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Verfahren zum Verschweißen zweier Werkstückkanten unter Widerstandserhitzung
mit Hochfrequenzstrom Es ist ein Verfahren bekannt zum Zusammenschweißen gegenüberliegender
Seiten eines Spaltes zwischen zwei Werkstückteilen, die rasch an einem Verschweißungspunkt
vorbei vorgeschoben werden, bei welchem die Aufheizung der gegenüberliegenden Seiten
des Spaltes durch Anliegen von mit einer Hochfrequenzstromquelle von mehr als 10
kHz verbundenen Kontakten an den gegenüberliegenden Seiten, und zwar an einer vor
dem Verschweißungspunkt liegenden Stelle erfolgt, wobei die beiden Kontakte gleichen
oder verschiedenen Abstand vom Verschweißungspunkt aufweisen.
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Dieses bekannte Verfahren dient zum Zusammenschweißen des Spaltes
in einem aus einem Metallstreifen bestehenden Metallrohr, bei welchem das Rohr in
Längsrichtung vorgeschoben wird, während es gleichzeitig zum Schließen des Spaltes
einem Druck ausgesetzt wird und die Kanten auf Schweißtemperatur erwärmt werden.
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Die Erfindung besteht in der Anwendung dieses Verfahrens auf das Aufschweißen
der Kante eines hochkant liegenden Profilstreifens auf ein bandartiges Flächenstück
der Oberfläche eines Werkstückes mit ausgedehnter Oberfläche, wobei die Werkstücke
während des Vorschubes vor dem Verschweißungspunkt derart geführt werden, daß das
eine Werkstück in bezug auf das andere Werkstück bis zur Berührung am Verschweißungspunkt
einer gekrümmten Bahn folgt. Daraus ergibt sich ein wesentlicher technischer Fortschritt,
da Profilstreifen mit einem erheblich größeren Widerstandsmoment in der senkrecht
zur Fläche des anderen Werkstückes stehenden Achse im kalten Zustand nur schwierig
bzw. unter unerwünschter bleibender Verformung so weit verbogen werden können, daß
die zum Schweißen erforderliche Krümmung erhalten wird. Bei der erfindungsgemäßen
Anwendung erfolgt die Krümmung und Wiederstreckung des Profilstreifens innerhalb
der Zone, welche durch die Widerstandserhitzung bereits in den Zustand leichter
Verformung gebracht worden ist.
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Insbesondere wird in an sich bekannter Weise der längere Strompfad
längs der Profilkante oder des Bandes verlaufen, je nachdem, welche Schweißfläche
nach Gestalt und Werkstoff des Werkstückes den größeren Wärmebedarf aufweist.
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Da der Profilstreifen meistens einen kleineren Gesamtquerschnitt aufweist
als das andere flächenhafte Werkstück, wird die den Strom der Profilkante zuführende
Elektrode vorzugsweise in einem weiteren Abstand von der Schweißstelle angeordnet
als die andere Elektrode.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt
Fig.1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Apparatur
gemäß der Erfindung und Fig.2 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
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In Fig. 1 ist eine Metallplatte 10 dargestellt, auf die ein
Streifen, Band oder Stab oder ähnlicher Körper 11 mit der Kante 12 auf einer bandartigen
Fläche 13 aufgeschweißt werden soll. Irgendwelche geeigneten nicht dargestellten
mechanischen Mittel sind vorgesehen, um die Platte und den Streifen in Richtung
der dargestellten Pfeile gleichförmig vorwärts zu bewegen, vorbei an einem Punkt
14, der, die Schweißstelle für die Schweißnaht 15 darstellt.
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Um einen Spalt zwischen der Streifenkante 12 und dem Band
13 vorzusehen, müssen sich die Platte 10
und der Streifen 11 mit einem
kleinen Winkel einander nähern, d. h., es ist notwendig, daß der eine oder der andere
Teil etwas von der Stellung aus abgebogen wird, in der die beiden Elemente später
in verschweißtem Zustand liegen, so daß die Kante 12 und das Band 13 sich fortschreitend
einander nähern und im Verschweißungspunkt 14 berühren. Gewöhnlich wird eine Anzahl
von Leitrollen zu diesem Zweck verwendet, deren eine beispielsweise bei 16 dargestellt
ist, die in diesem Fall die Unterfläche einer horizontalen Leiste 17 an dem Streifen
11 berühren, der hier in der Form eines Winkeleisens dargestellt ist. Während der
Streifen 11 und die Platte 10 am Verschweißungspunkt vorbeibewegt werden, werden
sie fest zusammengepreßt, und zwar durch Verwendung
einer druckfederbelasteten
Rolle 18, die nach unten gegen den Streifen il gedrückt wird und die Kante
12 gegen die Oberfläche der sich bewegenden Platte 10 preßt. Kurz vor dem Verschweißungspunkt
14 sind Kontaktelektroden 20 und 21 angebracht, und zwar all der unteren
Kante 12 des Streifens 11 bzw. in dem schmalen Band 13 auf
der Platte 10. Diese Kontakte sind durch irgendwelche nicht dargestellte,
geeignete Mittel gegeneinander und auch gegen den Streifen isoliert durch Isolationsstücke
22 und 23.
