DE1527769C - Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbandes mit einem Rohr - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbandes mit einem Rohr, auf das das Band hochkant sch rau bengangförmig aufgewickelt wird unter Drehung des Rohres, wobei das Metallband tangential zur höchsten axialen Mantellinie des Rohres zugeführt und mit seiner unteren Kante an das Rohr gepreßt wird.

Eine solche Vorrichtung ist aus der britischen Patentschrift 933 848 bekanntgeworden. Sie arbeitet mit Hochfrequenzschweißung. Dies bedeutet zunächst einen baulichen Aufwand, weil eine Hochfrequenzeinrichtung verhältnismäßig teuer ist. Der thermische Aufwand ist außerdem bei einer Hochfrequenzheizung groß, weil man das gesamte Rohr und das Band erhitzen muß, obschon nur die jeweilige Schweißstelle der Erhitzung bedarf. Außerdem entsteht bei der Hochfrequenzverschweißung keine zuverlässige Schweißnaht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Gattung zu schaffen, die ohne den baulichen und thermischen Aufwand einer Hochfrequenz-Schweißeinrichtung arbeitet und die darüber hinaus eine bessere Schweißnaht bietet, d. h. eine durchgreifendere Verschweißung des Bandes mit dem Rohr erzielt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen metallzufuhrlosen Schweißbrenner, der in der senkrechten, sich durch das Band erstreckenden Ebene angeordnet ist, wobei sich die Spitze des durch den Brenner erzeugten Lichtbogens unmittelbar am Berührungspunkt des Bandes und des Rohres befindet. Der metallzufuhrlose Schweißbrenner bedingt gegenüber einer Hochfrequenz-Schweißeinrichtung praktisch keinen nennenswerten Aufwand. Weil der Schweißbrenner in der senkrechten, sich durch das Band erstreckenden Ebene angeordnet ist, wird eine feste, zusammenhängende und gleichmäßig zum Band angeordnete Schweißnaht erzeugt.

Aus der französischen Patentschrift 993 849 ist es zwar bekanntgeworden, einen metallzufuhrlosen Schweißbrenner zu verwenden. Hier findet das Verschweißen des Bandes mit dem Rohr aber nur an einzelnen Punkten statt. Der Erfindungsgegenstand wird durch diese Druckschrift nicht nahegelegt, da die Flamme des Brenners dort in einen Raum seitlich des Bandes hineinreicht, wodurch eine einseitige Schweißverbindung entsteht, die an Fesitgkeit der erfindungsgemäßen Schweißverbindung unterlegen ist. Überdies kann die französische Patentschrift 993 849 keine brauchbare Lehre zum technischen Handeln in Richtung auf die Erfindung geben, weil das Vorgehen darin unzureichend erläutert ist.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung des Erfindungsgegenslandes und zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Vorrichtung, und zwar in einem Fall, wo das Verschweißen mittels einer Elektrode, stattfindet.

F i g. 1 zeigt das zu bildende Rippenrohr und die Lage der das Verschweißen vornehmenden Elektrode;

Fig. 2 ist ein Querschnitt hierzu und zeigt die relative Lage des Rohres, des Bandes, der das Band andrückenden Mittel und der Elektrode;

F i g. 3 ist ein Schnitt in größerem Maßstab, welcher ein Stück der Rohrwand zeigt sowie zwei Windungen des Bandes und wie diese angeschweißt sind;

Fig. 4 ist ein ähnlicher Schnitt eines nach einem bekannten Verfahren angeschweißten Bandes;

F i g. 5 zeigt ein profiliertes Band allein;
F i g. 6 zeigt in einem größeren Maßstab eine Elektrode und ihren Halter;

F i g. 7 ist eine Ansicht einer die erwähnten Einzelteile benutzenden Maschine.

Entsprechend der Ansicht der Fig. 1 soll ein Rohr 1 erstellt werden, das umwickelt ist von dünnen Rippen 2, die gebildet sind durch ein schraubenförmig um das Rohr gewickeltes Band, das mit seiner

ίο Kante am Rohr anliegt und damit verschweißt ist. Das Verschweißen findet mittels einer Elektrode 3 statt, die in der Bandebene liegt und auf die Stelle 4 hin gerichtet ist, wo das Band (das an dieser Stelle auf der Zeichnung unterbrochen ist) tangential an das Rohr angedrückt wird.

Die Fig. 2 zeigt im Schnitt das Rohr 1, um welches die Bandwendel 2 liegt, die durch Winden des Bandes 2' um das Rohr gebildet wird. Die Pfeile 5 und 6 deuten die Drehrichtung des in Drehung ver-

zo setzten Rohres 1 an bzw. die Bewegungsrichtung des tangential gegen das Rohr geführten Bandes 2.

