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Verfahren und Vorrichtung zum Zusammenschweissen von zwei
Metallteilen mit einer überlappten Schweissnaht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenschweissen der gegenüberliegenden Ränder von zwei Metallteilen entlang einer kontinuierlich durchgehenden Schweissnaht, z. B. bei einem Rohr oder bei zwei andern Metallstreifen. Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist insbesondere für das Zusammenschweissen von plattiertem Metall bestimmt.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, bei dem entlang der gewünschten Schweissnaht Hochfrequenzheizstrom derart und mit in solcher Weise angeordneten Teilen zugeführt wird, dass eine überlappte Schweissung gebildet wird und vorzugsweise eine überlappte Schweissung, die völlig abgeflacht ist und mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
Es sind bereits verschiedene Einrichtungen bekanntgeworden, um Rohre aus einem Blechstreifen zu schweissen, indem die zu verschweissenden Ränder durch Hochfrequenz-Induktionserhitzung erwärmt und sodann gegeneinander gepresst werden. So sind in diesem Zusammenhang beispielsweise Apparate vorgeschlagen worden, bei denen die zu verschweissenden, sich überlappenden Ränder des Blechstreifens auf einem innerhalb des Rohres befindlichen Dorn oder sonstigen Widerlager aufruhen und unterhalb der Schweissstelle ein elektrisch isolierendes Widerlager angeordnet ist.
Gemäss einem andern Vorschlag zum Zusammenschweissen der gegenüberliegenden Ränder eines rohr- förmig gestalteten Metallstreifens mittels Hochfrequenzstrom ist auch vorgeschlagen worden, die gegen- überliegendenRänder einen V-förmigen Spalt zwischen sich einschliessen zu lassen und sie bei Erreichung des Schweisspunktes miteinander in Berührung zu bringen. Der Schweisspunkt liegt dabei an der Spitze des Spaltes, und der Hochfrequenzheizstrom wird durch Elektroden zugeführt, die an den gegenüberliegenden Rändern des Spaltes so angeordnet sind, dass der Strom von den Elektroden entlang den Spalträndern zu dem Schweisspunkt und wieder zurückfliesst, wobei die Spalt-bzw. Schweissränder auf Schweisstemperatur erhitzt und dann stumpf zusammengeschweisst werden.
Wenn auch besonders dieses zuletzt angeführte Verfahren zum Stumpfschweissen von Rohren oder ändern Metallteilen gut geeignet ist, so treten doch beim Zusammenschweissen von dünnen Metallteilen
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genden Schweissränder verursachen eine unbefriedigende Schweissung, da lediglich diejenigen Teile der Schweissränder, die tatsächlich in gute Berührung miteinander gebracht werden, miteinander verschweisst werden, und in den Fällen, in denen beispielsweise einer der Schweissränder stärker gebogenist als der andere Schweissrand, eine unbestimmte und unregelmässige Schweissung entsteht, selbst wenn es gelingen würde, die gegenüberliegenden Ränder der dünnen und. biegsamen Metallbleche mit genügendem Anpressdruck gegeneinander zu pressen.
Es sind weiterhin Überlappungsschweissungen unter Anwendung von andernBeheizungsverfahren vorgeschlagen worden. Die Ergebnisse dieser Verfahren waren aber im allgemeinen unbefriedigend, unregelmässig und gering. Auch waren diese bereits vorgeschlagenen Verfahren nicht zum überlappten Schweissen von plattiertem Metall, z. B. verzinntem Stahlblech, geeignet, weil mit ihnen eine wirkliche Schwei- ssung des Metalles gegenüber den verzinnten Oberflächen nicht erreicht werden konnte und auch keine
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abgeflachte Überlappung hergestellt werden konnte, bei der störende und unerwünschte Überlappungen mit vorstehenden Rändern vermieden waren.
Durch die vorliegende Erfindung soll demgegenüber ein Verfahren geschaffen werden, bei dem dünne Metallteile, z. B. dünne Bleche, und insbesondere plattierte Metallteile, z. B. verzinntes Stahlblech, mit einer Überlappungsnaht und vorzugsweise mit einer völlig abgeflachten Überlappungsnaht mit grosser Arbeitsgeschwindigkeit miteinander verschweisst werden können. Die Arbeitsgeschwindigkeit liegt dabei um 100 % oder mehrere 100 % höher als die bisher bei Schweissungen dieser Art bekannte Arbeitsgeschwindigkeit. Z. B. haben Versuche in Verbindung mit der Anwendung der Erfindung ergeben, dass sich eine ausserordentlich befriedigende überlappte Schweissung bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von etwa 213 m/min oder mehr ergibt. Diese hohen Arbeitsgeschwindigkeiten liegen zweifellos wesentlich höher als die bisher z.