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Die Kontakthalter 24 und 25 können flüssigkeitsdicht abgeschlossen
sein und Hohlräume 26, 27 für eine darin befindliche Kühlflüssigkeit bilden, die
jeweils an Leitungen 28 und 29 angeschlossen sind.
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Wie dargestellt, sind die Kontakthalter 24 bzw. -. 25 an den Klemmen
einer Quelle für Ilochfrequeitzstront angeschlossen. Dieser Strom hat eine Frequenz
von z. B. 100 bis 500 oder mehr kHz. Bei Verwendung derart hochfrequenter Ströme
besteht die sich diesen Strömen bietende Impedanz zum überwiegenden Teil aus einem
Blindwiderstand.- Bei der vorliegenden Altwendung wird diese Tatsache in bekannter
Weise mit Vorteil dadurch ausgenutzt, daß die Kontakte 20, 21 so angebracht sind,
daß der zwischen ihnen verlaufende Strompfad sich von dem Kontakt 21 längs der Oberfläche
der Platte in dem schmalen Band 13 nach dem Verschweißungspunkt 14 und von dort
nach der Kante 12 und dem Kontakt 20 erstreckt, wie dies durch die
kleinen Pfeile angedeutet ist. In Fig. 1 ist der Spalt zwischen den Strompfaden
von und nach dem Verschweißungspunkt 14 der besseren Darstellung wegen breiter
dargestellt, als es in. Wirklichkeit der Fall ist, indem der Streifen 11 mehr nach
oben gebogen dargestellt ist als erforderlich, wenn die Kontakte 20 und
21 so klein wie möglich gemacht werden. Hält man den Spalt zwischen diesen
Strompfaden klein, dann bleibt die Reaktanz zwischen den längs dieser einander gegenüberliegenden
Seiten des Spaltes fließenden Strömen bei einem Minimum. Daher wird der Pfad niedrigster
Impedanz für den Stromfluß zwischen den Elektroden 20 und 21 in bekannter
Weise auf die unmittelbare Nachbarschaft der Kante 12 und der Oberfläche
des schmalen Bandes 13 auf der Platte. die damit verschweißt werden soll,
beschränkt. Erreichen irgendwelche Punkte des Streifens 11 und der Platte
10 diese Kontakte und laufen an ihnen vorbei. so werden diese Punkte intensiv
und schnell erhitzt. und zwar his zum Verschweißungspunkt 14 zunehmend immer höher,
wo der Spalt geschlossen wird und wo iitt allgemeinen ein kleiner stetiger Lichtbogen
auftritt, wodurch die Aufheizung im Augenblick der Verschweißung weiter intensiviert
wird.
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Obgleich die Kontakte 20 und 21 irgendwo in der unmittelbaren
Nachbarschaft der Linien oder Flächen der gewünschten Aufheizung auf dem Streifen
bzw. der Platte angebracht sein können, wird man jedoch, um den Stromfluß so nahe
wie möglich auf die exakten Oberflächenbereiche oder Linien, die aufgeheizt werden
sollen, zu beschränken, vorzugsweise den Kontakt 20 so formen und so unter
der Kante 12 anbringen, daß er unmittelbar gleitend auf dieser Kante aufliegt.
Dabei gibt man dem Kontakt 21 eine solche Form und Stellung und einen nach unten
gebogenen Teil, daß er gleitend mit der Oberfläche des Bandes 13 im Eingriff steht,
welches auf der Platte aufgeheizt werden soll.
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Man -sieht jedoch, daß bei dein Verfahren des Aufheizens voll Band
13 auf der Platte das Metall der Platte auf beiden Seiten eine erhebliche Wärmeabfuhr
ltewirkt, während im Fall der Kante 12 auf dein Streifen die Wärine von dort nur
durch das Metall nach einer Seite, d. h. in dem Streifen nach oben, abgeleitet werden
kann. Daher benötigt <las Band 13, da es durch den gleichen Strom aufgeheizt
wird wie die Kante 12 des Streifens 11, im Vergleich zu der Kante 12 notwendigerweise
eine längere Zeit zum Aufheizen. bevor das Band 13 die Schweißtemperatur erreicht.
