DE10152685A1 - Vorrichtung zur lokalen induktiven Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks - Google Patents

Abstract

Um eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks durch lokales induktives Erwärmen der Schweißnaht und der beiderseits der Schweißnaht angeordneten Wärmeeinflusszone, mit einem oder mehreren hintereinander entlang der Schweißnaht angeordneten Linieninduktoren zu schaffen, mit der die Wärmebehandlung hinsichtlich ihrer Intensität und/oder räumlichen Erstreckung an beiderseits der Schweißnaht vorliegende unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann, wird vorgeschlagen, dass innerhalb des Wirkungsbereichs der Linieninduktoren eines oder mehrere Abschirmelemente im Verhältnis zu den Linieninduktoren so angeordnet sind, dass sie einen Teil des von den Linieninduktoren im Betrieb beaufschlagten Werkstückbereichs von dem von den Linieninduktoren erzeugten Wechselmagnetfeld abschirmen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks durch lokales induktives Erwärmen der Schweißnaht und der beiderseits der Schweißnaht angeordneten Wärmeeinflusszone, mit einem oder mehreren hintereinander entlang der Schweißnaht angeordneten Linieninduktoren.
• Vorrichtungen dieser Art sind bekannt (JP-A-10140252; JP-A-10046254; JP-A-02034723; JP-A-09279250; JP-A-60116725; DE 38 08 258 A1). Die thermische Nachbehandlung eines geschweißten Werkstücks im Bereich der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone dient dazu, das aufgrund der Wärmeeinbringung während des Schweißprozesses und der anschließenden schnellen Abkühlung veränderte Gefüge zu normalisieren. So ist z. B. bekannt, dass beim Laserstrahlschweißen von Blechen im Stumpfstoß eine sehr große Energiemenge konzentriert in einen sehr schmalen Bereich der Fügezone eingebracht wird, wodurch sich nur lokal sehr begrenzt die für das Aufschmelzen der Fügepartner und das Verschweißen benötigten hohen Temperaturen ausbilden. Da die an diesen stark erhitzten Bereich angrenzenden Blechbereiche Umgebungstemperatur haben und somit ein sehr großes Temperaturgefälle besteht, kommt es im Anschluss an das Verschweißen zu einer sehr schnellen Abkühlung des erhitzten Werkstückbereiches. Hierdurch ergeben sich Gefügeveränderungen, die zu einer deutlichen Verminderung der Duktilität und damit der Umformbarkeit des von der Gefügeveränderung betroffenen Werkstückbereiches führen.
• Die vorstehend beschriebene Problematik tritt besonders ausgeprägt auf, wenn die das geschweißte Werkstück bildenden Fügepartner aus hoch- oder höchstfesten Stahlgüten bestehen, wie sie insbesondere in den letzten Jahren verstärkt entwickelt wurden. Hochfeste Feinblechgüten beispielsweise haben unterschiedliche spezifische Umformbarkeits- und Festigkeitsmechanismen, welche durch den Schweißprozess im Fügebereich auf unterschiedliche Weise negativ beeinflusst und verändert werden. Dies kann soweit gehen, dass ein aus solchen Güten bestehendes geschweißtes Werkstück nach dem Schweißen im Bereich der Fügezone (Schweißnaht und Wärmeeinflusszone) aufgrund von Gefügeumwandlungen so hart und/oder spröde ist, dass es ohne eine korrigierende lokale Wärmebehandlung in diesem Bereich nicht umgeformt und weiter verarbeitet werden kann.
