Verfahren zum Schweissen einer zwischen zwei einander gegenüberliegenden, langgestreckten Metallteilen sich erstreckenden Naht Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweissen einer zwischen zwei einander gegen überliegenden, langgestreckten Metallteilen sich er streckenden Naht, bei welchem man die beiden Schweissstösse der Teile längs der vorgesehenen Schweissnaht bis über eine Schweissstelle hinaus vor wärtsschiebt und die Schweissstösse der Teile minde stens im Bereiche der Schweissstelle zusammenpresst, wobei an die beiden Teile im Bereiche der Schweiss stösse und vor Erreichen des Bereichs der Schweiss stelle ein Strom mit einer Frequenz von mindestens <B>100000</B> Hz angelegt wird,
um die Schweisskanten nach und nach aufzuheizen und spätestens beim Er reichen der Schweissstelle auf Schweisstemperatur zu bringen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass man die durch den Strom hervor gerufene Temperatursteigerung längs vorbestimmten Zonen der Schweissstösse bezüglich der längs andern Zonen im Bereiche der Schweissstösse herrschenden Temperatur dadurch steuert, dass man im Bereiche der Schweissstösse ein oder mehrere den Widerstand der Strombahnen in diesem Bereiche ändernde Mas sen anordnet, um die Widerstandsverhältnisse in den vorbestimmten Zonen gegenüber denjenigen der an dern Zonen zu verbessern und die Stromdichte des Heizstromes und damit die Temperatur längs den vorbestimmten Zonen zu erhöhen.
Man kann vorteil- hafterweise zum Andern des Stromwiderstandes ein magnetisches Material hohen spezifischen Widerstan des benützen, um im Bereiche dieses Materials den Widerstand der Strombahnen im zu schweissenden Werkstück zu erhöhen.
Die erwähnten Massen können dabei block- oder streifenförmig ausgebildet sein. Durch diese Anord nung ist es möglich, den Strom in Bahnen zu lenken, welche beispielsweise näher bei der gewünschten Schweissnaht verlaufen.
Es ist auch möglich, zum Andern des Stromwider standes ein nichtmagnetisches Material hoher spezifi scher elektrischer Leitfähigkeit zu benützen, um im Bereiche dieses Materials den Widerstand der Strom bahnen im zu schweissenden Stück herabzusetzen. Als gut leitendes Material kann beispielsweise Kupfer Verwendung finden, welches ungefähr den entgegen gesetzten Effekt wie das vorerwähnte magnetische Material hervorruft, indem es den Widerstand des Werkstückes für den Hochfrequenzstrom im Bereiche dieser Masse merkbar herabsetzt, anstatt diesen zu erhöhen.
In der beiliegenden Zeichnung sind zur Durch führung des Verfahrens dienende Vorrichtungen dar gestellt. An Hand derselben sind im folgenden Aus führungsbeispiele des Verfahrens erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform, Fig, 2 eine Ansicht nach der Linie 13-13 in Fig. 1, wobei einzelne Teile im Vertikalschnitt gezeigt werden, Fig. 3 eine Seitenansicht der Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie 15-15 in Fig. 3, Fig. 5 eine Ansicht einer weiteren Ausführungs form,
Fig. 6 eine Seitenansicht von Fig. 5.
Zwei Metallstreifen 50 und 51 werden in Rich tung des Pfeils durch Druckrollen 52 und 53 bewegt, welche gleichzeitig die Ränder der Streifen, die an der Schweissstelle w zusammengeschweisst werden sol len, aneinanderpressen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform weisen die Streifen 50, 51 einen Längsspalt 54 auf mit einander gegenüberliegenden Spalträndern 51a und 51b. Die Druckrollen 52 und 53 oder irgendein anderes gleichwertiges Mittel die nen also nicht nur der Heranführung der Streifen, sondern sie bringen auch die Spaltränder an der oder nahe der Schweissstelle w aneinander.