B. bei der erwähnten Hochfrequenzstumpfschweissung erreichten Arbeitsgeschwindigkeiten.
Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet, um z. B. Rohrformlinge aus dünnem verzinntem Metallblech, z. B. Stahlblech oder Blechen aus Aluminium oder Legierungen aus diesem zu schweissen.
Solche rohrförmige Metallstücke werden beispielsweise bei der Herstellung von Konservenbüchsenoder Büchsen für Flüssigkeiten oder andern Materialien benötigt, wie sie im Kleinhandel verkauft werden, und bei denen das Metallblech nur beispielsweise eine Stärke von etwa zehntausendstel Zoll oder weniger hat.
Bei der Anwendung der Erfindung ergeben sich geschweisste Erzeugnisse mit überraschenden und völlig neuen Charakteristiken. Zunächst kann dadurch, dass die miteinander zu verschweissenden Metallteile in Überlappungsberührung miteinander gebracht werden, die Hitze und der Druck so angewendet werden, dass die Schweissnaht im Querschnitt gesehen diagonal zwischen den gegenüberliegenden Flächen liegt, wobei jedoch die Schweissung eine solche Qualität hat, dass die genaue Lage der Schweissnaht bei einem geätzten Querschnitt im Schweissbereich und auch bei hoher Vergrösserung nicht festgestellt werden kann.
Dabei kann das Metall im Schweissbereich so abgeflacht werden, dass es im wesentlichen die gleiche Dicke hat wie eine einzige Lage des Metallbleches. Auch in Fällen, in denen die Schweissung bei plattiertem Metall, z. B. verzinntem Stahlblech od. dgl. hergestellt wird, ist die diagonale Linie, in der die Schweissung stattgefunden hat, innerhalb der inneren Teile des Schweissbereiches nicht feststellbar. Dabei ist das den Überzug bildende Zinn im wesentlichen abgesondert, so dass Stahl mit Stahl verschweisst ist.
Bei dem Verschweissen von plattiertem Meta11 erscheint dagegen an denEnden der im Querschnitt diagonal verlaufenden Schweissnaht an der oberen und unteren Fläche des Metallbleches jeweils eine kleine Anhäufung von verdrängtem Zinn oder anderem Überzugsmaterial, wobei diese kleinen Anhäufungen im Querschnitt als kleine oberflächliche Mulden im Metall erscheinen, von denen eine Oberfläche jeweils mit dem sonstigen Teil der Fläche des Metallbleches bündig liegt. Diese Mulden gewährleisten, dass die Schweissnaht sowie die ändern Teile des Metallbleches plattiert bleiben, ohne dass die Plattierung infolge der Schweissung unterbrochen wird.
Sie gewährleisten ferner, dass weder an der oberen noch an der unteren Fläche des Metallbleches Risse oder Spalten entlang der Schweissnaht verbleiben, und dass die verschweissten Ränder gegen Korrosion geschützt sind.
Gemäss der Erfindung werden die miteinander zu verschweissenden Metallteile, die vorzugsweise kontinuierlich in ihrer Längsrichtung vorwärts bewegt werden, z. B. die gegenüberliegenden Spaltränder eines längs verlaufenden Spaltes eines rohen Formlings, in eine derartige, sich schwach überlappende Lage gebracht, dass sie sich an einem Schweisspunkt treffen. Die sich überlappenden Ränder werden dann durch Anordnung von Elektroden an ihnen erhitzt, die jeweils in einem bestimmten kurzen Abstand vor dem Schweisspunkt angebracht werden und mit einer Hochfrequenzstromquelle verbunden sind. Der Hochfrequenzstrom fliesst dann von diesen Elektroden jeweils an Bereichen der sich überlappenden Ränder entlang bis zum Schweisspunkt.
(Die Stelle, an der die Schweissung stattfindet, ist hier als "Schweisspunkt" bezeichnet, tatsächlich findet aber die Schweissung entlang einer kurzen Linie statt, die im rechten Winkel zu den erhitzten Schichten verläuft. ) Die Elektrode, die an dem unteren Teil der Überlappung angewendet wird, kann in geringem Abstand von dem Rand dieses Metallteiles angeordnet sein, so dass sie denRand des oben liegenden überlappenden Metallteiles nicht beeinträchtigt. Die Elektrode für den oben liegenden überlappenden Teil kann vorzugsweise an der oberen Fläche dieses Teiles angeordnet sein, trotzdem geht aber der Hochfrequenzstrom von dort um den Rand herum zu der Unterseite und wird entlang der unteren Fläche des oben liegenden überlappenden Randes konzentriert, um diese Flächen zu erhitzen.