• Durch eine nachträgliche Wärmebehandlung des von der Schweißenergie negativ beeinflussten Werkstückbereichs durch die aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme des gezielten lokalen induktiven Erwärmens mittels Linieninduktoren wird die nachteilige Beeinflussung des Gefüges in diesem Werkstückbereich - zumindest zum Teil - wieder rückgängig gemacht. Die für nachfolgende Umformschritte während der Weiterverarbeitung des geschweißten Werkstücks notwendige Duktilität des Fügebereichs wird so wieder hergestellt. Die aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Nacherwärmungsvorrichtungen sind allerdings nur für Anwendungsfälle ausgelegt, bei denen die zu erwärmenden Bereiche der Fügepartner die gleiche Dicke aufweisen und aus dem selben Werkstoff bestehen. Insbesondere sind die bekannten Vorrichtungen darauf ausgelegt, längsnahtgeschweißte Rohre im Bereich der Fügezone nachträglich einer Wärmebehandlung durch induktive Erwärmung zu unterziehen. Dabei wird immer eine Relativbewegung zwischen den Linieninduktoren und dem geschweißten Rohr erzeugt, damit die Linieninduktoren entlang der gesamten Schweißnahtlänge bewegt werden und jeder Teilabschnitt der Schweißnaht auch tatsächlich wärmebehandelt wird.
• Bei der Herstellung sogenannter Tailored Products tritt die Situation auf, dass die nach dem Schweißen von den Gefügeveränderungen betroffenen Werkstückbereiche unterschiedliche Dicken aufweisen und/oder aus ganz unterschiedlichen Werkstoffgüten bestehen und/oder unterschiedliche Oberflächenbeschichtungen haben. Unter Tailored Products werden hier sowohl Tailored Blanks (das sind aus ebenen Blechen oder Bändern unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte und/oder Oberflächenbeschichtung zusammengeschweißte Platinen) als auch sog. Tailored Tubes (das sind Rohre mit Abschnitten oder Bereichen unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte und/oder Oberflächenbeschichtung) und sog. Tailored Strips (das sind Bänder, die aus an den Längskanten verschweißten Bändern unterschiedlicher Dicke und/oder Werkstoffgüte und/oder Oberflächenbeschichtung bestehen) verstanden. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung der bekannten induktiven Nacherwärmungsvorrichtungen bei der lokalen Wärmebehandlung von Tailored Products im Bereich der Fügezone keine zufriedenstellenden Ergebnisse bringt. Trotz Wärmebehandlung mit diesen Vorrichtungen wiesen die behandelten Werkstücke im Bereich der Schweißzone z. B. häufig eine für nachfolgende Umformschritte unzureichende Duktilität auf.
• Aufgrund der unterschiedlichen Dicken und/oder Werkstoffgüten und/oder Oberflächenbeschichtungen der Fügepartner weisen die Werkstückbereiche rechts und links neben der Schweißnaht ein unterschiedliches Aufheiz- und Abkühlverhalten auf. Werden z. B. Bleche unterschiedlicher Dicke im Stumpfstoß miteinander verschweißt, so weist der wärmezubehandelnde Bereich des dickeren Bleches auf der einen Seite der Schweißnaht eine deutlich größere Abkühlrate auf als der entsprechende Bereich des dünneren Bleches auf der anderen Seite der Schweißnaht. Der Grund dafür ist, dass bei dem dickeren Blech die Wärme schneller in den angrenzenden kalten Grundwerkstoff abgeleitet wird. Dadurch stellt sich in dem betreffenden dickeren Blechbereich eine andere Aufhärtung des Gefüges ein als in dem entsprechenden dünneren Blechbereich. Auch ist bei einer gegebenen Arbeitsfrequenz der Linieninduktoren die Aufheizgeschwindigkeit in den beiden wärmezubehandelnden Bereichen unterschiedlich. Es ist daher erforderlich, den Induktionsprozess gezielt so zu beeinflussen, dass jeder Bereich der wärmezubehandelnden Fügezone eine ausreichende Wärmebehandlung erfährt, um die Duktilität des gesamten Fügebereichs beiderseits der Schweißnaht auf das notwendige Niveau einzustellen. Gleichzeitig muss andererseits auch eine Überhitzung der wärmezubehandelnden Fügezone vermieden werden. Eine gezielte Beeinflussung des induktiven Aufheizvorgangs bzw. des anschließenden Abkühlvorgangs, die den vorgenannten Anforderungen genügt, ist mit den aus dem Stand der Technik bekannten Induktionsvorrichtungen nicht möglich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks durch lokales induktives Erwärmen im Bereich der Schweißnaht zur Verfügung zu stellen, mit der die Wärmebehandlung hinsichtlich ihrer Intensität und/oder räumlichen Erstreckung an beiderseits der Schweißnaht vorliegende unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann.
• Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass innerhalb des Wirkungsbereichs der Linieninduktoren eines oder mehrere Abschirmelemente im Verhältnis zu den Linieninduktoren so angeordnet sind, dass sie einen Teil des von den Linieninduktoren im Betrieb beaufschlagten Werkstückbereichs von dem von den Linieninduktoren erzeugten Wechselmagnetfeld abschirmen.
• Die Abschirmelemente bewirken, dass der abgeschirmte Werkstückbereich von dem Wechselmagnetfeld der Linieninduktoren nicht beaufschlagt und nur in dem nicht abgeschirmten Werkstückbereich eine induktive Erwärmung hervorgerufen wird. Durch eine gezielte Anordnung der Abschirmelemente im Verhältnis zu den Linieninduktoren kann daher die räumliche Erstreckung der induktiven Erwärmung in Richtung senkrecht zur Schweißnaht gezielt eingestellt werden. So ist es beispielsweise auf einfache Weise möglich, eine bezogen auf die Schweißnaht unsymmetrische induktive Erwärmungsspur einzustellen. Liegen z. B. rechts und links der Schweißnaht unterschiedliche Blechdicken vor, so kann die räumliche Erstreckung des erwärmten Werkstückbereiches auf der Seite des dickeren Bleches größer eingestellt werden als auf der Seite des dünneren Bleches. Dadurch stellt sich auf der Seite des dickeren Bleches bezogen auf einen bestimmten festen Abstand senkrecht zur Schweißnaht eine höhere Temperatur ein als auf der Seite des dünneren Bleches. Der Grund dafür ist, dass der Wärmeabfluss durch Wärmeleitung wegen eines geringeren Temperaturgradienten in diesem Abstand geringer ist. So ist eine gezielte Wärmebehandlung auch in unterschiedlicher Intensität beiderseits der Schweißnaht mit ein und derselben Induktionsvorrichtung möglich.
• Um die Abschirmelemente vor einer möglichen Überhitzung zu schützen, weisen diese vorteilhaft innere Kanäle auf, die mit einem Kühlfluid beaufschlagbar sind.
• Da das Werkstück für die Wärmebehandlung in einer definierten geometrischen Zuordnung zu den Linieninduktoren angeordnet werden muss, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abschirmelemente gleichzeitig als Spannelemente ausgebildet sind. Dadurch, dass die Spannelemente auf den Erwärmungs- und Abkühlprozess in dem zu behandelnden Werkstückbereich einwirken und die Intensität und/oder räumliche Erstreckung seiner Erwärmung gezielt beeinflussen, kann sicher gewährleistet werden, dass in jeden zu behandelnden Werkstückbereich eine Wärmemenge eingebracht wird, die genau ausreichend ist für die bezogen auf die jeweilige Werkstoffgüte und/oder -dicke und/oder Oberflächenbeschichtung erforderliche Wärmebehandlung. Erfordert das unterschiedliche Wärmebehandlungsverhalten der Werkstückbereiche auf der jeweiligen Seite der Schweißnaht die Einbringung unterschiedlicher Wärmemengen in die jeweiligen Werkstückbereiche, so kann eine zu große Energieeinbringung in den Werkstückbereich, der eine geringere Energieeinbringung erfordert, durch die Einwirkung der Spannelemente verhindert werden. Beispielsweise kann dazu das bzw. können die Spannelemente so angeordnet sein, dass sie den betreffenden Werkstückbereich ganz oder teilweise vor dem Wechselmagnetfeld abschirmen und gleichzeitig das Werkstück so spannen, dass die definierte geometrische Zuordnung des zu behandelnden Werkstückbereichs zu den Linieninduktoren gewährleistet ist.