Wenn die Streifen oder Bänder 50 und 51 aus verschiedenen Metallen oder Legierungen bestehen, die beim Erwärmen verschiedene Eigenschaften auf weisen, so kann der eine der Stäbe aus magnetischem Material zur Erzielung eines zweckentsprechenden Erwärmungsbildes in der zu schweissenden Naht auf der einen Seite der Naht auf einen Abstand vom Metall eingestellt werden, der grösser oder kleiner ist als der Abstand des Stabes aus magnetischem Mate rial an der anderen Seite der Naht, oder einer der Stäbe kann vollständig weggelassen werden, um den ge wünschten Erwärmungsgrad in den entsprechenden Rändern jedes Bandes sicherzustellen.
Des weiteren kann einer oder mehrere dieser Stäbe aus einem nichtmagnetischen Material von guter Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, bestehen. Im Gegensatz zu dem, was nach oberflächlicher Betrach tung der Materie erwartet werden könnte, wenn der artige Stäbe oder Blöcke aus einem gut leitenden Metall, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt sind, rufen sie eine Wirkung hervor, die im wesentlichen entgegengesetzt ist zur Wirkung, die erzeugt wird, wenn magnetisches Material verwendet wird. Das heisst beispielsweise, dass, indem ein Block aus Kup fer nahe an die Bahn eines Hochfrequenzstromes ge bracht wird, die Impedanz einer solchen Bahn verrin gert wird, so dass der Strom dann bestrebt sein wird, näher an einem derartigen Stab aus Kupfer zu fliessen.
Um den verschiedenen Erfordernissen der ver schiedenen Verhältnisse gerecht zu werden, müssen die Halterungen für solche Stäbe einstellbar ausgebil det sein, wobei eine Ausführungsform einer solchen einstellbaren Anordnung in Fig. 1 bis 3 gezeigt wird. Bei dem in diesen Figuren gezeigten Ausführungsbei spiel werden die Bänder 50 und 51 an der Schweiss stelle w zusammengeschweisst, während sie vorgescho ben und durch die Rollen 52 und 53 zusammenge presst werden.
Die oben beschriebenen einstellbaren Elemente aus magnetischem Material können aber ebensogut in Verbindung mit einem geschlossenen Spalt eines vorrückenden Rohrstückes oder zwischen einem Paar Bänder, die zusammengeschweisst werden sollen, Verwendung finden, vorausgesetzt, dass der Hochfrequenzstrom zweckentsprechend angewandt wird.
Die Hochfrequenzstromkreisbahn der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform verläuft zwischen einem Paar Elektrodenstützen 55, 56, welche die Kontaktschuhe 57 resp. 58 tragen, wobei genannte Kontaktschuhe mit den sich gegenüberliegenden Sei ten des Spalts 54 in Berührung stehen, so dass der Strom von den genannten Kontaktschuhen längs der Spaltränder zu der und von der Schweissstelle w fliesst. Dabei kann wenn nötig einer der Kontakte 57 bzw. 58 an einer solchen Stelle angeordnet sein, dass der Strom von ihm zur Schweissstelle w einen kür zeren Weg zu durchlaufen hat als der Strom vom andern Kontakt 58 bzw. 57 zur Schweissstelle w.
Wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, können die Ele mente aus magnetischem Material Blöcke aus Isolier material aufweisendem oder in Isoliermaterial ein gebettetem, feinverteiltem, ferromagnetischem Mate rial, wie bei 60 und 61 gezeigt, enthalten. Diese sind in den Isolierhalteelementen 63, 64 von Stellschrau ben 62 (siehe Fig. 4) gehalten. Diese Halteelemente sind ihrerseits in vertikal einstellbaren Lagen von Schrauben 65 gehalten, die durch vertikale Schlitze in den Isoliergliedern 66, 67 hindurchgehen, wobei die letztgenannten Glieder ihrerseits mittels Schrau ben 68 an den Seiten der Elektrodenstützen befestigt sind.
