Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Erzeugnissen durch ununterbrochenes Abschmelzen und Vorrichtung zu dessen Durchführung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Erzeugnissen durch ununterbrochenes Abschmelzen und eine Vorrichtung zu dessen Durchführung. Sie kann zum Schweissen von Rohren, Blechen, Schienen sowie anderen kompakten und hohlen Erzeugnissen verwendet werden.
Es sind Verfahren zum elektrischen Widerstands Stumpfschweissen von Erzeugnissen durch ununterbrochenes Abschmelzen, wobei während des Schwei ssens die Abschmelzgeschwindigkeit geändert wird, und darauffolgendes Stauchen bekannt. Es sind auch Vorrichtungen für das Durchführen der Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen bekannt siehe beispielsweise A. 5. Gelman Technologie und Ausrüstung für elektrische Widerstandsschweissung , Maschgis, 1960, Moskau).
Bei den bekannten Verfahren werden, um hochwertige Schweissverbindungen zu erzeugen, zuerst die optimalen Schweissbedingungen gewählt und erst danach wird mit dem Schweissen der Werkstücke im Fertigungsprozess begonnen. Hierbei wird unter optimalen Schweissbedingungen die gegenseitige Abhängigkeit solcher technologischer Parameter wie Sekundärspannung des Schweisstransformators, Verschiebung der Werkstücke während des Abschmelzvorgangs, der Abschmelzgeschwindigkeit, Stromfrequenz, Stauchgeschwindigkeit und -mass sowie anderer Parameter verstanden. Es ist klar, dass hochwertige Schweissverbindungen ein und derselben Erzeugnisse bei unterschiedlichen optimalen Schweissbedingungen erzeugt werden können.
Experimentell erhaltene optimale Schweissbedingungen werden praktisch mit Hilfe bekannter Regler des Stauch- und Abschmelzprozesses erhalten. Diese Regler sind mit Programmvorrichtungen, z. B. mit Programmkurvenkörpern, ausgerüstet.
Da die Qualität der Schweissverbindung von der richtigen gegenseitigen Kopplung der obenerwähnten Parameter abhängt, so hat die Änderung eines Parameters ohne entsprechende Änderung aller andern eine fehlerhafte Verbindung zur Folge. Es ist auch zu beachten, dass die Höhe der Sekundärspannung, der Gesamtwiderstand des Transformators, die Qualität der Werkstückvorbereitung zum Schweissen usw. während des Schweissprozesses schwanken können. Daher können die Programmkurvenkörper, welche die experimentell erhaltenen Schweissbedingungen praktisch bestimmen sollen, bei zufälliger Änderung der Schweissparameter die Erzeugung einer hochwertigen Schweissverbindung nicht gewährleisten.
Aus diesem Grunde ist beim bekannten Verfahren zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen von Erzeugnissen und bei der Vorrichtung zu seiner Durchführung ein grosser Arbeitsaufwand erforderlich, um optimale und rationale Schweissbedingungen zu erreichen. Trotzdem wird die Erzeugung einer hochwertigen Schweissverbindung nicht gewährleistet. Dies aber ist sehr wichtig, da keine zerstörungsfreien Prüfmethoden für Schweissverbindungen, die durch elektrisches Widerstands-Stumpfschweissen erzeugt sind, bestehen.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die erwähnten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zum elektrischen Widerstands Stumpfschweissen von Erzeugnissen zu entwickeln und eine solche Vorrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen, die es ermöglichen, hochwertige Schweissverbindungen bei zufälliger Änderung der technologischen Parameter und der Schweissmaschinencharakteristik während des Schweissprozesses zu erzeugen und ausserdem den Arbeitsaufwand beim Bestimmen von rationalen Schweissbedingungen zu senken.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das elektrische Widerstands-Stumpfschweissen von Erzeugnissen durch ununterbrochenes Abschmelzen, wobei während des Schweissens die Abschmelzgeschwindigkeit geändert wird, und darauffolgendes Stauchen erfindungsgemäss dadurch erfolgt, dass während des Abschmelzvorgangs der Extremwert der Leistung als eine Funktion des im Primärkreis des Schweisstransformators fliessenden Stroms durch eine Änderung der Abschmelzgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, wobei der Abschmelzprozess durchgeführt wird, bevor an der ganzen Oberfläche der abzuschmelzenden Stirnflächen eine Temperatur erreicht wird, die im Bereich von 0,7...1,0 der Schmelztemperatur des Werkstoffes der zu schweissenden Erzeugnisse liegt, worauf der Stauchprozess um ein Mass durchgeführt wird, das dem Abstand zwischen den Querschnitten,
welche die Solltemperatur der erhitzten Erzeugnisse haben, gleich ist, welche Solltemperatur von den Werkstoffeigenschaften der zu schwei ssenden Erzeugnisse abhängt.