• Ist das bzw. sind die Spannelemente zusätzlich als Kühl- oder Heizelemente ausgebildet, so wird zusätzlich zu der durch die Spannelemente hervorgerufenen Beeinflussung der Intensität und/oder räumlichen Erstreckung der induktiven Erwärmung die für die gewünschte Wärmebehandlung nicht benötigte und mithin überschüssige Wärme über das bzw. die Spannelemente abgeleitet, so dass eine Überhitzung dieses Werkstücksbereichs sicher unterbleibt.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann entweder für den Offline-Betrieb oder für den Online- Betrieb ausgebildet sein. Bei der für den Offline-Betrieb ausgebildeten Ausführung erstrecken sich der oder die Linieninduktoren über die gesamte Länge der Schweißnaht. Auf diese Weise kann der gesamte zu behandelnde Werkstückbereich auf einen Schlag gleichzeitig erwärmt werden. Eine solche Vorrichtung ist völlig abgekoppelt von dem Schweißprozess für die Herstellung des wärmezubehandelnden Werkstücks und kann daher räumlich und zeitlich unabhängig von diesem betrieben werden.
• Um im Offline-Betrieb das Werkstück über eine größere Länge oder sogar über die gesamte Länge des wärmezubehandelnden Bereichs sicher zu spannen, sind die Spannelemente vorteilhaft als Klemmleisten ausgebildet. Damit über die Klemmleisten sowohl eine Kühlung bzw. Wärmeeinbringung in das Werkstück effektiv realisiert werden kann, bestehen die Klemmleisten aus einem gut wärmeleitenden Material. Zur gleichzeitigen Erzielung des gewünschten Abschirmeffekts weist das Material auch eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit auf. Beide Anforderungen werden in zufriedenstellendender Weise erfüllt, wenn die Spannelemente aus Kupfer oder Kupferlegierung sind. Eine besonders gute und reproduzierbare Kühlwirkung bzw. eine Heizwirkung der Klemmleisten auf das Werkstück läßt sich dadurch erreichen, dass die Klemmleisten über innere Kanäle verfügen, die von einem Kühl- bzw. Heizmedium durchströmbar sind.
• Bei der für den Online-Betrieb geeigneten Ausführung erstrecken sich die Linieninduktoren nur über einen Teil der gesamten Schweißnahtlänge. Um dennoch die Wärmebehandlung der gesamten Schweißnaht zu ermöglichen, sind Mittel vorgesehen, mit denen während des Betriebs des oder der Linieninduktoren eine Relativbewegung zwischen dem oder den Linieninduktoren und dem Werkstück erzeugt wird, durch die die gesamte Schweißnahtlänge von den Linieninduktoren überstrichen wird. Bevorzugt sind diese Mittel als das Werkstück bewegende Transportmittel, z. B. angetriebene Rollen, ausgebildet.
• Bei der Online-Ausführung der Vorrichtung können die Spannelemente drehbar gelagerte Spannrollen sein, die aus einem gut wärmeleitenden und elektrisch leitfähigen Material bestehen. Vorteilhaft sind diese Spannrollen angetrieben, damit über sie ein Werkstückvorschub zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen Linieninduktoren und Werkstück ermöglicht wird. Die Spannrollen können zur Erzielung einer Kühl- oder Heizwirkung mit inneren Kanälen ausgestattet sein, durch die im Betrieb ein Kühl- bzw. Heizmedium strömt. Genauso sinnvoll kann die notwendige Relativbewegung durch ein Verfahren des bzw. der Linieninduktoren bei gleichzeitigem Abrollen der Spannrollen realisiert werden.
• Alternativ oder auch in Ergänzung zu den Spannrollen können bei der Online-Ausführung der Vorrichtung als Spannelemente auch an einem Band oder einer Kette umlaufende Klemmelemente aus gut wärmeleitendem und elektrisch leitfähigem Material vorgesehen sein.