Feuerfeste Führungsrollen 7 und Andrückrollen 8 erfüllen die Aufgabe, erstere das Band derart zu führen, daß es aufrecht gehalten wird, d. h. das Rohr

as lediglich mit seiner Kante berührt und eine bestimmte Richtung beibehält, und die zweiten dazu, das Band unter Druck auf das Rohr zu wickeln. Die Richtung soll eine derartige sein, daß die Ebene, in welchen sich das Band fortbewegt, mit der Richtung der Rohrachse einen Winkel von etwa 90° bildet, welcher Winkel von der Steigung der Bandwendel abhängt. Der Druck soll so bemessen sein, daß man das bestmögliche Resultat erhält, weswegen es zweckmäßig ist, die Andrückrollen 8 dem Druck eines regelbaren Fluidums oder anderer regelbarer Mittel auszusetzen.

Im Winkel, welchen die Kante 2" des Bandes 2

mit der Rohroberfläche bildet, wird die Elektrode 3 festgehalten, wovon bereits gesagt wurde, sie liege in der Ebene des Bandes.

Liegen Rohr und Elektrode unter Spannung, so entsteht bei 9, wo das Band 2 das Rohr 1 erreicht, ein Lichtbogen, welcher zugleich das Schmelzen der Bandkante und des benachbarten Teiles der Rohroberfläche verursacht. Im Rohr bildet die Elektrode eine Furche, in welche die Rollen 7 und 8 das Band hineindrücken. Das Band wird somit regelmäßig bei 10 mit dem Rohr verschweißt (F i g. 3). Der Schnitt der F i g. 3 zeigt an einem größeren Maßstab, daß diese Verschweißung vollkommen und symmetrisch ist, weil sie beiderseitig der Kante des Bandes 2 einen gleichgroßen Wulst erzeugt und eine innige Verbindung mit dem Rohr bildet. Dies ist der oben beschriebenen besonderen Lage der Elektrode zuzuführen.

Bis jetzt hat man eine solche Verschweißung z. B. gemäß der französischen Patentschrift 993 849 in der Weise vorgenommen, daß man die Elektrode schräg neben dem Fuß des Bandes hielt, d. h. gegenüber einer Bandseite. Es ergab sich dann die im Schnitt der F i g. 4 dargestellte Schweißung. Sie scheint eine gute Verbindung zwischen Band 2 und Rohr I zu bilden, jedoch nur einseitig bei U, während bei 12 ein Lösen des Bandes eintreten kann. Die Verschweißung betrifft oft nur den dritten Teil der Banddicke, die zwei anderen Drittel liegen bloß am Rohr an, sind aber nicht verschweißt, d. h. sie bilden einen Spalt, welcher der Korrosion freien Zutritt läßt. Das L-förmige Profil der Schweißnaht kann in diesem Fall

einem engen Zusammenliegen der benachbarten Bänder im Wege stehen.

Alle diese Unannehmlichkeiten werden durch das erfindungsgemäße Vorgehen verhindert. Das benutzte Metallband hat meistens eine konstante Breite mit zwei geradlinigen Kanten. Das Metallband kann vorbehandelt werden. Man kann es z. B. derart profilieren, daß die auf das Rohr kommende Kante abgerundet ist oder auch dreieckig. Der Vorteil liegt in einem schnelleren Schmelzen des Mittelteiles, welcher sich mit dem Rohr sofort verschweißt, ohne zu große Seitengrate zu bilden.

Die Leitrollen 7 können ferner dem Profil des Bandfußes so angepaßt sein, daß sie das geschmolzene Metall sozusagen profilieren. Man kann selbstverständlich aber auch ein profiliertes Band benutzen, z. B. wie in F i g. 5 dargestellt, mit einem gezahnten Rand 13 und einem geradlinigen Rand 14, mit welchem das Verschweißen mit dem Rohr 1 stattfindet.

Nun soll gezeigt werden, wie man die Elektrode im Laufe des Arbeitsvorganges festhält: Es handelt sich im beschriebenen Fall um einen Wolframstab 15 (s. F i g. 6), welcher mit Hilfe eines verschraubten Teiles 16 in einem Halter vor- oder zurückgeschoben werden kann. Dieser mehrteilige Halter besteht unter anderem aus einer Hülse 17, in welche der Teil 16 eingeschraubt ist. Im mittleren Abschnitt dieses Halters, in welchem sich eine thermisch isolierte Hülse 18 befindet, wird der Wolframstab 15 durch ein Rohrstück 19 geführt, in welchen ein inertes Gas durch eine seitliche Öffnung 19' der Wand der Hülse 17 unter Druck eingeführt wird. Das Gas geht die Elektrode entlang bis zur Nase 20 und entweicht dort um die Elektrodenspitze herum, gebildet von einem Diffusor 21. Die umgebende Luft wird somit daran gehindert, das die Schweißung vornehmende Metall zu oxydieren.

Die Halterung gemäß F i g. 6 wird man tunlich in einer Spannvorrichtung festklemmen, die nach allen Richtungen hin und entlang dem Rohre verstellbar sein soll und gleichzeitig als Stromzuführung dient.

Ein Ausführungsbeispiel einer zweckdienlichen Maschine zeigt die F i g. 7 im Aufriß. Sie besteht aus einem langen Untergestell 22, längs welchem sich ein Obergestell 23 bewegen kann. Am einen Ende dieses Untergestelles 23 liegt ein Kasten 24, welcher verschiedene Getriebe enthält und ein Spannfutter 25 trägt. Letzteres dient dazu, das Rohr 26, das das Band 27 erhalten soll, festzuhalten und in Drehung zu versetzen. Am anderen Ende wird das Rohr gehalten und an verschiedenen Stellen durch verstellbare Stützen 28 unterstützt.