Bei der Vorrichtung zum elektrischen Widerstands Stumpfschweissen, die eine Schweissmaschine und einen Regler für den Abschmelz- und Stauchprozess besitzt, hat erfindungsgemäss der Regler des Abschmelzund Stauchprozesses zwei Kanäle zum Regeln des Schweissprozesses, von denen einer mindestens zwei Temperaturgeber, die in verschiedenen Abständen von den abzuschmelzenden Stirnseiten der zu schweissenden Erzeugnisse angeordnet sind, einen Stellungsgeber, der die augenblickliche Änderung des ursprünglichen Abstandes jedes Temperaturgebers von den abzuschmelzenden Stirnseiten misst, einen Sollwertgeberblock der Temperatur der Querschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchmass ist, und ein Rechengerät zum Bestimmen der dauernd sich ändernden Werte der Temperatur der abzuschmelzenden Stirnseiten und des Stauchmasses enthält,
wobei am Eingang dieses Rechengeräts ein Temperaturgeber und ein Stellungsgeber sowie der Sollwertgeberblock der Temperatur der Querschnitte und am Ausgang dieses Geräts eine Stelleinrichtung zum Verschieben der Erzeugnisse während des Schweissprozesses angeschlossen sind, und der zweite Regelkanal Messgeräte für Spannung und Stromstärke sowie einen Regelblock für die Aufrechterhaltung des Extremwertes der Leistung, die in den zu schweissenden Erzeugnissen entwickelt wird, besitzt, wobei an den Eingängen des Regelblocks die erwähnten Messgeräte und am Ausgang die Stelleinrichtung zum Verschieben der Erzeugnisse während des Schweissprozesses angeschlossen sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels derselben unter Hinweis auf beiliegende Zeichnung erläutert, in welcher
Fig. 1 das Prinzipschema einer Vorrichtung zum elektrischen Widerstands-Stumpfschweissen zeigt,
Fig. 2 ein im Laufe des Abschmelzvorganges gemessenes Temperaturfeld zeigt, und
Fig. 3 ein Diagramm der Abhängigkeit zwischen der sich in den geschweissten Erzeugnissen entwickelten Leistung und dem Strom zeigt.
Die Vorrichtung zum elektrischen Widerstands Stumpfschweissen enthält die Schweissmaschine 1 und den Regler des Abschmelz- und Stauchprozesses, der zwei Kanäle zum Regeln des Schweissprozesses besitzt.
Die zu schweissenden Erzeugnisse 2 und 2' sind in der festen Klemmvorrichtung 3 bzw. in der verschiebbaren Klemmvorrichtung 4 eingespannt, welche auf das Bett 5 der Schweissmaschine 1 aufgesetzt sind. Die verschiebbare Klemmvorrichtung 4 wird durch eine Stelleinrichtung verschoben, die als Hydraulikzylinder 6 mit Folgeschieber 7 gebaut ist.
Der erste Kanal zum Regeln des Schweissprozesses enthält Temperaturgeber 8 und 9, die in bestimmten Abständen X1 und X2 von den abzuschmelzenden Stirnseiten der zu schweissenden Erzeugnisse 2 und 2' angeordnet sind und diese Abstände während des Schweissprozesses ändern, Stellungsgeber 10 für den Abstand der erwähnten Temperaturgeber 8 und 9 von den während des Schweissprozesses abzuschmelzenden Stirnseiten und Sollwertgeberblock 11 für die Temperatur T4 der Querschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchmass ist.