Da die Elemente aus magnetischem Material die Neigung haben, sich infolge des Hochfrequenzmagnet- feldes zu überhitzen, sind Mittel zur Kühlung dersel ben vorgesehen in Form von durch die Leitungen 70, 71 eingeführten Kühlflüssigkeitsstrahlen, die so aus gebildet sind, dass die Kühlflüssigkeit in den Raum oberhalb der zu schweissenden Naht und direkt vor den magnetischen Elementen 60, 61 eingespritzt wird.
Die in Fig. 5 und 6 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich derjenigen von Fig. 1 und 3, ausser dass hier ein einziger Block 75 aus magnetischem Mate rial angeordnet und direkt über dem Spalt einstellbar abgestützt ist. Ein U-förmiger Isolierstützarm 76 dient als Träger, wobei der Stützarm seinerseits mittels sei ner Enden durch Schrauben 77, 78 an den Elektro- denstützen 55a resp. 56a abgestützt ist; Schlitze ge statten eine Vertikal- oder Längseinstellung der Lage des magnetischen Gliedes 75.
Die in Fig. 5 und 6 gezeigte Anordnung dient zur Schweissung eines Rohrstückes; sie kann aber auch für das Schweissen von Bändern verwendet werden, und zwar sowohl mit dem offenen oder geschlossenen Spalt.
Bei der in Fig.5 und 6 gezeigten Anordnung kann ein zusätzlicher Stab 80 aus magnetischem Ma terial angeordnet sein.
Solche Stäbe aus magnetischem Material können aus gesintertem Metalloxyd bestehen und aus einem Isoliermaterial, das einen geringen Verlustfaktor und eine hochvolumigen spezifischen Widerstand aufweist, wie beispielsweise das unter der Fabrikmarke Fer- ramic von der General Ceramics & Steatite Corpo ration auf den Markt gebrachte Material. Es können selbstverständlich auch andere magnetische Kernmit tel verwendet werden, und zwar vorzugsweise solche, die eine Permeabilität aufweisen, die grösser ist als 1, wobei die magnetischen Teilchen in geteilter Form vorhanden sind, so dass allfällige Stromverluste in den selben auf ein Minimum reduziert werden.
Beispiels weise kann feinverteiltes Eisencarbonyl, vermischt mit einem geeigneten synthetischen, harzartigen Isolier material, verwendet werden.
Die in Fig. 1 bis und mit 6 gezeigten Elemente aus magnetischem Material können sich längs der zu schweissenden Naht erstrecken. Die Verwendung der einstellbaren Stäbe aus ma gnetischem Material beim Zusammenschweissen von Bändern aus verschiedenartigen Legierungen ist be sonders da von Vorteil, wo die Bänder aus verschie denartigen Legierungen bestehen, die verschiedene Schmelzpunkte oder verschieden grosse elektrische Widerstände aufweisen.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass, wenn das Band 50 beispielsweise aus Schnellstahl und das Band 51 aus einem hochgekohlten Stahl besteht, das Element aus magnetischem Material 60 näher an das Band 50 eingestellt sein kann als das Element 61 in bezug auf das Band 51, wobei die optimalen Ab stände in jedem einzelnen Falle durch Versuche zu bestimmen sind.
Der verwendete Strom besitzt hohe Frequenz, und mit den zur Verfügung stehenden Vakuumröhren- Hochfrequenzerzeugern kann er im Bereich von 100 000 Hz liegen oder bis zu 300' 000 oder 400000 Hz oder mehr betragen. Es ist festgestellt worden, dass bei solchen Frequenzen Kontakte, die vorzugsweise (jedoch nicht notwendigerweise) an stelle der Rollenkontakte verwendet werden, keine Lichtbogenbildungs- oder Zerstäubungsschwierigkei- ten hervorrufen, und dass sie solche Hochfrequenz ströme mit sehr geringen Widerstandsverlusten in das Rohrmetall leiten, obwohl die Rohroberflächen nicht immer glatt und regelmässig sind.