Das Obergestell 23 trägt eine Konsole 29, welche die Leit- und Druckrollen 30 (entsprechend den Einzelheiten der F i g. 2) hält, sowie einen Elektrodenträger 31, und eine Spule 32 für einen (nicht dargestellten) Vorrat an Bandeisen. Das Obergestell 23 weist auch eine Bedienungstafel 33 auf.

Während das Spannfutter 25 sich dreht, setzen die Getriebe des Kastens 24 eine sich der Länge des Untergestelles nach erstreckende Transportschraube oder ein anderes äquivalentes Mittel zum Verschieben des Obergestelles 23 in Richtung des Pfeiles 34 in Drehung. Dieses Verschieben wird in Abhängigkeit der Ganghöhe der Bandwendel berechnet und ist einstellbar, sei es mechanisch mittels Hebel 35, sei es elektrisch von der Tafel 33 aus. Die Lage bzw. die Neigung der Rollen 30 und des Elektrodenträgers 31 stellt man entsprechend ein.

Da der Schweißbogen zwischen Elektrode und Rohr entsteht, müssen diese beiden Teile an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlossen werden. Das Rohr 26 wird über einen Schleifring 36 und einen Schleifkontakt 37 des Spannfutters 25 angeschlossen. Da aber der Eigenwiderstand des Rohres die Arbeitsbedingungen im Laufe der Arbeit verändert, ist es von Vorzug, das freie Ende des Rohres gleichfalls mittels eines Spannfutters mit der Stromquelle zu verbinden.

An Stelle einer Elektrode könnte man einen Schweißbrenner mit einer Argonplasmaflamme vorsehen, welcher wie die Elektrode liegt und arbeitet. Die Elektrode bietet aber den Vorteil einer ständig möglichen Kontrolle der Arbeitsqualität. Es genügt, hierzu drei Größen zu kontrollieren, den Strom, die Spannung und die Aufwickelgeschwindigkeit.

Ein Oszilloskop kann einen jeden Defekt der Schweißung im Laufe der Arbeit oder später anzeigen. Es genügt dann, die Wichtigkeit dieses Defektes radiographisch festzustellen.

Das erfindungsgemäße Vorgehen bietet noch gegenüber dem üblichen Lichtbogenverschweißen den Vorzug, daß bei dem bekannten Vorgehen die kleine oder große Metallhinzugabe zum Profil der F i g. 4 und zu Unannehmlichkeiten führt, während sich erfindungsgemäß der Lichtbogen zwichen zwei Punkten bildet, einerseits dem Rohr und andererseits dem Metallband. Ersteres bildet eine Rille und das Band wird über seine ganze Dicke verschmolzen. Der Druck des Aufwindens und derjenige der Druckrollen geben Anlaß zu einer Art Schmieden dieser Teile, die sich innig miteinander verbinden.

Der Umstand, daß das Band unten und nicht seitlich geschweißt wird, lokalisiert das Schmelzen des Metalls in der Dicke des Bandes und vermeidet die Oxydierung seitlich ausgestoßener Metallteile. Das Hartwerden des geschmolzenen Metalls findet augenblicklich statt.

Die Schweißung wird durch Gaszufuhr geschützt, die der Diffusor genau richtet. Das Gas kann Argon oder Helium sein, oder auch eine Mischung beider Gase.

Die kleine Verdickung, die das Aufwinden des Bandes an seiner Basis bewirkt, ist endlich eine Gewähr für einen besseren Wärmeaustausch.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verschweißen eines Metallbandes mit einem Rohr, auf das das Band hochkant schraubengangförmig aufgewickelt wird unter Drehung des Rohres, wobei das Metallband tangential zur höchsten axialen Mantellinie des Rohres zugeführt und mit seiner unteren Kante an das Rohr gepreßt wird, gekennzeichnet durch einen metallzufuhrlosen Schweißbrenner (3), der in der senkrechten, sich durch das Band (2) erstreckenden Ebene angeordnet ist, wobei sich die Spitze des durch den Brenner erzeugten Lichtbogens unmittelbar am Berührungspunkt (9) des Bandes (2') und des Rohres (1) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich-

net durch einen Schweißbrenner mit Wolframelektrode.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen als Plasmabrenner ausgebildeten Schweißbrenner.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einem Spannfutter für das Rohr, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Spannfutter (25) mit einem leitenden Schleifring (36) verbunden ist, über den es an eine Stromquelle angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge-

kennzeichnet, daß das Rohr (26) an beiden Enden mit der Stromquelle verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Führungsrollen für das Band, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrollen (7) an einem sich vom Berührungspunkt des Metallbandes (2') und des Rohres (1) auf ungefähr 90° erstreckenden Teil des Rohrumfangs angeordnet sind und aus feuerfestem Material bestehen, über denen mit Druck an den Führungsrollen (7) anliegende Andrückrollen (8) vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen