Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen, insbesondere Rohren, sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Profilen, insbeson dere Rohren, aus vorgeformten Vorprofilen. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.
Es ist bekannt, Rohre und andere Profile aus zwei oder mehreren, zu Ringen gehaspelten Blech streifen herzustellen. Hierbei werden die Blech streifen auf Formwalzmaschinen zu Vorprofilen, z. B. rinnenförmigen, winkelförmigen Profilen oder Schlitzrohren umgeformt und die zu verschweissen- den Kanten der Vorprofile konvergierend unter Bil dung eines langgezogenen Kerbes von konvexer Krümmung zusammengefügt.
An der Spitze des Ker- bes werden die aufeinandertreffenden Kanten ver- schweisst. Bei der Kerbnahtschweissung, die auf Grund früherer Vorschläge des Erfinders (österreichi sches Patent Nr. 200 889) bekannt ist, umfliesst der elektrische Strom den Kerb, der aus den zu ver- schweissenden Kanten gebildet wird. Um eine gleich mässige Naht zu erzielen, soll der Schweissstrom an der Schweissstelle eine möglichst konstante Dichte aufweisen. Die Stromdichte wird von einer Reihe von Faktoren beeinflusst.
Den grössten Einfluss auf die Konstanz der Schweissstromdichte haben Veränderun gen der Länge des Kerbes oder mit anderen Worten Schwankungen der Lage des Treffpunktes der Kan ten (Schweissnahtspitze). Wandert die Schweissnaht- spitze gegen die Produktionsrichtung, so nimmt die Stromdichte wegen des kürzer werdenden Stromwe ges zu. Wandert sie von den Stromzuführungen weg, also in Richtung des fertigen Endprofiles, so nimmt die Stromdichte ab.
Die Schwankungen in der Lage der Schweissnaht- spitze können verschiedene Ursachen haben. Kom men z. B. die Vorprofile infolge einer kleinen Exzen- trizität der Formwerkzeuge der Formwalzmaschinen (Passung: Welle-Formrolle) oder infolge anderer Ursachen leicht wellig aus der Formwalzmaschine, was oft mit freiem Auge gar nicht erkennbar ist, so hat dies beim Zusammentreffen der Kanten eine un ruhige Schweissnahtspitze zur Folge. Eine andere Ursache ergibt sich aus der Verwen dung warmgewalzter Stahlbleche. Diese laufen nicht mit einer konstanten Krümmung der Schweissstelle zu, sondern mit leichten Knicken.
Es ist dies eine Er scheinung, die auch beim Abhaspeln warmgewalzter Bunde auftritt und dort unter der Bezeichnung Coil- breaks in der Fachwelt bekannt ist. Dieser Erschei nung hat man bisher dadurch entgegengewirkt, dass man warmgewalzte Bänder einer einmaligen Kaltwal zung unterzog. Hierzu ist jedoch eine eigene teure Einrichtung erforderlich. Weitere Ursachen des Hin- und Herwanderns der Schweissnahtspitze sind Ände rungen der Breite des Ausgangsstreifens, Schwankun gen der Vorprofilmasse infolge von abwechselnder Links- bzw. Rechtstendenz des Vorprofiles in den Formwerkzeugen u. dgl.
Die Folge dieser Schwankungen der Lage der Schweissnahtspitze ist eine ungleiche Erhitzung der Schweissnaht und damit eine über die Rohrlänge un- gleichmässige Schweissnahtgüte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stationäre, in der Längsrichtung nicht hin- und her wandernde Schweissnahtspitze zu schaffen und da durch die Qualität der Schweissnähte zu verbessern. Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass in der Schweisszone die den Kerb bildenden Kanten durch Kraftausübung in der durch den Kerb gehenden Axialebene druckverformt werden und so die Kerbspitze unter Bildung eines wenigstens annä- hernd sinuslinienförmigen Kerbverlaufes in bezug auf die Stromzuführungszone lagefixiert wird.
Das Verfahren ist für Einnaht- und Zweinaht rundrohre sowie auf komplizierte Formrohre und Hohlprofile anwendbar.
Die Erfindung wird in den Zeichnungen näher er läutert. Fig. 1 erläutert schematisch die Form des Ker- bes bei einem bekannten Verfahren; Fig. 2 erläutert schematisch die Form des Kerbes bei dem erfindungs- gemässen Verfahren. Die Fig. 3 bis 6 zeigen Grund riss, Aufriss, einen Schnitt sowie einen Querriss durch die Schweisszone bei der Herstellung eines Rechteck rohres aus zwei rinnenförmigen Vorprofilen.
