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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung mehrschichtiger Rohre Die
Erfindung :betrifft ein Verfahren und-Vorrichtungen zum Widerstandsschweißen von
mehrschichtigem Rohr mittels eines Schweiß- oder Lotmetalls, das einen niedrigeren
Schmelzpunkt als ,das Grundmetall hat. Für ein solches Rohr kann beispielsweise
Stahl als Grundmetall und Kupfer, galvanisch aufgetragen, als Schweißmetall, als
Draht oder Pulver beigegeben, als Lotmetall verwendet werden. Statt dessen 'kann
jedoch mit gleichem Erfolge Messing als Grundmetall und Zinn oder eine der bekannten
Zinnlegierungen als Lotmetall benutzt werden. Das Verfahren eignet sich vorwiegend
für Rohre mit verhältnismäßig geringen Durchmessern, etwa 3 :bis 2o mm.
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Es ist bekannt, Elektro-Schweißmaschinen für ähnliche Zwecke wie den
vorliegenden zu verwenden; insbesondere ist bekannt, Rohr, das durch Längszusammernbiegen
von Bandstahl gewonnen wird, an d-en stumpf zusammenstoßenden Kanten durch daraufgesetzte
einzelne rollenförmige, im übrigen ortsfeste Elektroden, denen der Schweißstrom
zugeführt wird, :zu verschweißen, wobei an der Schweißstrecke durch seitlich angeordnete
Druckrollen für die Zusammenpressung der Naht-' kanten gesorgt wird. Es handelt
sich hierbei je nach Einordnung um Preßschwe ißung b-zw. Stumpf -schweißung, und
es findet zwischen den einzelnen Rollenelektroden eine stetige Steigerung der Schweißtemperatur
statt, die innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen liegt.
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Demgegenüber wird bei (der Herstellung mehrschichtiger Rohre, deren
Schichten aus einem oder mehreren Grundmetallen bestehen, die mit Hilfe des gleichen
oder verschiedener Bindemetalle verlötet
werden, und bei.denen
,das :herzustellende Rohr zur abschnittsweisen allmählichen Erwärmung auf die Schmelztemperaturdes
Bindemetalls mindestens .drei Elektroden durchläuft, in der Weise verfahren, daß
gemäß der Erfindung die Elektrodenabstände der paarweise angeordneten gegeneinander
firn Betriebe verschiebbaren und (das Rohr in bekannter Weise fast vollständig umschließenden
Elektrodenrollen so gewählt werden, .daß im ersten Abschnitt zwischen ,den ersten
beiden Elektroden eine Erwärmungdes Rohres ,bis annähernd auf die Schmelztemperatur
des Bindemetalls erfolgt; während im, anschließenden zweiten Abschnitt die Erwärmung
so durchgeführt wird, daß zwischen ,den beiden folgenden Elektroden eine ,die Schmelztemperatur
des Bindemetalls etwas übersteigende Temperatur erzielt wird. ' Eine solche Anordnung
stellt im Ergebnis eine Schmelzschweißung dar, die . sich auf die ganze Umfangsfläche
der zu verschweißenden Schichten bezieht; sie hat als Verfahren den Vorteil, daß
die Temperaturhöhe in den beiden Abschnitten der Schweißung so genau geregelt werden
kann, wie es zur Erzielung eines :guten Schweißergebnisses notwendig ist. Anderseits
ist zugleich die Möglichkeit gegeben, den besonderen Verhältnissen bei der Wahl
eines anderen Grund- oder Bindemetalls zu entsprechen. Die Regelungsmöglichkeit
der Temperatur innerhalb ,enger Grenzen gestattet außerdem, die Durchgangsgeschwindigkeit
des zu schweißenden Rohres durch ,die Schweißmaschine groß zu wählen, um einerseits
-sich den Betriebsverhältnissen der mit der Schweißmaschine kombinierten Walzmaschine
anpassen zu können, anderseits eine besonders wirtschaftliche Fertigung zu gewährleisten.
Die Zeichnungen veranschaulichen in vereinfachter Darstellungsart verschiedene Ausführungsformen
.des Erfindungsgegenstandes und .des ,damit gewonnenen Erzeugnisses.
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Abb. i zeigt die erste Ausführungsform in einer Seitenansicht, Ab!b.