Daher hat der Kontakt 21 eine derartige Form und ist so angebracht, daß er die Platte
10 in einem größeren Abstand von der Schweißstelle 14 berührt als der Kontakt 20
den Streifen 11. Dieser relative Abstand ändert sich abhängig von der Form und der
Größe des Streifens 11 und der Dicke der Platte 10 und auch von der Wärmeleitfähigkeit,
der spezifischen Wärme und dem Schmelzpunkt der Metalle, aus denen diese gebildet
sind. Mit Rücksicht auf diese Tatsache werden die Kontakthalter 24 und 25 vorzugsweise
einstellbar angeordnet, damit sie in Richtung der Schweißnaht bewegt werden können.
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In vielen Fällen wird der Querschnitt des Streifens, der mit der Platte
verschweißt werden soll, derart sein, daß es schwierig oder sogar unmöglich ist,
ihn in geeigneter Weise an der Stelle von der Platte wegzubiegen, wo er sich dem
Schweißpunkt nähert. Zum Überwinden dieser Schwierigkeit kann die in Fig.2 dargestellte
Anordnung verwendet werden. Hierbei sind die Teile, die den Teilen in Fig. 1 im
allgemeinen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, denen jedoch
ein Beistrich beigegeben ist. Der Streifen 11' ist, anstatt wie vorher nach
dem Verschweißungspunkt 14 in einer Lage geführt zu werden, die längs des Bandes
13' verläuft, nunmehr so angeordnet, daß er von einer Seite herankommt und quer
abgebogen und überdies leicht verdreht ist, so daß die Unterkante 12 längs
einer Kurvenbahn und von dort nach der Schweißnaht zu verläuft. Mit einer solchen
Krümmung und Verwindung ist es möglich, selbst einen ziemlich starren Streifen 1i'
etwas nach oben von der Platte 10' wegzubiegen, und zwar weit genug, daß sich ein
geeigneter Abstand von der Platte ergibt, bis der Verschweißungspunkt
14' erreicht ist. Um dies durchzuführen, werden Leitrollen 30 und
31
vorgesehen, deren Achsen vertikal zur Platte 10' verlaufen, um den Streifen
vertikal zur Platte im Bereich des Verschweißungspunktes 14' zu halten, und es kann
außerdem eine federbelastete Druckrolle 18' verwendet werden.
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Vor dem Verschweißungspunkt 14' und noch vor den Kontakten
20' und 21' ist ein Paar Druckrollen 32 und 33 vorgesehen und in Berührung
mit den gegenüberliegenden Seiten des Streifens gebracht. Diese Rollen sind auf
Achsen angebracht, die mit einer leichten Neigung in Vorwärtsrichtung in Richtung
auf den Verschweißungspunkt 14' zu verkantet sind, da sie mit dem Streifen in einem
Bereich im Eingriff stehen, bei welchem der Streifen mit einem leicht nach unten
geneigten Winkel eingeführt wird. Diese Druckrollen sind ebenfalls in ihrem oberen
Teil in Richtung auf den Beschauer zu verkantet, um die Verdrehung des Streifens
zu bewirken. Der mit 34 bezeichnete Teil des Streifens wird, während er nach den
Rollen 30 und 31 zu läuft, leicht nach rechts ausbiegen, d. lt. in die Richtung
auf den Beschauer der Fig.2. Auf diese Weise können ziemlich breite Streifen oder
Bänder aus Metall, die dementsprechend ziemlich starr in der Richtung ihrer Breite
sind, leicht gebogen oder verdreht werden, so daß Punkte a an ihrer Unterkante einen
ausreichenden Abstand voll Punkten h aufweisen, die unmittelbar darunter auf der
Platte liegen. Die Konstruktion und Arbeitsweise der verbleibenden Teile der Apparatur
nach Fig.2
ergibt sich aus der vorhergehenden Beschreibung der Fig.
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Der Ausdruck »Profilstreifen«, der hier verwendet wurde, soll sich
dabei auf längliche Elemente beziehen, die jede Querschnittsform haben können, wie
z. B. Winkeleisen, Rippen, Barren, Metallbänder oder ähnliche Formen. Der Ausdruck
» %letallplatte«. wie er hier verwendet wird, soll sich auf Teile beziehen, die
in zwei Dimensionen eine wesentliche Ausdehnung aufweisen, wobei diese Flächen nicht
notwendigerweise eben sein müssen. Das Verschweißen der metallenen Tragflächen oder
Oberflächen eines Flugzeuges mit den Stützrippen oder Streifen stellt beispielsweise
eine mögliche Anwendung der Erfindung dar.