eingeführt, die gegeneinander festgelegt sind. In dieser Darstellung sind die Elektrode 83 und ein Träger 84 als die üblich verwendeten Blöcke aus Lei- termaterial dargestellt, die Hohlräume zum Druchleiten eines Kühlmittels haben, wobei die Elektrode 83 gegabelt ist und den Füllstreifen übergreift und wobei der Träger 84 zum Halten eines Näheleiters dient, der durch den Bereich 85 in Figur 22 angedeutet ist. In Figur 22 ist außerdem der Heizbereich durch Punkte angedeutet. In Figur 23 ist die sich ergebende $chweiBung gezeigt die sich nach dem Passieren des erhitzten Bereiches zwischen einer Andrucktolle 86 und einer Stützrolle 87 biljet. Diese beiden Rollen können eine sdche Form und Lage erhalten, daß sie eine im wesentlichen flache und mit den Werkstücken fluchtende Schweißung erzeugen, die Rollen können jedoch in der dargestellten Weise-auch gekrümmte Oberflächen haben, so daß SchweiBungen mit abgerundeten oberen und unteren Kanten 88, 89 entstehen. Zum Herstellen einer derartigen Schweißung sollte der Hochfrequenzstron nicht nur den T-förmigen Füllstreifen sondern auch die aneinandergrenzenden Bereiche der Merkstücke in der durch Punkte in Figur 22 angedeuteten Weise auf Schweißtempera- tur bzw. in den plastischen Zustand erhitzen. Dadurch gehen die oberen und unteren Bereiche der Schweißung gemäß Figur 22 eine Verbindung mit den-Werkstücken ein, so daß die Schweißung noch verstärkt wird. Bei den nach den erfindungsgemäßen Vorschlägen beispiels- weise gemäß den Figuren 3, 6v9, 13, 16 und 23 herge- stellten Schweißungen wird das Metall völlig gleichmäßig und frei von Unregelmäßigkeiten oder Einschlüssen o.dgl. sein und von dem einen der verschweißten Werkstücke in das Metall des eingeurachten Füllstreifens und weiter in das andere Werkstück übergeben, so daß der geschweißte Bereich grundsätzlich die gleiche Festigkeit hat wie die anderen Bereiche der Werkstücke. Diese grundsätzliche Gleichförmigkeit in des Metall über den gesamten Schweiß- bereich hinweg ist immer gegeben, obwohl in den Zeich- nungen die verschiedenen Teile der SchweiBung zu Zwecken der Illustration und um die einzelnen Teils voneinander untL"scheiden zu können, verschieden schraffiert o.dgl. sind. Die hervorragende Quglität der Schweißverbindungen wird dadurch erzielt, daß das Metall durch den Hochfrequenzstrom in der beschriebenen Weise bis zum Erreichen der Schweißtemperatur bzw, eines plastischen Zustandes nur in den gewünschten Bereichen und innerhalb enger kritischer Grenzen erhitzt wird, wobei alle miteinander zu verschweißenden Flächen tatsächlich auch auf Schweißtemperatur kommen, ohne daß sich wesentliche Schmelzkörper im Metall bilden können. Bei einem in der beschrie-benen Weise richtig auf Schweißtemperatur erhitzt,:ber nicht überhitzten Metall ist es möglich, mit den beschriebenen Anordnungen den notwendigen hohen Druck für eine gute Schweißverbindung aufchs Metall auszuüben, während dieses zwischen der oben liegenden Andruckrolle und den unten liegenden Unterstützungen sowie den seit- lich weiterhin.fest bleibenden Metallbereichen eingeschlossen ist. obwohl die Erfindung besonders gut zum Verschweißen von Ferrometallen geeignet ist, können auch Werkstücke aus anderen Metallen, wie beispielsweise Aluminium und Kupfer bzw, Legierungen davon verschweißt werden. Besonders in diesen Fällen ist die Einhaltung der kritischen Schweiß- temperatur von großer Bedeutung und das vorliegende Hochfrequenzverfahren ist im Gegensatz zu den früheren verfahren besonders vorteilhaft, weil derartige Metalle entweder die Schweißtemperatur nicht erreichen oder aber zu leicht schmelzen, um eine gleichförmige Preßschwei- ßung herstellen zu können. Es kann in einigen Fällen erwünscht sein-, den Füllstreifen mit einem Flußmittel wie z.B. Borax oder einem anderen chemischen Material zu überziehen, um die.- Qua3-atät . dsr... .-Schweißnaht durch Verhindern einer Oxydation zu verbessern, wodurch die einzelnen Teile noch leichter miteinander . verbindbar sind und eine durch und durch gute Schweiß-. naht bilden. In der vorstehenden Beschreibung wurden die Ausdrücke "oben" und"unten" oder ähnliche Ausdrücke nur aus Gründen leichterer Erläuterung im Zusammenhang mit den Zeichnungen verwendet. Dennoch sind diese Ausdrücke lediglich relativ zu verstehen, d.h. daß die gezeigten Vorrichtungen und Werkstücke auch in jeder anderen gewünschten Zage angeordnet sein können.