2 die- elektrische Einrichtung dazu und eine Temperaturkurve, Abb. 3 eine zu Abb.
i gehörige Vorderansicht in vergrößertem Maßstabe, Abb. 4 eine Seitenansicht mit
Längsschnitt eines Einzelteiles, Abb. 5 (den dazugehörigen Querschnitt; Abb. 6 veranschaulicht
die zweite Ausführungsform durch eine Seitenansicht, Abb. 7 die dazugehörige elektrische
Einrichtung nebst Temperaturkurve, Abb. 8, 9 und io die Schaltung des elektrischen
Teiles von drei weiteren Ausführungsformen, A bb. i i eine Teilvorderansicht, zu,
den Abb. i und 6 gehörend, Abb. 12 bis 15 vier Querschnitte in stark vergrößertem
Maßstab von Beispielen der Rohrkonstruktion.
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Der Erfindungsgegenstand wind in enger Verbindung finit einer Walzmaschine
benutzt, in der das zu fertigende Rohr aus einem Metallstreifen zusammengebogen
wird. Solche Walzmaschinen sind allgemein bekannt, und es ist hier lediglich von
Wichtigkeit, daß ,das aus derselben kommende Rohr mit iderselben Geschwindigkeit
in die Elektro-Schweißmaschine eintritt, so daß der Fertigungsvorgang, sowohl was
den mechanischen Teil als auch den Schweißvorgang anbelangt, ununterbrochen verläuft.
Dies .bringt aus klarliegenden Gründen große Vorteile mit sich. Das mechanisch fertiggewalzte
Rohr i gelangt von der Rollmaschine (in der Abb. i nur durch das letzte Walzenpaar
2 schematisch angedeutet) in (der Pfeilrichtung zwischen die beiden Metallrollen
3 und 4, die als einer der Pole bzw. Elektroden des Schweißstromes dienen und ihre
Drehbewegung von dem durchlaufenden Rohr i erhalten. Das Rollenpaar 3, 4 ist auswechselbar
und jeweils mit einem Kaliber versehen, das mit dem gerade zu fertigenden Rohrdurchmesser
übereinstimmt, zweckmäßig jedoch ein wenig kleiner ist. Die eine der Rollen ist
ortsfest gelagert, die andere nachgiebig, indem sie drehbar an einem Hebel angebracht
ist, der unter Federzug steht. An beide Rollen 3 und 4 ist mittels der Leitung 5
der eine Pol des sekundären Stromkreises eines Transformators 6 angelegt. Die Lager
der Rollen 3 und 4 sind auf einem Schlitten 7 angebracht, der in später zu erläuternder
Weise parallel zum durchlaufenden Rohr verstellt werden (kann. In einem gewissen
veränderbaren Abstand von -der Elektrode 3, 4 ist in der Richtung der geometrischen
Rohrachse eine zweite Elektrode angeordnet, die aus einer unteren größeren Metallrolle
8 und einer darüber angeordneten kleinen Rolle 9, etwa aus Graphit; besteht, Die
übrigen Gestaltungs- und Lagerungsbedingungen beider Rollen 8 und 9 sind dieselben
wie bei ,den Rollen 3 und 4. Der Stromanschluß dagegen geschieht an die untere Rolle
8 mittels der Leitung io vom anderen Pol des sekundären Stromkreises eines: Transformators
6. Außerdem ist die Elektrode 8, 9 von einem Gehäuse i i gasdicht umschlossen, und
dies kann ebenso wie der Schlitten 7 längs der Rohrförderrichtung verschoben werden.
