DE1915769A1

DE1915769A1 - Schweissverfahren sowie Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1915769A1
Application number: DE19691915769
Authority: DE
Inventors: Peacock George Raymond
Original assignee: Industrial Magnetics Inc
Current assignee: Industrial Magnetics Inc
Priority date: 1968-04-01
Filing date: 1969-03-27
Publication date: 1969-10-30
Also published as: FR2005309A1; BE730875A; GB1254889A

Description

Industrial Magnetics, Inc., Canton, Massachusetts / USA

Schweißverfahren sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses

Verfahrens , ■ "

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken - insbesondere Metallrohren kleineren Durchmessers sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Zusammenschweißen von Metallrohren bekannt, die jedoch den Nachteil haben, daß ein relativ größer Arbeitsaufwand notwendig ist, da die zu verschweißenden Oberflächen sehr gut gereinigt wer-

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den müssen. Ferner sind im allgemeinen relativ komplizierte' Vorrichtungen notwendig, um die zu verschweißenden Teile miteinander in Berührung zu bringen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, insbesondere zum Zusammenschweißen von Metallrohren zu schaffen, das diese oben genannten Nachteile nicht aufweist und das in sehr einfacher Weise eine gute Schweißverbindung herstellt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das aus einzelnen Elementen zusammengesetzte Werkstück mittels induzierter Stromimpulse verschweißt wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor dem Verschweißen zuerst induktiv beheizt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Hagnetspulenanordnung mit einer Spule vorgesehen 1st, die mit einer axialen Bohrung versehen ist, in welcher das Werkstück angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist, die eine vorteilhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zusammenschweißen von Metallrohren darstellt.

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ORlGfNALWSPEGTED

Wie man anhand.dieser Figur erkennen kann, weist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Magnetspulenanorönung 10 auf, die aus einem Außenrohr 20, zwei Endscheiben 22, Z^ und einem Innenrohr 26 besteht. Während das Außenrohr 20 aus Polytetrafloräthylen besteht, sind die Elemente 22, 24, 26 aus einem spanabhebend bearbeitbaren Aluminium, Silizium und Magnesium enthaltenden keramischen Stoff gefertigt.

Innerhalb des durch Öle Elemente 20, 22, 24, 26 gebildeten ringförmigen Hohlraumes 32 ist eine aus einem Kupferrohr von 6,35 mm bestehende Spule 28 angeordnet_f_die_zweJL

Windungen aufweist, die um entsprechende, aus einem Kupferrohr von 31,€ mm gefertigte Spaltringe 30 gelegt sind, die an der Innenseite des einen Außendurchmesser von etwa M mm und einen Innendurchmesser von etwa 36*5 ^¹¹ aufweisenden Innenrohres 26 anliegen. Der Hohlraum 32 ist mit Epoxyharz gefüllt, das in flüssiger Form durch eine innerhalb der. Endscheiben 22, 24 befindlichen Einfüllöffnug eingeführt und anschließend zum Aushärten gebracht ist. Auf der Innenseite der Endscheiben 22, 24 sind ebenfalls mit Epoxyharz gefüllte Gewindebohrungen 36 vorgesehen. Das Außenrohr 20 wei&t ferner eine Bohrung auf, durch welcheΓ eine bis in den Bereich des Epoxyharzes reichende Feststellschraube 38 eingesetzt ist.

Die durch Öffnungen innerhalb des Außenrohres 20 gebildeten Endstücke 27, 29 der Spule 28 sind mit einer geeigneten Wasserquelle und elektrischen Energieversorgung verbunden. Die elektrische Energieversorgung besteht einerseits aus einem Hochfre«iuenzmotorgenerator, der i\x geeigneten Zeitpunkten mit der Spule 28 zur induktiveil Heizung des aus" den Rohren 11» 12 und dem Eohrstück 14 bestehenden Werkstücke verbunden ist, andererseits aus einer Köridensatoibatterie,

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die ebenfalls zu geeigneten Zeitpunkten für die Abgabe von Schweißimpulsen mit der Spule 28 verbunden ist.