Die Fi- gurengruppe 7 zeigt in vergrösserter Darstellung den Querschnitt von zwei Vorprofilen (Fig.7a), einen Aufriss der Druckrollen in der Schweisszone (Fig. 7b) und einen Querschnitt des hergestellten rechteckför- migen Endprofiles (Fig. 7c).
Die Figurengruppe 8 gibt eine ähnliche Darstel lung für ein Quadratrohr, die Figurengruppe 9 für ein Rundrohr und die Figurengruppe 10 für ein Rech teckrohr mit zwei Faltstegen wieder. Die Fig. 11, 12 und 13 zeigen Vorprofile und die entsprechenden Endprofile von etwas komplizierterer Form.
Die Fig. 14 bis 17 zeigen die Form der Druckrol len, die zur letzten Verformung der Vorprofile in der Schweisszone verwendet werden und verschiedene Verstellungsmöglichkeiten dieser Rollen; die Fig. 18 und 19 zeigen Einzelheiten des Aufbaues der Druck rollen.
In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 sind zwei rechteckige, U-förmige Vorprofile 1 in. Drauf sicht von oben zu sehen, die unter Bildung eines lang gestreckten konvexen Kerbes 2 zusammengeführt werden. Mit 3 ist die Schweissnahtspitze bezeichnet. Diese Schweissnahtspitze kann innerhalb der Distanz e bis 3' wandern, wenn Unregelmässigkeiten bei der Vorformung der Profile auftreten. Mit 4 sind die Stromzuführungsrollen bezeichnet, die den Schweiss strom liefern. Der Weg des Schweissstromes ist durch die strichlierte Linie 5 bezeichnet.
Fig. 2 zeigt die gleiche Darstellung bei Verwen dung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Form des Kerbes ist nahe der Spitze 3 im Bereich 5' wenig stens annähernd sinuslinienförmig ausgebildet. Es wird erfindungsgemäss die Länge des Kerbes verkürzt und die Schweissnahtspitze stationär gehal ten.
In den Fig. 3 bis 7 ist die Herstellung eines Recht eckrohres 6 (Fig. 5 und Fig. 7c) dargestellt, wobei zwei rinnenförmige Vorprofile 1 (Fig. 6 und Fig. 7a) mit den Kanten zusammengeführt werden. Die Vor profile werden durch die äusseren Rollen 7, 8 und die inneren Spreizrollen 9, 10 geführt. Innerhalb der Schweisszone, d. i. zwischen den Kontaktrollen 4 und der Schweissnahtspitze, erfolgt durch Einwirkung des Druckrollenpaares 11, 11' die letzte Verformung, wobei die Flanschen 12 der Vorprofile, die mit der Basis des Vorprofiles einen stumpfen Winkel bilden, eingedrückt und während der Verschweissung recht winklig gerichtet werden.
In Fig. 6 sind mit 13 und 14 die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators angedeutet, die den Schweisstrom an die Kontaktrollen 4 abge ben.
Die Fig. 8 bis 10 zeigen ähnliche Darstellungen für die Herstellung von Quadratrohren, Rundrohren und Rechteckrohren mit Faltstegen. Mit 1 sind jeweils die Vorprofile und mit 6 das Endprofil be zeichnet. Allen diesen Ausführungsformen ist ge meinsam, dass die letzte Verformung in der Schweiss- zone durch Druckeinwirkung der Druckrollen 11, 11' durchgeführt wird, wobei die Kanten einander genä hert werden, die Form des Kerbes aus dem sonst kon vexen Verlauf in einen wenigstens annähernd sinusli- nienförmigen Verlauf geändert und dadurch die Lage der Schweissnahtspitze konstant gehalten wird.
Die Figuren 11 bis 13 zeigen etwas komplizierter ausgebildete Endprofile 6, die aus Vorprofilen 1 zu- sammengeschweisst werden. Fig. 11 zeigt ein Kreuz formrohr, Fig. 12 ein Rechteckrohr mit diagonal ge genüberliegenden einspringenden Ecken und Fig. 13 ein Quadratrohr mit einem einfachen einspringenden Eck. Derartige Profilformen, die für besondere Kon struktionszwecke verwendet werden, konnten früher nur in umständlicher, kostspieliger Weise hergestellt werden.
Die Erfindung umfasst Vorrichtungen zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, dass min destens ein Druckrollenpaar für die letzte Verfor mung in der Schweisszone vorgesehen wird. Je nach der Art des gewünschten Endprofiles kann die Druckfläche dieser Rollen gerade ausgebildet sein (Fig. 5), profiliert sein oder Ausnehmungen besitzen. Um solche komplizierte Querschnittsformen, wie jene nach den Fig. 12 oder 13, oder ähnliche Quer schnittsformen bilden zu können, müssen die Druck rollen auch eine weitgehende Beweglichkeit besitzen.