• In Abhängigkeit von der Werkstoffgüte und/oder der Dicke der das Werkstück bildenden Fügepartner und/oder des Nahtverlaufs (lineare/nichtlineare Nahtverläufe) kann es erforderlich sein, zur Erreichung der für die Wärmebehandlung erforderlichen Temperaturen zusätzlich zu den Linieninduktoren noch eine weitere Energiequelle vorzusehen, mit der örtlich begrenzt und konzentriert zusätzliche Wärmeenergie in den zu behandelnden Werkstückbereich eingebracht werden kann. Dies kann z. B. dann sinnvoll sein, wenn die für die Wärmebehandlung eines auf nur einer Seite der Schweißnaht angeordneten Werkstückbereichs benötigte Energiemenge viel größer ist, als die für die Wärmebehandlung des anderen Werkstückbereichs benötigte Energiemenge. In einem solchen Fall wäre es wirtschaftlich und technisch nicht sinnvoll, die Leistung des bzw. der Linieninduktoren auf die größte benötigte Energiemenge hin auszulegen. Sinnvoller dagegen wäre es, die Linieninduktoren auf eine geringere Leistung auszulegen, und die nur auf einer Seite der Schweißnaht benötigte fehlende Energiemenge durch eine auf diese Seite einwirkende zusätzliche Energiequelle einzubringen. Geeignete zusätzliche Energiequellen hierfür sind z. B. Laser- oder Plasmastrahlen. Auch eine weitere Induktionseinrichtung, die mit einer anderen Arbeitsfrequenz betrieben wird, kann die zusätzliche Energiequelle bilden. Die zusätzliche Energiequelle kann sowohl vor, zwischen oder nach den Linieninduktoren angeordnet sein. Gleiches gilt, wenn dem Werkstück ein Temperaturprofil aufgeprägt werden soll, das nur mit einer zusätzlichen Wärmequelle darstellbar ist (z. B. hohe lokale Temperaturpeaks).
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1a Eine Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks im Offline-Betrieb in Querschnittsansicht
• Fig. 1b Eine Vorrichtung nach Fig. 1a in Seitenansicht
• Fig. 2 Eine Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks im Online-Betrieb in Querschnittsansicht
• Fig. 3 Eine Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks im Online-Betrieb in einer zu Fig. 2 unterschiedlichen Ausführung in Querschnittsansicht
• Fig. 4 Eine Vorrichtung zur induktiven Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks im Online-Betrieb in einer zu den Fig. 2 und 3 unterschiedlichen Ausführung in Querschnittsansicht
• In Fig. 1a ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die für den Offline-Betrieb ausgebildet ist. Unter Offline-Betrieb wird dabei eine vom Schweißprozeß unabhängige Wärmebehandlung des Werkstücks verstanden. Diese kann z. B. in einer separaten Wärmebehandlungsstation erfolgen, welche in die Fertigungslinie integriert ist und der die geschweißten Werkstücke nacheinander zugeführt werden. Die in Fig. 1a schematisch gezeigten Metallbleche 4, 5 sind im Stumpfstoß durch die Schweißnaht 6 miteinander verbunden. Beiderseits der Schweißnaht 6 sind Abschirmelemente 2a, 2b, 2c, 2d angeordnet, die gleichzeitig als Klemmleisten ausgebildet sind. Die geschweißte Platine ist zwischen den Klemmleisten fest eingespannt und wird von ihnen in einer Arbeitsposition fixiert gehalten. Ober- und unterhalb der Schweißnaht 6 ist jeweils eine Stromschiene 1a, 1b des Linieninduktors angeordnet. Die Stromschienen 1a, 1b des Linieninduktors erstrecken sich senkrecht zur Zeichenebene über die gesamte Schweißnahtlänge, so dass die gesamte Schweißnaht gleichzeitig induktiv erwärmt werden kann. In Fig. 1b ist die vorstehend beschriebene Anordnung in Seitenansicht dargestellt (ohne Abschirm- und Spannelemente).