Die Reaktanz des Stromkreises kann sehr klein gehalten werden, was ermöglicht, mit hohem Wir kungsgrad einen starken, längs der zu schweissenden Naht konzentrierten Heizstrom zu erreichen, wenn ein Hochfrequenzerzeuger von mässiger Grösse ver wendet wird. Mit einem Hochfrequenzerzeuger von gegebener Grösse ist die Geschwindigkeit, mit der das Werkstück dem Rohrwerk zugeführt werden kann, während es geschweisst wird, bedeutend höher, als dies mit den meisten bisher verwendeten Schweiss apparaten möglich war.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Kontakte, vorzugsweise an geeigneten Isolierstützen, die der Deutlichkeit hal ber nicht gezeigt sind, gelagert, und sie sind vorzugs weise in der Längsrichtung der Werkstücke einstell bar ausgebildet, damit die Schweissränder hinreichend mit den zur Verfügung stehenden Stromquellen er wärmt werden können, bevor sie zur Schweissstelle gelangen.
Im allgemeinen bewirkt das Näherbringen der magnetischen Elemente an die Bahn, längs welcher der Hochfrequenzstrom fliesst, eine Erhöhung der Reaktanz solcher Strombahnen, was zur Folge hat, dass die Strombahnen weiter weg von den magneti schen Elementen geschoben werden, beispielsweise gegen die Naht und gegen die Unterseite der Naht, wogegen beim Fehlen der magnetischen Elemente die Strombahnen die Neigung haben würden, näher längs der Oberseite der Naht und etwas mehr an jeder Seite der Naht verteilt zu verlaufen.
So viele Faktoren spielen bei der Bestimmung, ob die Wärmewirkung eher längs der Aussenseite der Naht als an Stellen näher oder direkt an der Innen seite der Naht auftreten wird, eine Rolle, dass es zweckmässiger ist, durch Versuche genau festzustel len, wo die Stäbe aus magnetischem Material am besten anzuordnen sind und in welchem Abstand vom Leiter und vom Werkstück sie am zweckmässigsten liegen sollen, um ein gewünschtes Erwärmungsbild in der Naht zu erzielen.
Es ist einleuchtend, dass die beschriebenen Appa rate verwendet werden können, um nicht nur eine Naht in Rohren zu schweissen, sondern auch eine Naht zwischen gegenüberliegenden Rändern an an deren Metallteilen, beispielsweise Bändern und ähn lichem, zu schweissen, wobei einzig die Form der Druckanlegerollen zweckentsprechend geändert wer den muss.
Die vorliegende Erfindung hat sich in verschie denen Beziehungen als nützlich erwiesen. Wenn bei spielsweise die zusammenzuschweissenden Teile aus verschiedenen Metallen bestehen oder sonst verschie den ausgebildet sind, so dass sie auf verschiedene Temperaturen erhitzt werden müssen, um im Schweiss punkt unter optimalen Verhältnissen miteinander ver schweisst zu werden, kann dies durch abgewogenes Positionieren der Stücke oder Streifen des den Wi derstand ändernden Materials in unmittelbarer Nähe und längs des einen oder andern Schweissstosses oder längs beider Schweissstösse erfolgen.
Auch beim Schweissen von Metallen ganz ver schiedener Dicken, welche eine Schweissnaht beträcht licher Tiefe ergeben, können die Streifen oder Blöcke des den Widerstand ändernden Materials so angeord net werden, dass sie die Strombahnen ändern und die Schweissstösse auf ihrer ganzen Tiefe auf die opti male Schweisstemperatur erhitzt werden.
In andern Fällen, bei welchen es davon abhängt, wie der Hochfrequenzstrom zugeführt wird, ist die Anwendung von widerstandsändernden Streifen oder Blöcken einfach deshalb vorteilhaft, weil sie es er möglichen, den Strom in Bahnen längs den Schweiss stössen zu konzentrieren.