Die Rollenpaare können in der Richtung des herzu stellenden Profiles vor und zurück verstellbar sein; sie können heb- und senkbar sein; ausserdem sollen bevorzugterweise die Rollen eines Rollenpaares ge geneinander verstellbar, seitlich verstellbar und ein zeln um ihre Achse schwenkbar sein. Die verschiede nen Möglichkeiten der Rollenverstellung sind in den Fig. 14 bis 17 durch Pfeile angedeutet. In diesen Dar stellungen sind die Oberrollen mit 11, die Unterrollen mit 11' und die hergestellten Profile mit 6 bezeichnet.
Die Einstellung der Druckrollen in Rohrlängs richtung muss so erfolgen, dass sich die zu ver- schweissenden Kanten weder bereits vor, noch erst nach der Druckrolle treffen, sondern in einem Punkt, der etwa in der Mitte zwischen diesen beiden das Verfahren begrenzenden Extremen liegt. Es wird vor zugsweise so vorgegangen, dass die beiden Elektro- denrollen auf einen Abstand eingestellt werden, der merklich grösser ist, als den Abmessungen der Vor profile bzw. des fertigen Rohres entsprechen würde. Bei der Herstellung von Rechteckrohren kann er bei spielsweise auf zweimal U-Profil-Flanschbreite plus Blechdicke eingestellt werden.
Die dazu passende Längseinstellung der Druckrollen wird zunächst an nähernd vorgewählt und sodann empirisch während des Betriebes auf ein Optimum korrigiert. Bei Recht eckrohren wird der Abstand a der Elektrodenrollen mitte von der Druckrollenmitte (im Grundriss be trachtet) etwa der Breite b des fertigen Rechteckroh res entsprechen.
Die Druckrollen werden zweckmässig in einem eigenen Druckrollengerüst gelagert und mit diesem, z. B. mit Spindel und Mutter, in Längsrichtung ver stellt.
Durch die Eigenart der erfindungsgemässen Schweissung ist es bedingt, dass die beiden Vorpro file während der Schweissung verschiedenes Potential aufweisen. Die Druckrollen müssen daher so gestaltet sein, dass sie keinen Nebenschluss zum Schweissstrom bilden. Bei kleinen Schweissströmen (dünnen Rohr wänden) sind für die Herstellung der Druckrollen hochwertige keramische Stoffe, z. B. reines A1208, ge eignet. Höheren Belastungen halten diese jedoch nicht stand.
Die Erfindung sieht daher nach einer besonde ren Ausgestaltung die Schaffung von aus einzelnen Metall-Lamellen zusammengesetzten Druckrollen vor; die einzelnen Lamellen sind in der Schweissnaht- mitte dünner und werden nach aussen zu stärker; sie werden voneinander z. B. durch Glimmerplättchen isoliert. Nicht magnetisierbarem Material ist gegen über ferromagnetischem Stahl als Werkstoff für die Lamellen der Vorzug zu geben. Austenitische Stähle haben sich gut bewährt. Fig. 18 zeigt eine aus solchen Schichten gebildete Druckrolle zur Winkelschweis- sung, z. B. zur Herstellung von Quadratrohren, wobei die Metall-Lamellen mit 20 und die isolierenden Schichten mit 21 bezeichnet sind.
Die Schichten wer den durch eine Nabe 22 und eine Anzahl von Schrau ben 23 zusammengehalten.
Es ist nicht erforderlich, dass die Umformung unter den Druckrollen eine vollständige ist. Mit Vor teil kann man eine Restverformung für eine der Schweissung folgende Kalibrierung übrig lassen. Dies kann durch entsprechend geformte Druckrollen, wie solche in Fig. 19 dargestellt sind, unterstützt werden. Durch die Druckfläche, die den schwach einspringen den Winkel a aufweist, wird eine bombierte Profilflä che gebildet. Dies bringt den Vorteil, dass das Entfer nen, z. B. Abhobeln des äusseren Schweissgrates, wesentlich erleichtert wird.
Nach dem vorliegenden Verfahren geschweisste Rohre und Profile weisen ausserordentlich gleichmäs- sige und dichte Schweissnähte auf. Die Einstellung der Anlage bei Programmwechsel ist leichter vorzu nehmen und die Ausschussquote ist bedeutend gerin ger als bei bekannten Verfahren.