Der Strom von der Elektrode an dem unten liegenden Metallteil geht ebenso an einem Streifen an der oberen Fläche des unten liegenden Metallteiles entlang bis zum Schweisspunkt. Der Strom wird dabei gezwungen, in dichter Konzentration entlang diesen Schichten an den gegenüberliegenden, sich nähernden Flachen der Metallteile zu fliessen. Dabei werden diese Schichten in einer im wesentlichen der Breite der
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Überlappung entsprechenden Breite auf Schweisstemperatur erhitzt ; dies ist auf die gegenseitige Induktionswirkung der Ströme an der oberen und unteren gegenüberliegenden Fläche zurückzuführen, die mehr und mehr konzentriert und auf die tatsächlichen Oberflächen der Spaltränder beschränkt wird, je näher diese sich kommen.
Hiedurch wird erreicht, dass bei der vorerwähnten hohen Arbeitsgeschwindigkeit der Schweissung, die untere Fläche des in der Überlappung unten liegenden Metallteiles und die obere Fläche des oben liegendenMetallteiles auf einer unter derSchweisstemperatur liegenden Temperatur und somit in festem Zustand gehalten werden, jedoch in einem solchen Zustand, dass das Metall zum Abflachen der Überlappung zusammengeschmiedet werden kann, obgleich die gegenüberliegenden Flächen der Überlappungsränder, die auf Schweisstemperatur erhitzt werden, nur wenige tausendstel eines Zolles von den fest bleibenden Flächen der Überlappungsränder entfernt werden.
Dies ermöglicht gemäss der Erfindung, unmittelbar über dem Schweisspunkt und unmittelbar unter dem Schweisspunkt je eine Druckrolle anzuordnen, ohne das Metallblech an den Stellen, an denen die Druckrollen angreifen, zu beschädigen, zu verformen oder sonstwie zu beeinträchtigen. Durch die Anordnung dieser Rollen oder sonstiger druckaufnehmender bzw. druckausübender Teile wird erreicht, dass die sich überlappenden Flächen fest gegeneinander gepresst und gegebenenfalls auf das Dickenmass des einfachen Metallbleches abgeflacht werden können, wodurch eine sehr gute Schweissung gebildet wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass das Metall an der Schweissnaht Ausbauchungen oder sonstige Abweichungen aufweist, die eine unregelmässige Schwei- ssung bewirken könnten.
Die genannten Faktoren machen es in ihrer Zusammenwirkung möglich, dass die überraschend hohen Schweissgeschwindigkeiten erreicht werden können, wie sie oben erwähnt sind. Diese noch nie erreichten hohen Arbeitsgeschwindigkeiten sind für die praktische Anwendung der Erfindung von wesentlicher Bedeutung, da sonst die Hitze von den miteinander in Schweissberührung zu bringenden Oberflächenschichten infolge der Wärmeleitfähigkeit des Metalles eine Erhitzung und übermässige Erweichung der Metallflächen bewirken würde, an denen die Druckrollen angreifen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen : Fig. 1 eine schematische schaubildliche Ansicht einer Vorrichtung zur
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die Vorrichtung nach Fig. 1 ; Fig. 3 eine schaubildliche Teilansicht, in der die Wege bzw. Schichten dargestellt sind, in denen der Heizstrom gemäss der Erfindung fliesst ; Fig. 4 einen Teilquerschnitt entsprechend der Linie 4-4 der Fig. 3 ; Fig. 5 in einer der Fig. 1 entsprechenden schematischen Darstellung eine Anwendungsform der Erfindung zum Schweissen von Metallteilen, die zur Bildung eines andern Gegenstandes als einRohr dienen, wobei hier bestimmte zusätzliche Merkmale dargestellt sind ;
Fig. 6 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5 ; Fig. 7 einen sesitrschien Schnitt, der die Anordnung bestimmter Spreizmittel zeigt, die z. B. in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Fig. 1 - 6 angewendet werden können, um die gegenseitige Lage der sich überlappenden Ränder an bestimmten Stellen vor dem Schweisspunkt zu regeln, und Fig. 8 eine mikrophotographische Aufnahme eines geätzten Querschnittes im Schweissbereich einer Schweissung, die gemäss der Erfindung hergestellt ist. (Die dunklen Schichten entlang den Rändern dieser Figur liegen im Hintergrund.)
In Fig. 1 ist ein Rohrstück 10 dargestellt, das in Richtung des eingezeichneten Pfeiles z.
B. durch die Walzen 11 oder andere nicht dargestellte Walzen oder sonstige Vorrichtungen bekannter Art gegenüber der Schweissvorrichtung vorwärtsbewegt wird. Wie es bei Rohrwalzen od. dgl. bekannt ist, können solche Walzen an verschiedenen Stellen vor der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung angeordnet sein, durch die ein Rohrformling gebildet wird, der im oberen Teil einen in Fig. 1 mit 12 bezeichneten Spalt besitzt, dessen gegenüberliegende Spaltränder hier mit 13 und 14 bezeichnet sind. Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird der Rohrformling mit einer Geschwindigkeit von vorzugsweise 90 - 213 m in der Minute oder auch mit einer grösseren Geschwindigkeit, z. B. mit einer Geschwindigkeit von 300 bis 600 m in der Minute, vorwärts bewegt.