Abermals in einem gewissen durch die Größe der Widerstandsstrecke bestimmten mittleren
Abstande von der Elektrode 8, 9 ist eine dritte Elektrode 12, 13 angeordnet,
die in ihrer Gesamtgestaltung der vorhergenannten Elektrode entspricht, mit Ausnahme
des Stromanschlusses, der hier durch die Leitung 5 an den gleichen Pol des sekundären
Stromkreises des Transformators 6 wie -bei der Elektrode 3, 4 erfolgt, und ferner
der Anordnungsweise des Gehäuses, die eine ortsfeste auf dem Untergestell der Maschine
ist. In unmittelbarer- Nachbarschaft des 'Gehäuses 14 ist eine aus zwei Rollenpaaren
15 bestehende Fördervorrichtung für das Röhr i fest angebracht, .die ebenfalls von
einem Gehäuse 16 gasdicht umschlossen wird. Am Ende der Maschine ist noch ,ein Kühler
17 angeordnet, der am Anfang und Ende mit Zu- und Abfluß für die Kühlflüssigkeit
versehen ist. Die Elektroden 3, ,4; 8, 9; 12, 13; die Förderrollen 16 und
der Kühler 17 sind so hintereinander angebracht, ,daß das Rohr i in gerader
Richtung,
wie es sie Walzmaschine 2 verläßt, durchlaufen kann. Zum Abschluß des Rohres i gegen
.die Außenluft währenddes Schweißvorganges sind zwischen den einzelnen Elektroden
und weiter zur Fördervorrichtung 16 und zum Kühler 17 Verbindungsrohre 18 angebracht,
die, soweit auf Verschiebbarkeitder genannten Vorrichtung zu achten ist, sich über
entsprechend engere Rohre i9 nach Art eines Teleskops schieben können. Für den Eintritt
von Schutzgas ist der Stutzen 2o zwischen den Gehäusen 14 und 16 auf -dem Rohr 18
vorgesehen. Von dort kann sich das Schutzgas sowohl in den Rohren 18 und i9 als
auch in den Gehäusen 11, 14 und 16 und im Kühler 17 verbreiten, um an den Austrittsmündungen
abzubrennen. Die Verstellung der Elektroden 3, 4 und 8, 9 in der Richtung der geometrischen
Rohrachse geschieht mittels einer Schraubenspindel 21, die durch Kurbel- und Kegelradgetriebe
22 angetrieben wird und ihre Drehbewegung durch die Spindelschlösser 23 und 24 als
Axialbewegung auf das Elektrodengehäuse i i bzw. den Schlitten 7 überträgt. Das
Spindelschloß 24 (s..Abb. 3) hat eine zweifache Wirkung und ist deshalb umfangreicher
ausgestaltet. Die in die Schraubenspindel 21 greifende Bewegungsmutter 24 bildet
die :gegen axiale Verschiebung gesicherte Nabe eines am Schlitten 7 angeordneten
Stirnrades 25, das mittels eines Zwischenrades 26 und eines :dritten Stirnrades
.durch die auf dessen Achse sitzende Handkurbel 27 gedreht werden kann. Der Antrieb
(der Elektrodenrolle 8 und 12 geschieht mittels Riemengetriebe von einem Motor 28
aus, dessen Umlauf zunächst auf eine Zwischenwelle 29 übertragen wird. Von hier
geht die Bewegung mittels Riemengetriebe 31 auf die Elektrodenrolle 8, dann auf
die Ele'ktrodenrolle i2 und zuletzt auf eine Spannrolle 30 über, die durch
G°-wichtszug 32 im belasteten Zustande erhalten wird. Auf diese Weise bleibt der
Riemen 31 bei Verschiebung des EIektrodengehäuses i i stets gespannt. Der Antrieb
der Förderwalzen 15 geschieht gesondert vom Antriebsmotor 28 aus durch Riemen oder
Kette 33. In den Elektrodengehäusen i i und 14 und im Gehäuse 16 der Fördervorrichtung
sind Schaulöcher zur Beobachtung der betreffenden Arbeitsvorgänge angebracht; ferner
ist auf den beiden zuerst genannten Gehäusen je eine durch Druckhebel festgehaltene
dünne Platte 34 (s. Abb. 5), z. B. aus Glimmer, als Sicherheitsverschluß angebracht.
In dieser Weise ist, falls im Innern :der . Gehäuse i i, 14, 16 eine Schutzgasexplosion
eintritt, für .die entstehenden Verbrennungsgase ein Auslaß vorhanden, so :daß keine
Zerstörungen größeren Umfanges an sonstigen Maschinenteilen und keine Gefährdung
von Personen stattfinden kann.
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Bezüglich der Arbeitsweise ist vorweg festzustellen, daß durch den
Erfindungsgegenstand Rohr von verschiedenen Qnerschnittskonstruktionen verarbeitet
werden kann, wobei es sich jedoch immer um zwei oder mehrere Schichten und zwei
oder auch mehrere Metalle bzw. Legierungen handelt. Beispiele solcher Querschnittsformen
des Rohres sind aus den'Ab:b.12 bis 15 ersichtlich. Danach kann das Rohr aus zwei
Schichten bestehen, von denen jede aus einem besonderen Metallstreifen zusammengebogen
ist (Abb. i2, 14 und 15). Das Rohr kann aber auch aus nur einem Metallstreifen doppelt
zusammengebogen werden, wobei eine Ouerschnittsform nach Abb. 13 entsteht. Alle
diese O_uerschnittsformen sind bereits bekannt und bieten an sich nichts Neues.
