DE3209233C2 - Vorrichtung zum Verschweißen von metallischen Werkstücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft das Verschweißen von Werkstücken durch einen längs einer geschlossenen Schweißnahtbahn magnetisch bewegten Lichtbogen mit zwei das Werkstück umgebenden Magnetsystemen, die in Richtung lotrecht zur Schweißnahtbahnebene einen Abstand voneinander aufweisen und miteinander ein wenigstens teilweise durch das Werkstück verlaufendes, an der Schweißnahtbahn quer zur Lichtbogenrichtung austretendes Magnetfeld erzeugen, das in bekannter Weise durch Gegeneinanderschalten der Magnetsysteme erreicht wird. Um rohr- oder stabförmige Werkstücke unterschiedlich großen Durchmessers rasch und einfach in das einzelne Magnetsystem einführen zu können, schlägt die Erfindung vor, daß das einzelne Magnetsystem, welches an einem solchen Rohrstück anliegt, aus zwei oder mehr das Werkstück (1, 2) mit gleichnamigen Polflächen zwischen sich einschließenden, voneinander entfernbaren Teilen (6, 7) gebildet ist.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von metallischen Werkstücken mit rohrförmigem Querschnitt an der Schweißstelle durch einen längs einer geschlossenen, in einer F.bene liegenden mi .Schweißnahtbahn magnetisch bewegten Lichtbogen, bei welcher das Werkstück im Abstand von der Schweißnahtbahnebene /wischen zwei oder mehrere Sp;innelemenle einer Spanneinrichtung eingespannt ist und mindestens ein ;ius zwei jeweils um einen ferroniii- 11Ί gnctisclien Kern gewickeilen Magnetspule·!! und l'ol schuhen gebildetes Magnetsystem vorgesehen ist zur Erzeugung eines radialen Magnetfelds in der .Schweiß

nahtbahnebene.

Bekannte Vorrichtungen dieser Art haben Spulen mit aktiven und passiven Wicklungsabschnitten, die halbschalenartige oder nierenartige Form aufweisen und in radialer Richtung teilbar sind, so daß sie von außen an das Werkstück angelegt und dieses zwischen sich einschließen können (DD-PS 95 737 und DE-OS 15 65 914). Bei einer ähnlichen Vorrichtung sind anstelle von Spulen halbschalenförmige Permanentmagnete vorgesehen (DE-OS 23 57 602).

Derartige Vorrichtungen haben nicht nur den Nachteil, daß die von den beiden Wicklungen erzeugten Magnetflüsse im Werkstück sich teilweise aufheben, so daß eine ungleichmäßige Flußverteilung im Bereich der Schweißnahtbahnebene entsteht. Diese Vorrichtungen benötigen vor allem, bedingt durch die Spulenlänge, sehr viel Platz, und ihre Ausdehnung in Richtung der Werkstücklängsachse ist verhältnismäßig groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die in Werkstücklängsrichtung sehr kompakt ist und wenig Platz benötigt und zugleich einen gleichmäßigen Fluß durch das Werkstück und in der Schweißnahtbahnebene ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daü bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Magneispulcn mil ihrer Wicklungsachse an der Einspannstefie senkrecht zur Richtung der von der Einspannstelle zur Schweißnahtbahnebene verlaufenden Achse des eingespannten Werkstückes angeordnet sind, und daß die zumindest beiden Spannelcmente als Polschuhe ausgebildet sind, über die der von den Magnetspulen herrührende magnetische Fluß radial in das Werkstück eintritt, in diesem annähernd bis zur Schweißnahtbahnebene axial verläuft und dort entweder durch ein axial entgegengesetzt gerichtetes, annähernd gleichgroßes magnetisches Feld oder durch an jedem Spannelement befestigte, annähernd in der Schweißnahtbahnebene liegende, dem rohrförmigen Werkstückumfang annähernd angepaßte und magnetisch mit den den Spannelementen abgewandten Enden der Kerne verbundene weitere Polschuhe in radialer Richtung ablenkbar ist.