Im allgemeinen wird die obere Grenze der Schweiss- bzw. Arbeitsgeschwindigkeit durch die obere Geschwindigkeitsgrenze bestimmt, mit der der geschweisste Gegenstand weggenommen und in einzelne Stücke geschnitten werden kann. Dieses Arbeitstempo wird im allgemeinen massgebender sein als die Geschwindigkeit, mit der die Schweissung selbst durchgeführt werden kann.
Gemäss der Erfindung ist die Vorschubvorrichtung so bemessen und ausgebildet, dass die Ränder 13, 14 des Spaltes 12 in einer bestimmten Lage übereinander zur Überlappung kommen, wie es in dem Querschnitt nach Fig. 4 dargestellt ist. Bei der Vorschubbewegung verringert sich die Weite des Spaltes 12 vor dem "Schweisspunkt", der in Fig. 3 mit W bezeichnet ist, sehr rasch.
Kurz vor dem Schweisspunkt W sind an beliebigen, nicht dargestellten Haltemitteln zwei flüssigkeit-
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gekühlte Kontaktglieder oder Elektroden 15, 16 so angeordnet, dass sie in Gleitberührung mit den mit- einander zu verschweissenden Metallteilen stehen. Diese Elektroden 15, 16 sind jeweils an die Klemmen einer Hochfrequenzstromquelle angeschlossen und können die gleiche Ausbildung aufweisen wie die Kontaktglieder oder Elektroden des oben erwähnten, bereits vorgeschlagenen Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung. Wie bei diesem Verfahren kann die Hochfrequenzstromquelle einen Strom mit der Frequenz in der Grössenordnung von etwa 100 Kilohertz oder vorzugsweise mehr liefern z. B. mit einer Frequenz von 300 bis 500 Kilohertz.
Der solche Frequenzen aufweisende Strom folgt Wegen in Form von Schichten, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Die Elektrode 15 ist, wie dargestellt, so angeordnet, dass sie die obere Fläche des überlappenden Teiles berührt, wobei die Elektrode gegebenenfalls etwas hinter der tatsächlichen Kante 13 dieses Teiles angeordnet sein kann. Obgleich die Elektrode 15 die obere Fläche des überlappenden Teiles berührt, folgt der Stromfluss zu und von der Elektrode weg einem Weg an der Oberfläche des Metalles in Form eines Streifens, der sich nach dem Rand 13 in und über diesen weg, wie bei 17 eingezeichnet, erstreckt und dann um den Rand 13 herum an die Unterseite des überlappenden Teiles läuft, so dass ein erhitzter Streifen des Heizstromes an der Unterfläche des überlappenden Teiles entsteht, wie er bei 18 eingezeichnet ist.
Die Elektrode bzw. das Kontaktglied 16 kann so angeordnet sein, dass es die obere Fläche des unten liegenden Metallteiles berührt, wobei das Kontaktglied ebenfalls vorzugsweise etwas hinter dem Rand 14 angeordnet ist, so dass es nicht mit dem oberen Randteil 13 in Berührung kommen kann. Der Stromfluss zu und von der Elektrode 16 verläuft unmittelbar von der Elektrode über einenHeizstreifen 19 zu einem Streifen 20 an der oberen Fläche dieses unten liegendenMetallteiles.
Infolge der starken gegenseitigenInduktionswirkung zwischen den Heizstromstreifen 18 und 20 und infolge der vorerwähnten hohen Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Vorschubgeschwindigkeit und der damit verbundenen nur kurzfristigen Anwendung des Heizstromes wird die Erwärmung auf die sich nähernden Streifenflächen beschränkt und konzentriert, so dass diese auf die tatsächliche Schweisstemperatur nur in einer Tiefe von etwa 0,025 mm oder möglicherweise noch weniger erhitzt werden. Auf diese Weise werden die andern Metallteile, d. h. die Unterfläche des unten liegenden Metallteiles und die obere Fläche des oben liegenden überlappenden Metallteiles mit Sicherheit gegen Erweichung geschützt.
Demgemäss ist es ohne Beschädigung oder sonstige Beeinträchtigung der Metallflächen möglich, innerhalb des Rohres unmittelbar unter dem Schweisspunkt W Stützmittel, z. B. eine Metallrolle 21, anzuordnen, gegen die der überlappende Metallteil z. B. durch eine obere Druckrolle oder sonstige Anpressmittel 22 fest angepresst werden kann, die unmittelbar über dem Schweisspunkt W angeordnet sind. Die Druckrolle 22 oder das entsprechende Anpressmittel kann durch Feder- oder Gewichtslcraft angepresst werden, die in der Richtung des bei 23 eingezeichneten Pfeiles zur Wirkung kommt.