Auch die Art der Kombination aus .zwei Metallen, einem die Hauptmasse bildenden
Grundmetall und einem vorzugsweise in dünner Schicht verwendeten Schweiß- oder Bindemetall
ist in vielen Abwandlungen bereits bekannt. Dasselbe ist für die Aufbringung des
Sehweißmetalls auf das Grundmetall der Fall. Dies kann z. B. vordem Schweißen in
Form eines galvanischen Niederschlages geschehen, namentlich wenn es sich um die
Erzeugung dünner und in der Stärke gleichmäßiger Überzüge von !kostspieligerem Metall
handelt. Als Beispiel hierfür ist das überziehen eines Stahlrohres mit Kupfer anzuführen.
Statt des galvanischen Niederschlages, der bei den Rohrbeispielen nach Abb. 12 und
13 vorausgesetzt ist, kann das Schweißmetall in Gestalt eines schmalen Streifens
35 (Abb. 14) angewendet werden, der an einer passenden Stelle zwischen den beiden
Rohrschichten eingewalzt wird und sich beim Schweißen in flüssigem Zustande über
die ganzen Schichtfugen verbreitet. Das Schweißmetall kann ferner in Form eines
Drahtes (Abb. 15) oder selbst in Pulver- oder Spanform benutzt werden, weil sich
daraus für Sonderfälle Vorteile ergeben können. Alle diese Beispiele sind' ebenfalls
bekannt.
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Da. die thermischeArbeitdes eldktrischen Stromes von der Masse des
zu schweißenden, die Widerstandsstrecke bildenden Rohres i, von dessen Durchgangsgeschwindigkeit,
von der Leitfähigkeit namentlich des jeweils verwendeten Grundmetalls und vom Schmelzpunkt
des jeweiligen Schweißmetalls ferner von unvermeidbaren Wärmeverlusten abhängt,
ist es einleuchtend, daß mit Rücksicht auf die Verschiedenartigkeit dieser Faktoren
die Regelungsfähigkeit beim Erfindungsgegenstand in weiten Grenzen liegen muß.
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Im Betrieb der Maschine wird das Rohr i, das die Walzmaschine, aus
deren letztem Walzenpaar :2 austretend, verläßt, mit der Walzgeschwindigkeit in
die Schweißmaschine eingeführt und gelangt durch das erste El.ektrodenpaar 3, 4
-in das Führungsrohr 18 und damit in ,den etwa vorhandenen Schutzgasbereich, der
es bei hohen Schweißtemperaturen vor Oxydation der Rohroberfläche schützt. Sodann
kommt das Rohr i zwischen das Rollenpaar 8, 9; somit wird eine Widerstandsstrecke
im Rohr i zwischen der ersten und zweiten Elektrode gebildet, wobei sich,die Rohrtemperatur
in :der aus Abb. 2, unten, ersichtlichen Weise längs der Widerstandsstrecke entwickelt.
Entspricht diese Entwicklung nicht den Erfordernissen des Einzelfalles, so kann
durch Drehung .der Kurbel 27 eine Verschiebung des Schlittens 7 und :damit
eine Änderung, der Widerstandsstrecke gegebenenfalls während des Betriebes bewirkt
werden. Beim Weiterlauf des Rohres i wird die dritte Elektrode 12, 13
erreicht,
und nun wird auch nach dieser Seite hin gemäß Abb.2, oben, eine Widerstandsstrecke
gebildet, da ,die dritte mit der ersten Elektrode parallel geschaltet ist. Es verteilt
sich also der Strom von der mittleren Elektrode gleichmäßig zur ersten und dritten
Elektrode, so daß zwischen diesen Außenelektroden kein Spannungsunterschied entsteht
und damit von einer Isolierung gegen ,das Maschinenuntergestell abgesehen werden
kann. Der Temperaturverlauf in der Widerstandsstrecke zwischen der mittleren und
dritten Elektrode gemäß Abb. z, unten, zeigt die Unveränderlichkeit auf einer Höhe
etwas über dem Schmelzpunkt des Schweißmetalls.