Durch diese erfindiingsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß die Länge der Vorrichtung in axialer Richtung längs des Werkstückes sehr kurz gehalten werden kann und dennoch ein gleichmäßiger Fluß in der Sehwcißnahtbahnebene entsteht. Eine solche Vorrichtung ist sehr kompakt, da das Magnetsystem selbst als ein das Werkstück zwischen den Polflächen festklemmendes Spannelement einer Spannvorrichtung dient.

In Weiterentwicklung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Polschuhe der Spannelemente als auswechselbare, der Größe oder/und der Form des festzuspannenden Werkstückes angepaßte Halbschalen ausgebildet sind. Hierdurch können mit ein und derselben Vorrichtung Werkstücke unterschiedlicher Größe oder Form verschweißt werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin möglich, daß die Spannelcmente durch eine sie verbindende Führungseinrichtung radial auseinander· und /usainmenführbar sind, so daß die Werkstücke leicht in die Vorrichtung eingeführt und daraus entnommen werden können.

IU-I einer besonderen Ausl'ührtingsform der l.rfinilnng ist vorgesehen. d.iU die l'olschuhe jeweils liber einen vorkragenden Ansatz ;in den Spannelemcnten abgewandlen Enden der Kerne unier Zwischenlage einer

Isolationsschicht lösbar befestigt sind. Der einzelne PoI-ichuh muß nicht unbedingt durch eine magnetisch leitende Brücke mit dem durch die Spulenwicklung erzeugten Polbereich verbunden sein. Er kann auch an der Spannvorrichtung angebracht sein.

Die Lage des Polschuhs, bezogen auf die Schweißstelle bzw. Schweißnahtbahn ist nicht kritisch. Sie kann etwa relativ zur Schweißstelle um plus minus 4 mm hin- und herverschoben sein. Trotzdem tritt dann noch ein genügend großer Fe'dunieil im Bereich der Schweißnahtbahn nach außen zu den Polflächen des Polschuhs hin aus. Die Breite des Polschuhs hat ein Optimum, das bei etwa 4 men liegt. Dieses Optimum ist aber ebenfalls nicht kritisch, und eine Breite zwischen 2 bis 4 mm ist durchaus brauchbar.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer bekannten Vorrichtung.

Fig. 2 eine Ansicht gemäß der Linie H-II in Fig. 1,

Fig.3 eine erste Ausführungsform gemäß der Erfinuün§r.

F i g. 4 eine Ansicht gemäß der Linie IV-IV in F i g. J,

F i g. 5 eine weitere erfindungsgemäßc Ausführungsform.

F i g. 6 eine Ansicht gemäß der Linie VI-VI in F i g. 5, F i g. 7—9 weitere Varianten der Erfindung,

Fig. 10 einen Schnitt durch eine Anordnung mit einem Polschuh und

Fig. 11 eine Ansicht gemäß der Linie Xl-Xl in Fig. 10.

Bei einer bekannten Vorrichtung gemäß F i g. I und 2 sind die beiden miteinander zu verschweißenden rohrförmigen Werkstücke 1 und 2. jeweils von einer Magnetspule 3 bzw. 4 umgeben, in schweißgerechter Lage unter Bildung des Schweißspaltes 5, an dem der Lichtbogen überspringt, einander genähert. Die dick gezeichneten Pfeile zeigen die Richtung der magnetischen Erregung bzw. den Verlauf der Magnelfeldlinicn in den Werkstücken 1 und 2. Hier tritt das Feld in bekannter Weise im Bereiche der Spalte. 5 nach außen.

In F i g. 3 ist die Spule 4 am Werkstück 1 ersetzt durch ein Magnetsystem, bestehend aus zwei das Rohr t mit Polschuhen 6;i und Ta zwischen sich einschließenden, einen Magnet bildenden Spannelementen 6 und 7, von denen jeder an den Spannelementen 6, 7 abgewandten Enden 6b und Tb je eine Magnetspule 8 b/w.9 tragt. Das rohrförmigc Werkstück 1 ist zwischen den Polschuhen 6a und Ta der Spannelemenle 6 und 7 fest eingeklemmt, so daß eine zusätzliche Spannvorrichtung überflüssig wird.