Auf diese Weise werden die Druckrollen 21,22 od. dgl. jeweils unmittelbare ex und über dem Schweiss punkt gegeneinandergepresst, so dass, obwohl die miteinander zu verschweissenden Metallteile sehr dünn sind, keine Möglichkeit besteht, dass die sich überlappendenMetallteile keinen Druck erhalten oder vibrieren und ihre Lage in einer solchen Weise än- dern können, dass eine unregelmässige Schweissung entsteht. Obwohl auf diese Weise die zur Durchführung der Schweissung erweichten Ränder der Metallteile zwischen den Druckrollen liegen, kommen sie zu keinem Zeitpunkt mit diesen Druckrollen in Berührung, da die Druckrollen lediglich diejenigen Flächen der Metallteile berühren, die unter der Schweisstemperatur bleiben.
Es kann daher ein derart starker und gleichmässiger Anpressdruck ausgeübt werden, dass eine ausgezeichnete Schweissung mit einer sehr guten Verschmiedung der beiden Metallteile entsteht.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass es zweckmässig ist, wenn der Streifen 18 in der Zeit bis er den Schweisspunkt erreicht, auf dieselbe Schweisstemperatur wie der erhitzte Streifen 20 erhitzt wird. Da jedoch der Stromweg für den Streifen 18 zunächst bei 17 über die Kante des Randes 13 verläuft, ist der Stromweg für diesen Streifen etwas grösser. Um aber zu gewährleisten, dass der Streifen 18 auf dieselbe Temperatur erhitzt wie der Streifen 20, wird die Elektrode 16 vorzugsweise etwas näher an dem Schweisspunkt W angeordnet als die Elektrode 15.
Die erhitzten Flächenstreifen 18 und 20 sind in Fig. 4 im Querschnitt durch Anwendung von etwas stärker ausgezogenen Linien dargestellt. Zwischen diesen beidenStreifen entsteht naturgemäss ein elektromagnetisches Feld. Infolge der kräftigen gegenseitigen Induktionswirkung zwischen diesen beiden Streifen und infolge des Umstandes, dass das elektromagnetische Feld konzentriert und weitestgehend in dem Raum zwischen diesen beiden Streifen beschränkt wird, kann die Erhitzung der Oberflächenteile auf Schweisstemperatur im wesentlichen gerade auf die Flächenteile begrenzt werden, die sich überlappen.
Auf diese Weise werden die überlappten Teile trotz Änderungen, die in der Überlappung vorgenommen werden können, restlos miteinander verschweisst, ohne dass etwa unverschweisste Randteile oder Spalten an der Innen- oder Aussenwandung des Rohres verbleiben. Demgegenüber wurde bei der bisherigen An-
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wendung von Niederfrequenzstrom zum Erhitzen des Metalles für das Schweissen oder von Gleichstrom oder gewöhnlichem Wechselstrom der Strom über den gesamten Überlappungsbereich verteilt, so dass das Metall im gesamten Überlappungsbereich erweicht wurde und nur eine langsame unsichere und unregelmässige Schweissung erreicht werden konnte, die im Gegensatz zu der vorbeschriebenen Anwendung von
Hochfrequenzstrom nicht auf die sich überlappenden Flächen beschränkt war.
Zur Lagerung der inneren Druckmittel, d. h. der Druckrolle 21 können-innerhalb des Rohres geeignete Isolierende Lagermittel 30 fest angeordnet sein, die sich mittels Rollen 31 auf der Innenfläche des Rohres 10 abstützen. Diese Lagermittel werden durch einen Schaft 32 in ihrer Stellung gehalten, der an einer vor der Zusammenführung der Spaltränder gelegenen Stelle verankert ist. Nach der Zeichnung ist die Stützrolle 21 vorzugsweise unmittelbar unter dem Schweisspunkt W angeordnet, sie kann jedoch ge- gebenenfallsauchetwas vor dem Schweisspunkt derart angeordnet sein, dass sie die untere Fläche des unten liegenden Metallteiles in einer bestimmten Höhe zu der oberen Druckrolle 22 hält.
Damit bei der Durchführung der Schweissung der Verlust an Heizstrom durch Abfliessen desselben in der Umfangsrichtung des Rohres auf ein Geringstmass zurückgeführt wird, können in dem festen Rollenlager 30 Kernelemente 33,33' angeordnet sein, durch welche die Induktanz der Stromwege in der Umfangsrichtung des Rohrmaterials gesteigert wird. Diese Kernmittel können, wie bei dem bereits vorgeschlagenen Verfahren bzw. der entsprechenden Vorrichtungen bestimmter Anzahl angeordnet sein, und aus gesintertem magnetischem Oxyd bestehen, einem Isoliermaterial, das einen niedrigen Verlustfaktor sowie einen hohen spezifischen Widerstand hat. Beispielsweise kann das unter der Handelsbezeichnung "Ferramic"bekannte Material der General Ceramic und Steatite Corporation verwendet werden.