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Der Zweck der erfindungsgemäßen Anordnung ist im ersten Teil der Widerstandsstrecke
die Regelung der Temperaturanlaufverhältnisse, im zweiten Teil .dagegen eine möglichst
genaue Einhaltung der erfahrungsgemäß richtigen Schweißtemperatur.
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Sind beim zweiten Abschnitt der Schweißstrecke Änderungen der Temperatur-
und Zeitverhältnisse notwendig, so kann durch Verschiebung der ersten und zweiten
Elektrode gegen die dritte mittels des Getriebes 2i und 24 und damit durch Änderung
des zweiten Teiles der Widerstandsstrecke ein Ausgleich in beliebigem Maße .geschaffen
werden. Hierbei schieben sich die teleskopartig ineinandergesteckten Führungsrohre
18 und i9 @in- oder auseinander. Es ist mit Odem Erfindungsgegenstand also eine
Beherrschung der beim Schweißen erforderlichen Temperaturverhältnisse in solchem
Umfange möglich, daß nicht allein idie einer bestimmten Metallkombination thermischen
Verhältnisse in befriedigender Weise und ohne langwierige Versuche eingestellt werden
können, sondern auch in ebensolcher Weise die Einstellung der Maschine auf verschiedene
und zum Teil weit aus-einanderliegen#de Metallkombinationen vorgenommen werden kann.
Obzwar das Rohr i von der Walzmaschine her vorgeschoben wind, ist es, um seine in
der Schweißzone empfindliche Beschaffenheit zu schonen, notwendig, am Ende der Schweißmaschine
eine besondere, ziehend wirkende Förderung stattfinden zu lassen. Zugleich besteht
.dabei ,die Möglichkeit, durch etwas schnelleren Lauf -der Elektrodenrollen 8 und
12, als es der Fördergeschwindigkeit .des Rohres i entspricht, eine reibende Tätigkeit
der Rollen auf der Rohroberfläche auszuüben. Dies und der Umstand, .daß das Kaliber
der Elektrodenrollen etwas kleiner gehalten ist, als es dem äußeren Durchmesser
des Rohres i entspricht, trägt zur Dichthaltung der Rohrschichten ,gegeneinander
während .des Schweißvorganges bei: .
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Eine zweite Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes besteht nach
Abb.6 (darin, daß die mittlere Elektrode durch zwei .dicht nebeneinander in einem
Gehäuse i i und auf einem Schlitten angeordnete Elektroden ersetzt ist. Die elektrische
Schaltung ist aus Abb. 7, oben, ersichtlich und'die thermische Wirkung aus derselben
Abbildung, unten. Es findet danach zwischen den "beiden mittleren Elektroden ein
kurz dauernder Temperatursturz statt, der in gewissen Fällen Vorteile beim Schweißen
bietet.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 8, die eine Abänderung der Ausführungsform
nach Abb.6 und 7 bildet, ist für jeden der beiden Abschnitte der Widerstandsstrecke
ein besonderer Transformator vorgesehen, so daß eine unabhängige Regelung stattfinden
kann. Eine solche erhöhte Regelbarkeit hat natürlich grundsätzliche Vorteile, denen
jedoch der Nachteil gegenübersteht, daß zwischen den Außenelektroden ein Spannungsunterschied
auftreten kann, so .daß die Isolierung @derselben gegen das Maschinenuntergestell,
bei 36 gezeigt, nötig ist. Der für diese Ausführungsform gültige Temperaturverlauf
ist aus der Abb. 8, unten, ersichtlich.
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Eine weitere Ausführungsform gemäß Abb.9 entspricht grundsätzlich
der vorigen, bezieht sich aber auf die erste Ausführungsform der Maschine nach Abb.
i und 2, wobei nur eine mittlere Elektrode verwendet wird. Die Wirkung dieser Anordnung
ist im übrigen aus ,dem über die vorige Ausführungsform Gesagten ohne weiteres zu
erkennen, und es ist deshalb auch keine besondere Temperaturkurve beigefügt.
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,Die letzte Ausführungsform, durch Abb. io dargestellt, entspricht
größtenteils der vorigen, enthält jedoch auf der einen Seite nur ein-en gemeinsamen
Transformator und eine Magnetringspule37, die das zu schweißende Rohr i umgibt und
die Stromdichte in diesem Abschnitt der Widerstandsstrecke zu regeln gestattet.