In dem Beispiel gemäß F i g. J und 4 ist auf das Werkstück I ein kappenartiges, die Rohröffnung abschließendes Werkstück 2' aufzuschweißen, auf das eine Vorrichtung 10 mit einer Magnetspule It aufgesetzt ist. Die Richtung der magnetischen Erregung bzw. der in den Werkstücken 1 und 2' verlaufenden und am Schweißspalt 5 austretenden Magnetfeldlinien ist durch die dick gezeichneten Pfeile angedeutet.

Während bei der Anordnung gemäß F i g. 3 und 4 nur ein Magnetsystem an dem Werkstück 1 Verwendung findet, ergibt sich aus F i g. 5 und 6 eine zum Schweißspalt 5 symmetrische Anordnung zweier Magnetsysteme. Hier sind die beiden Rohrstücke 1 und 2 in Schweißgerechter Lage unter Bildung des Schweißspaltes 5 einander gegenüber angeordnet. Jedes Werkstück ist zwischen den Polschuhen 6a und Tu eines Magnetsystems der gleichen Art, wie bcreiü-. in der linken Hälfte in Fig.3 dargestellt, eingespannt. Die beiden Magnetsysteme sind hier gegeneinandergeschaltet. so daß sich ein Feldlinienverlauf ergibt, wie er durch die dick gezeichneten Pfeile angegeben ist. Die Stirnseite eines solchen Magnclsystcms ergibt sich aus F i g. 6.

In den Fig. 7 bis 9 sind verschiedene mögliche Varianten des Magnetsystems dargestellt, allerdings der Einfachheit halber unter Weglassung der Erregerspulen. Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform mit abgeschrägten Polflächen zum Festklemmen unterschiedlicher Rohrdurchm.esser. Bei F i g. 8 sind die Spannelemenle 6 und 7 durch ein Gelenk 12 miteinander verbunden, wobei sich auf der dem Gelenk gegenüber befindlichen Seite ein entsprechender Verschluß 13 befindet. Die beiden Spannelemenle können so zum Einlegen des Werkstükkes auseinandergeschwenki werden. In Fig.9 werden die Spannelemente 6 und 7 durch die Kolben von Hubzylindern 16 und 17 auseinander und wieder zusammenbewegt. In beiden Ausführungsformen gemäß Fig.8 und 9 sind in die Polschuhe 6a und Ta Halbschalen 14 und 15 cingefegt, die eine für Rohrrturchmesser bestimmter Größe angepaßte Ausnehmung aufweisen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 10 ist anstelle eines zweiten Magnetsystems jeweils an jedes Spannelement 6 und 7 des ersten Magnetsystems ein Polschuh 18 angebracht. Bei dem Magnetsystem entsprechen die einzelnen Bestandteile der beiden Spannelemente 6 und 7 denjenigen in den vorhergehenden Figuren und sind

ίο daher mit den gleichen ßezugs/.ahlen versehen. Auch der Querschnitt in der Ebene senkrecht zur Achse des Rohres 2 ist derselbe wie in den vorhergehenden Figuren. Neu hier ist lediglich, daß an der Stirnseite der den Spannelementen 6, 7 abgewandten Enden 6b und Tb jeweils ein Ansatz 19 in Richtung parallel zur Rohrachse vorkragt, von dem aus sich zum Rohr hin jeweils ein Polschuh 18 in einem Abstand 20 von dem die Wicklung 8 bzw. 9 tragenden Polschuh 6λ bzw. Ta des ersten Magnetsystems erstreckt. Dieser Polschuh 18 entsprich)

4ü hier dem jeweils zweiten Magnetsystem in den vorhergehenden Figuren. Auch wenn der bzw. die Polschuhe