Im Hinblick auf die grossen Verluste, die sonst bei der Anwesenheit des oben erwähnten Hochfrequenzfeldes entstehen würden, soll das Kernmaterial derart sein, dass in ihm Wirbelstromverluste verringert werden, während die Permeabilität des Materiales wesentlich grösser als 1 sein soll. Damit das Überhitzen dieser Kernmittel verhindert wird, kann in dem festen Rollenlager 30 an ihnen eine Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, zirkulieren, das durch die Rohre 35 und 36 zu- und abgeführt wird.
Die Vorteile der Erfindung sind in erster Linie bedeutend für die Durchführung von Überlappungsschweissungen bei Material, das nur einige tausendstel Zoll dick ist und z. B. eine Dicke in der Grössenordnung von zehntausendstel Zoll haben kann. In vielen Fällen ist aber die Erfindung auch für das Zusammenschweissen von dickerem Metall gut geeignet.
Zum Schweissen von z. B. aus dünnen Stahlblechen bestehenden Rohrformlingen, wie sie für die Herstellung von Büchsen aus Metallblech mit einer Wanddicke von beispielsweise etwa 0,075 mm bis etwa 0, 42 mm benötigt werden, kann das zu dem Rohrformling geformte Material so vorwärtsbewegt werden, dass die Ränder des Metalles sich an dem Schweisspunkt etwa um 0, 42 mm bis etwa 0,50 mm überlappen. Das Kontaktglied 16, das den unten liegenden Metallteil berührt, kann dabei so angeordnet sein, dass sein dem Schweisspunkt W zugekehrter Rand von dem Schweisspunkt etwa 25 mm entfernt ist. Dieses Kontaktglied kann dabei z. B. 3 mm hinter der Kante 14 des unten liegenden Metallteiles angeordnet sein.
Das andere Kontaktglied 15 kann an oder dicht an dem Rand 13 des oben liegenden Überlappungsmetalles in einem etwas weiteren Abstand von dem Schweisspunkt als das Kontaktglied 16 angeordnet sein, z. B.
26, 5 mm vor dem Schweisspunkt. Die sich überlappenden Metallteile können in einem solchen Winkel zusammengebracht werden, dass in einer Entfernung von 48 mm vor dem Schweisspunkt W die gegenüberliegenden Flächen der sich überlappenden Bereiche etwa 6 mm auseinanderliegen. Bei dieser Anordnung bzw. Ausbildung kann Hochfrequenzstrom mit einer Frequenz von z. B. 400 Kilohertz den Kontaktgliedern zugeleitet werden, wobei ein 50 Watt Hochfrequenzgenerator verwendet wird, der den Strom mit einer Spannung von 200 Volt über einen Hochfrequenztransformator liefert, der eine Abwärtstransformierung im Verhältnis von 8 : 1 bewirkt. Unter diesen Bedingungen wird der Rohrformling vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 91 bis 152, gegebenenfalls auch einer Geschwindigkeit bis zu 600 m in der Minute. vorwärtsbewegt.
Wenn der Rohrformling aus Aluminium statt aus Stahl besteht, können diese Faktoren wie folgt geändert werden : Der Abstand der Kontaktglieder von dem Schweisspunkt kann verkürzt werden. Die Vorschubgeschwindigkeit kann gesteigert und der Druck an den Druckrollen reduziert werden.
Bei der in Fig. 5 dargestellten abgeändertenAusführungsform der Erfindung sind die miteinander durch Überlappungsschweissung zu verschweissenden Metallteile mit 10a und 10b bezeichnet, während die andern Teile, die auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 vorhanden sind, mit demselben Bezugszeichen be- - zeichnet sind wie in den andern Figuren. Fig. 6 zeigt in einem senkrechten Querschnitt, in welcher Weise die Druckrollen die überlappten Metallteile an dem Schweisspunkt berühren. Für den Fall, dass die miteinander zu verschweissenden Metallteile aus demselben Metall bestehen und ihre Randteile dieselbe Dicke haben, können die Elektroden 15'und 16'nach Fig. 5 etwa in dem gleichen Abstand von dem Schweiss-
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punkt angeordnet werden.
Wenn jedoch der eine oder der andere der Metallteile eine grössere Wärmestreuung oder wärmeabsorbierende Eigenschaft hat als der andere, so dass er eine etwas längere Zeit braucht, um auf die genaue'Schweisstemperatur erhitzt zu werden, so wird die Elektrode für diesen Metallteil in etwas grösserem Abstand von dem Schweisspunkt angeordnet als die andere Elektrode. Dies ist auch dann erforderlich, wenn einer der Metallteile aus einem Metall besteht, das zur Durchführung einer wirkungsvollen Schweissung auf eine höhere Schweisstemperatur erhitzt werden muss als das andere Metall.