• Die Abschirm- und Spannelemente 2a, 2b, 2c, 2d sind im Verhältnis zu den Linieninduktoren so angeordnet, dass sie einen Teil des von den Linieninduktoren beaufschlagten Werkstückbereichs überdecken. Dadurch wird der überdeckte Werkstückbereich von dem Wechselmagnetfeld, das von den Linieninduktoren erzeugt wird, wirksam abgeschirmt, so dass es in diesem Bereich nicht zu einer Einkopplung von Wärmeenergie durch Induktion kommt. Auf diese Weise kann die Breite der Erwärmungsspur, das heißt die Erstreckung des wärmebehandelten Werkstückbereichs quer zu Schweißnahtlängsachse, gezielt eingestellt werden.
• Die Klemmleisten 2a, 2b, 2c, 2d weisen innere Kanäle 3a, 3b, 3c, 3d auf, die mit einem flüssigen Heiz- oder Kühlmedium beaufschlagbar sind. Da die Klemmleisten 2a, 2b, 2c, 2d in Berührungskontakt mit den miteinander verschweißten Metallblechen 4, 5 stehen, kann diesen durch Wärmeleitung über die Klemmleisten eine gewünschte Temperatur in dem der Schweißnaht benachbarten Werkstückbereich aufgeprägt werden. Durch die gezielte Einstellung der Temperatur der zur Schweißnaht benachbarten Blechbereiche kann der Temperaturgradient zwischen dem induktiv erwärmten Werkstückbereich und den daran angrenzenden Blechbereichen ebenfalls gezielt eingestellt werden. Auf diese Weise kann unmittelbar Einfluß auf die Geschwindigkeit genommen werden, mit der die induktiv in das Werkstück eingekoppelte Wärme aus dem von den Linieninduktoren beaufschlagten Werkstückbereich in die jeweils angrenzenden Blechbereiche der Bleche 4, 5 durch Wärmeleitung abfließt. So kann z. B. das dickere Blech 4 in dem zur Schweißnaht benachbarten Blechbereich mittels einer durch die Kanäle 3b, 3d der Klemmleisten 2b, 2d fließende Heizflüssigkeit durch Wärmeleitung über die Klemmleisten auf eine erhöhte Temperatur erwärmt werden. Dadurch stellt sich zwischen dem induktiv erwärmten Werkstückbereich und dem angrenzenden Blechbereich des Blechs 4 ein verringerter Temperaturgradient ein, so dass die induktiv eingekoppelte Wärme wesentlich langsamer in das Blech 4 abfließt als dies ohne Erwärmung des an die Schweißnaht angrenzenden Blechbereichs des Blechs 4 der Fall wäre. So kann ein zu schnelles Abfließen der induktiv eingekoppelten Wärme, was in der Praxis einem Abschreckeffekt gleichkommt und zu unerwünschten Gefügeveränderungen in diesem Bereich (Aufhärtung) führen kann, sicher verhindert werden.
• Es kann der Fall auftreten, dass das dickere Blech 4 des Werkstücks aus einem anderen Werkstoff oder einer anderen Werkstoffgüte besteht als das dünnere Blech 5, und dass daher der wärmezubehandelnde Werkstückbereich des Blechs 4 induktiv auf eine deutlich höhere Temperatur aufgeheizt werden muss als der entsprechende Bereich des Blechs 5. In einem solchen Fall kann es während der induktiven Wärmebehandlung zu einer Überhitzung des dünneren Blechs 5 kommen, weil in dem dünneren Blech die induktiv eingekoppelte Wärme wesentlich langsamer abgeleitet wird als in dem dickeren Blech 4. Um diese Überhitzung zu vermeiden, können die inneren Kanäle 3a, 3c der Klemmleisten 2a, 2c mit einem flüssigen Kühlmedium beaufschlagt werden. Diese Maßnahme sorgt für einen größeren Temperaturgradienten und damit für einen schnelleren Wärmeabfluß vom induktiv erwärmten Bereich in den angrenzenden Blechbereich des Bleches 5 sowie in die Spannelemente selbst. Durch die schnellere Abfuhr der Wärme kommt es nicht zu einer Überhitzung des dünneren Blechs 5.