Pur die Zufuhr von Argon sind seitlich im Bereich der Endscheiben 22, 24- durch das Außenrohr 20 hindurchführende Gewindebohrungen 4-0 vorgesehen, die in zwischen den Endscheiben 22, 24- und dem Außenrohr 20 gebildeten Hingräumen 4-2 münden, von welchen vier durch die Endscheiben 22, 24-schräg nach innen geführte Kanäle 44 zu einem zwischen der Magnetspulenanordnung 10 und dem Werkstück 11, 12, 14- vorhandenen Spaltraum 4-6 führen. Innerhalb der Gewindebohrungen 4-0 sind Anschluß elemente 4-1 eingeschraubt, an welchen eine nicht gezeigte Quelle von Argongas angeschlossen werden kann.

Innerhalb der Magnetspulenanordnung 10 ist das zu verschweißende Werkstück angeordnet, das aus zwei 3/4--zölligen, aus rostfreiem Stahl bestehenden Rohren 11 und 12 mit einem Außendurchmesser von 26,67 mm und einem Innendurchmesser von 21,92 mm bestehen kann, wobei diese Rohre 11, 12 unter Ausbildung einer stirnseitigen Berührfläche 13 an ihren Enden gegeneinander stoßen. Im Bereich dieser stirnseitigen

Berührfläche 13 ist um die Rohre 11, 12 ein einzölliges, ebenfalls aus rostfreiem Stahl bestehendes Rohrstück 14- mit einem Außendurchmesser von 33*4-0 mm und einem Innendurchmesser von 26,64- mm aufgesetzt, wobei radiale Berührflächen 15i 17 gebildet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt:

Das aus den Elementen 11, 12, 14- bestehende Werkstück wird zuerst innerhalb der Magnetspulenanordnung 10 eingesetzt, wobei die durch die Berührflächen I3, 15, 17 gebildeten Überlappungsund. Stoßfugen in bezug auf die Spule 28 zentriert werden.

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Zum Zusammenschweißen der Rohre 11, 12, l4 entsprechend der Erfindung werden dann die im Bereich der Berührungsflächen 13, 15, 17 liegenden Teile mit Hilfe eines durch die Spule 28 geführten Hochfrequenzstromes induktiv erwärmt. Dieser induzierte Hochfrequenzstrom wird von einem Motorgenerator über einen elektrischen Stromkreis abgegeben, so wie dies in der Parallelanmeldung derselben Anmelderin beschrieben ist. Die Frequenz des Motorgenerators kann beispielsweise 10 Hz betragen.

Nachdem das Werkstück genügend erwärmt worden ist, wird der Motorgenerator von der Spule 28 getrennt und letztere mit einer geladenen Kondensatorbatterie verbunden. Die Kondensatorbatterie wird daraufhin durch die Spule 28 entladen, wobei in den Rohren 12, 11 und dem Rohransatz Ik- entlang des Umfangs fließende Ströme induziert werden. Die Anstiegszeit des durch die Spule iß fließenden Schweißimpulses (definiert als Anstiegszeit für das Anwachsen des Stromes von 10 % auf 90 % seines Maximalwirtes)' wird dabei so gewählt, daß die Eindringtiefe des induzierten Stromes in etwa mehr als die* totale Wandstärke im Bereich des Hohrstückes Ib und der Rohre 11,12 - beispielsweise l6.5 mm - beträgt. Die genaue Charakteristik des Schweißimpulses und der induzierten Ströme hängt von der Induktivität des Spulenkreises und der Kapazität der Kondensatorbank ab.

Die in den Rohren 11, 12 und dem Rohrstück Ik induzierten, parallel fließenden Ströme erzeugen zwischen den Rohren 11, 12 und dem Rohrstück 1^- Anziehungskräfte. Diese Anziehungskräfte drücken in axialer Richtung ^ d.h. senkrecht zur stirnseitigen Berührfläche 13 - die Rohre 11, 12 aneinander und bewirken gleichzeitig in radialer Richtung - d.h. senkrecht zu den radialen Berühr flächen 15 und 17* ein Zusammenziehen des RohrStückes Ib um die Rohre 11, 12.