In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, Mittel zur weiteren Konzentrierung des Stromes entlang den zu erhitzenden Flächenstreifen anzuordnen und den höchstmöglichen Grad der in Fig. 4 dargestellten und in bezug auf diese Figur erläuterten Bedingungen zu erreichen. Wenn Schwierigkeiten für die Beschränkung der Erhitzung auf diese Oberflächenstreifen in der erläuterten Weise auftreten, so können Elemente 38 und 39 aus dem bereits oben beschriebenen magnetischen Material angeordnet werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.
Die Elemente werden etwas hinter dem Rand der sich überlappenden Metallteile angeordnet und haben jeweils auch einen geringen Abstand von der oberen bzw. der unteren Fläche der Metallteile 10a und 10b. Hiedurch wird die Impedanz der Stromwege hinter den sich überlappenden Metallteilen gesteigert.
Damit das Mass der Überlappung der zu verschweissenden Metallteile bei ihrer Annäherung an die Schweissvorrichtung genau eingehalten werden kann, können an geeigneten, nicht dargestellten Trägern isolierende Abstandhalter 40, 41 in den aus Fig. 7 ersichtlichen Stellungen angeordnet sein. Diese Elemente 40, 41 können z. B. aus Kunstharz oder einem keramischen Material bestehen, das temperaturund verschleissfest ist. Die Elemente 40, 41 können kurz vor den Elektroden 15, 16 bzw. 15', 16' ange- ordnet sein.
Gegebenenfalls können die zu verschweissenden Ränder statt mit rechtwinklig zu den Oberflächen des Metallbleches verlaufenden Kanten mit gegenseitig abgeschrägten. Schweisskanten versehen sein. Auch können die tatsächlichen Schweissränder des einen oder der beiden miteinander zu verschweissenden Metallteile in dem Überlappungsbereich in Richtung auf den andern Metallteil leicht gefaltet sein. Hiedurch wird gewährleistet, dass die tatsächlichen Schweisskanten bei ihrer Annäherung dicht vor dem Schweisspunkt in dem für eine gute Schweissung erforderlichen Masse erhitzt werden.
In Fig. 8 ist eine mikrophotographische Aufnahme eines geätzten Querschnittsteiles im Bereich einer gemäss der Erfindung hergestellten Schweissung dargestellt. Dabei wurden zwei Teile aus dünnem Stahlblech, wie es gewöhnlich für die Herstellung von Büchsen verwendet wird, miteinander verschweisst, die an beiden Flächen mit einer sehr dünnen Schicht aus Zinn überzogen bzw. plattiert waren. Das Metallblech hatte dabei eine Dicke von etwa 0, 275 mm. Bei der Herstellung der Schweissung wurde durch die Druckrollen ein solcher Anpressdruck auf die überlappten Teile ausgeübt, dass sie beim Zusammenschwei- ssen im wesentlichen auf eine Stärke zusammengepresst wurden, die der Dicke eines einzigen Metallbleches entsprach.
Die obere und die untere Fläche im Schweissbereich lagen daher im wesentlichen bündig mit den oberen und unteren Flächen des Metallbleches in den übrigen Bereichen. Hiebei ergab sich eine Schweissung, die im Querschnitt gesehen, entlang einer diagonalen Linie zwischen den Oberflächen des Metallbleches und im wesentlichen in der durch die Pfeile 45 angedeuteten Richtung verlief. Die genaue Lage der Schweissnaht im mittleren Teil des Metallbleches ist dabei, wie sich aus Fig. 8 ergibt, nicht zu erkennen, obwohl diese Figur eine mikrophotographische Aufnahme mit einer über 100-fachen Vergrösserung darstellt.
Berücksichtigt man, dass die überlappten und zur Herstellung der Schweissung in Berührung miteinander gebrachten Flächen ursprünglich mit einem Zinnüberzug versehen waren, so ergibt sich, dass die schnelle und konzentrierte Erhitzung der tatsächlichen Schweissflächen der sich überlappenden Streifen auf Schweisstemperatur ein Abschmelzen des Zinnüberzuges an diesem Streifen hervorgerufen haben muss, und dass der Druck der Druckrollen die Zinnüberzüge zwischen diesem Streifen herausgequetscht hat, wodurch ermöglicht wurde, dass die entsprechenden Streifen des Stahlbleches auf Schweisstemperatur erhitzt wurden. Diese Streifen werden also in unmittelbare Berührung miteinander gebracht und miteinander verschweisst, ohne dass sich Zinn von dem Zinnüberzug zwischen ihnen befindet.