• In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, die für den Online-Betrieb ausgebildet ist. Der grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung ist ähnlich dem des Ausführungsbeispiels der Fig. 1a und 1b, so dass gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Allerdings sind die mit den Bezugszeichen 1a, 1b bezeichneten Bauteile in den Ausführungsbeispielen für den Online-Betrieb (Fig. 2) elektrisch nicht miteinander verbundene Linieninduktoren, während bei der Offline-Ausführungsform (Fig. 1a und 1b) die Bezugszeichen 1a, 1b elektrisch miteinander verbundene Stromschienen eines einzigen Induktors bezeichnen. Mit Online-Betrieb ist eine Betriebsweise gemeint, bei der sich die Linieninduktoren 1a, 1b der Vorrichtung nur über einen Teil der gesamten Schweißnahtlänge erstrecken und eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und den Linieninduktoren erzeugt wird, so dass die Schweißnaht 6 an den Linieninduktoren 1a, 1b entlang geführt und auf ihrer gesamten Länge wärmebehandelt wird. Die Abschirmelemente 2a, 2b, 2c, 2d sind bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls gleichzeitig als Spannelemente ausgebildet, und zwar in Form von drehbar gelagerten Spannrollen. Die Spannrollen können angetrieben sein, so dass das Werkstück durch sie transportiert und an den Linieninduktoren vorbei bewegt wird. Die Spannrollen weisen innere Kanäle 3a, 3b, 3c, 3d auf, die mit einem Heiz- oder Kühlmedium beaufschlagbar sind. Die Wirkung der Beaufschlagung der Spannrollen mit Heiz- oder Kühlmedium entspricht der beispielhaft zu Fig. 1a erläuterten Wirkungsweise.
• In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung für den Online-Betrieb dargestellt, bei der nur auf einer Seite des Werkstücks ein Linieninduktor angeordnet ist. In dem gezeigten Fall wird das Werkstück nur von oben mit dem Wechselmagnetfeld beaufschlagt. Auf der dem Linieninduktor zugewandten Werkstückseite sind Spannrollen 2a, 2b angeordnet, die mit Klemmleisten 2c, 2d zusammenwirken, welche auf der dem Linieninduktor abgewandten Seite des Werkstücks angeordnet sind. Zwischen den Spannrollen 2a, 2b und den Klemmleisten 2c, 2d wird das Werkstück gespannt. Gleichzeitig dienen die auf der Seite des Linieninduktors angeordneten Spannrollen 2a, 2b als Abschirmelemente, die einen Teil des von dem Linieninduktor beaufschlagten Werkstücksbereichs von dem Wechselmagnetfeld abschirmen. Sowohl die Spannrollen 2a, 2b als auch die Klemmleisten 2c, 2d weisen innere Kanäle 3a, 3b, 3c, 3d auf, die von einem Heiz- oder Kühlmedium durchströmbar sind. Die Wirkungsweise der Beaufschlagung der inneren Kanäle mit Heiz- oder Kühlmedium entspricht der zuvor zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1a erläuterten Wirkungsweise.
• Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3, wie auch bei dem gemäß Fig. 2, kann die Relativbewegung zwischen Linieninduktor und Werkstück durch ein Verfahren des Linieninduktors bei ortsfest gehaltenem Werkstück realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit, die zur Wärmebehandlung der Schweißnaht auf ihrer gesamten Länge notwendige Relativbewegung zwischen Linieninduktor und Werkstück zu realisieren, besteht darin, das Werkstück mit den Klemmleisten 2c, 2d relativ zum Linieninduktor zu verfahren. Dazu können das Werkstück und die Klemmleisten in einem Aufnahmerahmen angeordnet sein, so dass sie problemlos gemeinsam verfahren werden können.
• Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Linieninduktor nur auf einer Seite des geschweißten Werkstücks angeordnet. Die vom Linieninduktor abgewandte ebene Werkstückseite liegt auf einer nicht dargestellten ebenen Unterlage auf, während auf der dem Linieninduktor zugewandten Werkstückseite Abschirmelemente 2a, 2b angeordnet sind. Diese Abschirmelemente haben, im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, keine zusätzliche Spannfunktion, da sie das Werkstück nicht berühren, sondern beabstandet zu diesem angeordnet sind. In diesem Fall können den benachbart zur Schweißnaht liegenden Werkstückbereichen nicht über die Abschirmelemente gezielt gewünschte Temperaturen aufgeprägt werden, so dass eine gezielte Beeinflussung des Wärmeabflusses durch Wärmeleitung, wie er vorstehend beschrieben wurde, nicht möglich ist. Dennoch haben die Abschirmelemente die Wirkung, dass über ihre örtliche Positionierung im Verhältnis zum Linieninduktor der Bereich, in dem induktiv Wärme erzeugt wird, genau eingegrenzt werden kann. Auf diese Weise kann die Breite der Erwärmungsspur also auch dann eingestellt werden, wenn die Abschirmelemente das Werkstück überhaupt nicht berühren. Da sich die Abschirmelemente durch die von ihnen aufgenommene Energie des Wechselmagnetfelds erwärmen, weisen sie innere Kühlmittelkanäle 3a, 3b auf, über die die Temperatur der Abschirmelemente auf einem gewünschten Niveau gehalten werden kann.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines geschweißten Werkstücks durch lokales induktives Erwärmen der Schweißnaht (6) und der beiderseits der Schweißnaht angeordneten Wärmeeinflusszone, mit einem oder mehreren hintereinander entlang der Schweißnaht angeordneten Linieninduktoren (1a, 1b), dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Wirkungsbereichs der Linieninduktoren (1a, 1b) eines oder mehrere Abschirmelemente (2a, 2b, 2c, 2d) im Verhältnis zu den Linieninduktoren so angeordnet sind, dass sie einen Teil des von den Linieninduktoren im Betrieb beaufschlagten Werkstückbereichs von dem von den Linieninduktoren erzeugten Wechselmagnetfeld abschirmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelemente (2a, 2b, 2c, 2d) mit Fluid beaufschlagbare innere Kanäle (3a, 3b, 3c, 3d) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelemente (2a, 2b, 2c, 2d) als Spannelemente ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente als Kühl- oder Heizelemente ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der oder die Linieninduktoren (1a, 1b) über die gesamte Länge der Schweißnaht (6) erstrecken, so dass der gesamte zu behandelnde Werkstückbereich gleichzeitig induktiv erwärmt werden kann.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente als Klemmleisten aus gut wärmeleitendem und elektrisch leitendem Material ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente aus Kupfer oder Kupferlegierung sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmleisten innere Kanäle (3a, 3b, 3c, 3d) aufweisen, die von einem Kühl- oder Heizmedium durchströmbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der oder die Linieninduktoren (1a, 1b) nur über einen Teil der gesamten Länge der Schweißnaht (6) erstrecken und Mittel vorgesehen sind, mit denen eine Relativbewegung zwischen dem oder den Linieninduktoren (1a, 1b) und dem Werkstück erzeugbar ist, bei der die Linieninduktoren (1a, 1b) die Schweißnaht (6) auf ihrer gesamtem Länge überstreichen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente als drehbar gelagerte Spannrollen aus gut wärmeleitendem und elektrisch leitendem Material ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente als an einem Band oder einer Kette umlaufende Klemmelemente aus gut wärmeleitendem und elektrisch leitendem Material ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente aus Kupfer oder Kupferlegierung sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente innere Kanäle aufweisen, die von einem Kühl- oder Heizmedium durchströmbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Linieninduktoren (1a, 1b) noch eine weitere Energiequelle vorgesehen ist, mit der in den zu behandelnden Werkstückbereich örtlich begrenzt und konzentriert Energie einbringbar ist.