Claims

P a t e n t ans p r ü c h e ssssssssssssssssssssasssssss@ 1. Verfahren zum PreBverschweißen der Kantenflächen zweier Metallteile, welche so zueinander ausgerichtet und befestigt werden, daß sich die zu verschweißenden Kantenflächen gegenüberliegen, insbesondere nach Patent- anmeldung 1 53 481 VIIIdr21h, dadurch gekennzeichnet' daß auf die zwischen den Kantenflächen gebildete Naht- linie ein metallischer Füllstreifen aufgelegt wird; da8 darauf der Füllstreifen. und die Kantenflächen sowie das ihnen dicht benachb,Ja,_tall unter EinwiAung eines Hochfrequenzstroaee bis zur gewünschten SchweiBnahtefe progessiv bis zum Erreichen eines Schweißpunktes auf Schweißtemperatur erhitzt wird, wobei der Nochfrequenzstrom auf Strompfade vor dem Schweißpunkt konzentriert

mindestens i8 Bereich des Schweißpunktes eingeschlossen wird; und daß auf den Füllstreifen und das angrenzende erhitzte Metall der beiden Metallteile, während alle Teile relativ zueinander festgehalten werden, im Schweißpunkt ein Druck ausgeübt wird, der mindestens einen beträchtlichen Teil den Füllstreifenmaterials in die erhitzten Metallteile eindrückt und diese entlang der Nahtlinie miteinander verschweißt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Hoehfrequenzstrox mit Hilfe in Richtung der Naht-Linie hintereinanderliegenden Elektroden in die zu ver- schweißenden Teile eingeleitet und entlang der Nahtlinie und des Füllstreifens mit Hilfe eines Näheleiters kon- zentriert wird; und daß die Frequenz des Stromes unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Nllstreifens und der zu verschweißenden Metallteile so eingestellt wird, daß

tiefe, und zwar mindestens derjenigen der herzustellenden Schweißnaht,-eindringt und auf Schweißtemperatur erhitzt. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Kantenflächen der Metallteile in Kontakt miteinander angeordnet und be- festigt werden; und &ß der metallische Füllstreifen auf die Berührungslinie der Kantenflächen aufgebracht wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstreifen auf die Oberfläche der Metallteile aufgebracht wird, auf der die Elektroden liegen. 5. Verfahrensach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstreifen auf die Oberfläche der Metallteile aufgebracht wird, die von den Elektroden abgewandt ist. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstreifen bis zu einer Ebene in die Metallteile eingedrückt wird, die mit der Ebene der zu verschweibenden Metallteile fluchtet. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-6, dadurchgekennzeichnet, daß der Füllstreifen in Form einer Mea11-Folie aufgebracht wird. B. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstreifen in Form eines Drahtes auf-gebracht wird. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenflächen der zu verschwei-Benden Metallteile von den sich berührenden abgekanteten 1o. Verfahren nach einem Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken der zu verschweißenden Kantenflächen zur Herstellung einer Nut etwas abgerundet werden; und daß in diese Nut der Füllstreifen eingebracht wird. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strompfad zwischen der Stromeinleitung und dem Schweißpunkt auf den zu verschweißenden-Metallteilen größer ist als auf dem Fülllstreifen,.wobei die Differenz in den Strompfad-Längen so gewählt wird, daß Metallteile und Füllstreifen im wesentlichen gleichzeitig die Schweißtemperatur erreiche. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kantenfläche eines Metallteiles auf eine Oberfläche des weiten Metallteiles aufgebracht und daß der Füllstreifen in die zwischenden Metallteilen gebildete Ecke bzw. gebildeten Ecken eingebracht und mit den Metallteilen unter Bildung eines eaichen Überganges verschweißt wird. 13. Verfahren nach einem der vorangehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Kantenflächen der Metallteile in entgegengesetzte Richtungen angeschrägt werden und daß der Füllstreifen einen keilfÖrurigen Querschnitt erhält, dqin die-zwischen den ab-geschrägten Kantenflächen gebildete Nut eingebracht und mit den Kantenflächen verschweißt wird. 14: verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,. dadureh-gekennädieN$et; jdaß-`die- zu verschweißenden K:ten@-flächen'-mit- Abstand` voneinander angecrdue*" wurden; daß der Füllstreifen einen im wesentlichen T-f4ggj,g,egi Querschnitt erhält, dessen vertikaler Bereich in den Zwischenraum zwischen den Kantenflächen eingebracht wird; und daß der Druck den Füllstreifen unter Ausfüllung des Zwischenraumes zwischen den Kantenflächen in Schweizverbindung mit den Kantenflächen bringt, -wobei der obere und untere Bereich des Füllstreifens über die Ebene der verschweiß- ten Metallteile hervorsteht. 15. Schweißteil, daß aus zwei entlang einer Längsnaht an zwei Kantenflächen miteinander verschweißten Metallteilen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht das Metall eines Füllstreifens enthält, der mindestens teilweise in die Metallteile eingedrückt und mit diesen beideerseits der Nahtlinie verscheißt ist. 16. Schweißteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung zwischen der Kantenfläche des einen und einer Oberfläche des anderen Metallteils gebildet ist; und daß ein Teil des Füllstreifenmetalls als Übergang in die Stoßkante zwischen den Metallteilen eingeschweißt ist. 1?. Schweißteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnety daß die Schweißung zwischen den sich mit Abstand gegenüber- liegenden, abgeschrägten Kantenflächen der Metallteile gebildet ist; und daß der Füllstreifen einen keilför- migen Querschnitt aufweist, der zwischen die abgeschrägten

18. Schweißteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet daß die Scrweißung zwischen den sich mit Abstand gegen- überliegenden Kantenflächen gebildet ist; und daß der Füllstreifen einen T-förmigen Querschnitt hat und mit seinem Steg zwischen die Kantenflächen eingebracht und mit diesen verschweißt ist, wobei die freien Baden des Pülletreifenmetalls über die Oberflächen der Metallteile vorstehen und mit diesen beiderseits-der Nahtlinie verschweißt sind.