Beim Erhitzen der Oberflächen dieser Streifen auf Schweisstemperatur wird das Metall, das sich dichter an der oberen und unteren Fläche des Stahlbleches befindet, ebenfalls in beträchtlichem Masse erhitzt. Es bleibt jedoch auf einer unter der Schweisstemperatur liegenden Temperatur, die tief genug ist, um zu verhindern, dass die von den Druckrollen berührten Metallflächen erweichen. Trotzdem kann aber das Metall an diesen Flächen durch den Druck der Rollen leicht verschmiedet werden, so dass das Metall im Überlappungsbereich auf die Dicke des Metallbleches zusammengepresst wird, wobei sich die oben erläuterte, diagonal verlau- fende Schweissnaht bildet.
Der Zinnüberzug wird dabei aus dem Bereich der diagonalen Schweissnaht
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herausgequetscht und bildet dabei die eingangs erwähnten Mulden, die bei 46 und 47 in Fig. 8 ersichtlich sind. Diese Mulden gewährleisten, dass der dünne Zinnüberzug im Schweissbereich an den Oberflächen des Metalles kontinuierlich durchgeht, und gewährleisten ferner, dass etwaige Risse, Spalten oder feine Randteile, die sich sonst entlang der Schweissung bilden könnten, überdeckt und gegen Korrosion geschützt werden. Es werden somit im Schweissbereich völlig glatte Oberflächen gebildet, zumal da die Aussenflächen dieser Mulden mit den Metallflächen in andern Bereichen bündig gepresst werden. Wenn das Stahlblech nicht plattiert oder mit einem Zinnüberzug versehen ist, treten die Mulden 46,47 nicht auf.
Zusätzlich zu den vorher erläuterten Vorteilen bietet die Erfindung die weitere Möglichkeit ihrer Anwendung zum Längsverschweissen von Rohrformlingen, wie sie für die Herstellung von Konservenbüchsen od. dgl. verwendet werden, und die vor dem Schweissen auf ihrer Aussenfläche mit Aufdrucken versehen sind. Z. B. kann ein solcher Aufdruck sich bis zum Rand des überlappenden Teiles der Schweissnaht und an dem unten liegenden Teil des Metalles bis zu dem von dem überlappenden Teil frei gelassenenRand erstrecken, wobei die Elektroden oder Kontaktglieder 15, 16 die Lage einnehmen können, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt und im Zusammenhang mit diesen Figuren beschrieben ist.
Wenn bei dieser Anordnung der Kontaktglieder Hochfrequenzstrom in der erläuterten Weise angewendet wird, so wird der Strom, obwohl die Elektroden oder Kontaktglieder nicht das reine Metall, sondern die Aufdruckteile berühren, auf das Metall übergeleitet. Wenn der Aufdruck stromleitenden Charakter hat, wird der Strom von den Kontaktgliedern auf das Metall übergeleitet, ohne dass bei den erwähnten Frequenzen Lichtbogenstörungen eintreten. Wenn der Aufdruck mehr oder weniger isolierender Art ist, so wird doch ein erheblicher Teil des Stromes von den Kontaktgliedern dem Metall zugeführt, da verschiedene Faktoren in günstiger Weise zusammenwirken. Diese Faktoren sind z. B. Durchschlageffekt, der Überschlagwiderstand, kapazitiv oder durch andere Ursachen.
Das Verfahren nach der Erfindung und die hiemit hergestellten Schweissungen beziehen sich nicht nur auf das Schweissen von mit Zinn plattiertem oder überzogenem Stahlblech, sondern sind für Schwci- ssungen überhaupt anwendbar. Auch kann anderes Metall als Metallblech verschweisst werden, das. ent- weder auf einer oder auf beiden Seiten mit Metall plattiert ist, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Grundmetall hat, auf das der Überzug oder die Plattierung aufgebracht ist. Beispielsweise kann die Erfindung mit einigen ihrer Merkmale für die Herstellung von Schweissungen bei sogenanntem galvanisiertemEisen angewendet werden, d. h. für die Verschweissung von Eisen- oder Stahlblechen, die beispielsweise mit einem Zinkilberzug versehen sind.
Das Verfahren nach der Erfindung wurde in der vorstehenden Beschreibung in Verbindung mit Anordnungen beschrieben, bei denen die Schweissung einesRohrformlings bei seiner Vorwärtsbewegung in seinem oberen Teil erfolgt oder bei denen die obere Randfläche eines unten liegenden Streifens mit einem oben liegenden Streifen verschweisst wird. Die zur Durchführung des erfind ungsgemässen Verfahrens dienende Vorrichtung kann jedoch auch in anderer Lage angewendet werden. Demgemäss sind die verwendeten Ausdrücke"unten liegende"oder"oben liegende"Teile oder"obere"und"untere"Flächen relativ zu verstehen und gelten sinngemäss für alle Lagen der dargestellten Vorrichtungen, bei denen diese um die Längsachse der vorwärtsbewegten Metallteile verschwenkt sind.
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