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Die zwischen den Rohren 11, 12 und dem Rohrstück 14-vorhandene Schweißverbindung kann mit Hilfe eines zweiten Erwärmungs- und Schweißzyklus noch verbessert werden.

Während des induktiven Heizens des Werkstückes wird durch die Kanäle 44 Argongas in den Spaltraum 4-6 geführt, wodurch einerseits die Oberfläche des Werkstückes gekühlt, andererseits ihre Oberflächenbeschaffenheit aufrechterhalten und Oxydationen vermieden werden. Die Stromdichte der induzierten Ströme ist naturgemäß an der Oberfläche des Werkstückes 11, 12, 14- am größten und nimmt mit zunehmender Tiefe ab. Das Kühlen der Oberfläche erzeugt somit eine gleichmäßigere Wärmeverteilung innerhalb des Werkstückes im Bereich der gegenseitigen Berührflächen 13, 15. 17.

Während desSchweißVorgangs -wird Kühlwasser durch die Spule 28 geführt, damit der Temperaturanstieg innerhalb derselben nicht zu hoch ist.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung war der Widerstand des Spulenkreises genügend klein, daß der Schweißstromimpuls unter-aperiodisch gedämpft war. Die Kondensatorbatterie wies eine Kapazität von 240 i-P - d.h, 480 Joules bei 2000 V - auf. Die Eigenfrequenz des Spulenkreises betrug 6000 Hz. Für die Durchführung der Schweißung wurde beispielsweise nach einem ersten Heizintervall von 30 Sekunden ein erster Schweißimpuls und anschließend daran nach einem zweiten HeizIntervall von 10 Sekunden ein zweiter Schweißimpuls ausgelöst.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Verschweißen von Werkstücken, insbesondere Metallrohren kleineren Durchmessers, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einzelnen Elementen (11, 12, 1*0 zusammengesetzte Werkstück mittels induzierter Stromimpulse verschweißt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des zu verschweißenden Werkstückes die Ströme derart induziert werden, daß sie in eti*a parallel zu den Berührflächen (13, 15» 17) der Elemente (11, 12, 1*0 des Werkstückes verlaufen.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das V/erkstück (Ii, 12, vor dem Verschweißen zuerst induktiv beheizt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verschweißende Werkstück mittels eines Hochfreauenzmotorerenerators erwärmt und durch Entladen einer Kondensatorbatterie verschweißt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder ^, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zusammenschweißen eines Werkstückes (11, 12, 14) jeweils zwei Heiz- und Schweißzyklen gefahren werden.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß eine Magnetspulenanordnung (10) mit einer Spule (28) vorgesehen ist, die mit einer axialen Bohrung versehen ist, in welcher das Werkstück (11, 12, 1*0 angeordnet ist.

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7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulenanordnung (10) aus einem Innenrohr (26), zwei seitlichen Endscheiben (22, 2*0 und einem Außenrohr (20) besteht und daß die Spule (28) innerhalb des durch die Elemente (20, 22, 2^, 26) gebildeten . Hohlraumes (32) angeordnet ist«
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6.oder 7, dadurch gekennzei ohne t, daß die Spule (28) aus einem in zwei Windungen geführten, um Spaltringe (30) gewickelten Kupferrohr besteht*
9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß der durch die Elemente · (20, 22, Zk₁ 26) gebildete Hohlraum (32) im Bereich der Spule (28) mit Epoxyharz gefüllt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis % dadurch g e k β η η ζ e i c h η e t , daß die Endsoheiben (22) Kanäle (kk) für die Zufuhr von Argongas aufweisen.
11. Vorrichtung nach eine» der Ansprüche 6 bis 10, dadurch g e k eh η ζ ei c h ή # t , daß die Spule (28) wassergekühlt ist.

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