18 nicht ■ jimittelbar über dem Schweißspalt 5 liegen, wie hier, tritt von dort noch ein genügend großer Feldanteil zu den Polflächen der Polschuhe 18 hin au?·. Der Verlauf des magnetischen Flusses ist durch Pfeile in Fig. 10 angedeutet. Das Magnetsystem ist hier bei dieser Anordnung gemäß Fig. 10 und 11 zwischen die Teile 22 einer an sich bekannten und nicht näher dargestellten Spannvorrichtung eingespannt, so daß das Rohr 2 zwischen den Polschuhen 6;) und Tu festgehalten ist, wie schon aus den vorhergehenden Figuren ersichtlich ist. Das an das Rohr 2 anstoßende und mit diesem den Schweißspali bildende Rohr 1 is! dann bei einer solchen Anordnung aiiiirlich durch andere Mittel in der erfor-

)5 derlichen. schweißgerechten Lage festgespannt und zentrieri. Selbstverständlich erfolgt die Einspannung des Magnetsystems zwischen den Teilen 22 der Spannvorrichtung so. daß k3in den mangetischen Nutzfluß durch das Werkstück i'.nd zurück zu den Polflächen der

bO Polschuhe 18 über Gebiinr schwächender magnetischer Kurzschluß entsteht.

Die Bestandteile 6a. 6b. 18 und 19 bzw 7a, Tb. 18 und

19 bei der Anordnung gemäß Fig. 10 und 11 können natürlich jeweils eine körperliche Einheit aus einem ma-

b) gnetisierbaren Material sein. Aus Montagegründen empfiehlt sich allerdings eier dargestellte Aufbau aus mehreren miteinander verbindbaren Teilen. Insbesondere ist es zweckmäßig, den Polschuh 18, 19 jeweils

lösbar an dem Magnetsystem zu befestigen. Bei dem dargestellten Beispiel erfolgt die Verbindung jeweils mit Ende 6£> und Tb über ein Isolationsstück 21, was sich in manchen Fällen als zweckmäßig erweist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verschweißen von metallischen Werkstücken mit rohrförmigen! Querschnitt an der Schweißstelle durch einen längs einer geschlossenen in einer Ebene liegenden Schweißnahtbahn magnetisch bewegten Lichtbogen, bei welcher das Werkstück im Abstand von der Schweißnahibahnebene zwischen zwei oder mehr Spannelemen- to te einer Spanneinrichtung eingespannt ist und mindestens ein aus zwei jeweils um einen ferromagnetischen Kern gewickelten Magnetspulen und Polschuhen gebildetes Magnetsystem vorgesehen ist zur Erzeugung eines radialen Magnetfeldes in der Schweißnahtbahnebene, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (8, 9) mit ihrer Wicklungsachse an der Einspannstelle senkrecht zur Richtung der von der Einspannstelle zur Schweißnahtbahnebene verlaufenden Achse des eingespannten Werkstückes (1, 2) angeordnet sind und daß die zumindest beiden Spannelemente (6, 7) als Polschuhc (6a. 7n) ausgebildet sind, über die der von den Magnetspulen (8, 9) herrührende magnetische Fluß radial ins Werkstück (1, 2) eintritt, in diesem annähemd bis zur Schweißnahtebcne (5) axial verläuft und dort entweder durch ein axial entgegengesetzt gerichtetes, annähernd gleichgroßes, magnetisches Feld oder durch an jedem Spannelement (6,7) befestigte, annähernd in der Schweißnahtbahnebenc lie- jo gende. dem lohrförmigen Werkstückumfang annä-* hemd angepaßte und magr',tisch mit den den Spannelementen (6, 7) angewandten Enden (66. 7b) der Kerne verbundene wehere T'alschuhe (18) in radialer Richtung ablenkbar ist. J5

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (6</, 7a) der Spannelcmente als auswechselbare, der Größe oder/und der Form des festzuspannenden Werkstückes (1, 2) angepaßte Halbschalen (14,15) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Spannelemente (6, 7) durcri eine sie verbindende Führungseinrichtung (12, 16, 17) radial auseinander- und zusammenführbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Polschiihe (18) jeweils über einen vorkragenden Ansai/ (19) im den Spannelcmenten abgewandten Enden (bb, 7b) der Kerne unter Zwischenlage einer Isolationsschicht (21) lösbar befestigt sind.