Die Geber 8 und 9 zum Messen der Temperaturen T1 und T2 in zwei Querschnitten mit den erwähnten Abständen X1 und X9 und der Sollwertgeberblock 11 für die Temperatur T4 sind an die Eingänge des Rechengeräts 12 zum Bestimmen der dauernd sich ändernden Werte der Temperatur T3 der abzuschmelzenden Stirnseiten und des Stauchmasses 1 angeschlossen. Die Ausgänge des Rechengeräts 12 sind an die Umformer 13 und 14, die elektrische Signale in mechanische umformen und den Folgeschieber 7 der Stelleinrichtung zum Verschieben der Erzeugnisse 2 und 2' betätigen, angeschlossen.
Die Temperatur T8 an den abgeschmolzenen Stirnflächen wird mit dem Rechengerät 12 anhand eines im Laufe des Abschmelzvorgangs gemessenen und in Fig. 2 dargestellten Temperaturfeldes bestimmt.
Da die Verteilung eines Temperaturfeldes im Laufe des Abschmelzvorgangs zu einem beliebigen Zeitpunkt nach einem Exponentialgesetz T(x)=T3.e-kxi erfolgt, so kann man bei einer Messung der Temperatur T1 und T2 an zwei Stellen des Erzeugnisses, die sich in verschiedenen und im Laufe des Abschmelzvorgangs gemessenen Abständen von den abgeschmolzenen Stirnflächen X1 und X2 befinden, die Temperatur der abge schmolzenen Stirnflächen T8 bestimmen, indem man ein System aus zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten löst
EMI2.1
<tb> <SEP> T1 <SEP> = <SEP> T8 <SEP> e-kxt <SEP>
<tb> = <SEP> <SEP> - <SEP> Ts <SEP> zu T8. <SEP>
<tb>
iTs <SEP> = <SEP> Ts <SEP> ekx2
<tb>
Zur Bestimmung des optimalen Stauchwertes 1 , der dem Abstand der Querschnitte der zu verschwei ssenden Erzeugnisse mit der vorgegebenen Temperatur T4 (für Perlitstähle 11500 C) gleich ist, wird dem oben angeführten Gleichungssystem noch eine Gleichung hinzugefügt. Auf diese Weise ist zur Bestimmung der Temperatur der abgeschmolzenen Stirnflächen T3 und des optimalen Stauchwertes 1 im Laufe des Schweissvorgangs kontinuierlich ein System der unten angeführten drei Gleichungen zu lösen.
T4 Ts e Tse-Kj
T1 = Ts e -KX1
T2 = T5 e -KX2 wobei K - Dekrement des Exponentenabfalls, e - Basis des natürlichen Logarithmus bedeutet.
Das Rechengerät besitzt zwei Unlinearitätsblöcke 15 und 16, deren Eingänge an den Temperaturgebern 8 und 9 und deren Ausgänge an den Summator 17 angeschlossen sind. Der Eingang des Blocks 18 für Spannungen, die den ursprünglichen Abständen X1 und X2 der Geber 8 und 9 von den abzuschmelzenden Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände von den abzuschmelzenden Stirnseiten (XrX) proportional sind, ist an den Stellungsgeber 10 angeschlossen. Die Eingänge der Multiplikationsblocks 19 und 20 sind an den Blocks 15, 16 und 18 und die Ausgänge der Multiplikationsblocks am Summator 21 angeschlossen.
Ausserdem besitzt das Rechengerät 12 Multiplikationsblocks 22, 23 und 24 sowie Unlinearitätsblock 25; Sollwertgeberblock 11 für die Temperatur der Querschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchmass ist, ist am Eingang des Summators 26 angeschlossen, dessen Ausgang am Eingang des Multiplikationsblocks 23 und dessen zweiter Eingang am Ausgang des Blocks 24 angeschlossen ist. Der Eingang des Blocks 22 ist mit den Ausgängen der Blocks 17 und 18 verbunden, während sein Ausgang am zweiten Eingang des Blocks 23 angeschlossen ist. Die Eingänge des Blocks 24 sind mit den Ausgängen des Summators 21 und des Blocks 18 verbunden, während sein Ausgang am Summator 26 und Block 25 angeschlossen ist. Die Ausgänge der Blocks 23 und 25 sind mit den Umformern 13 und 14 verbunden.
Der zweite Regelkanal des Reglers enthält Messgeräte 27 und 28 für Spannung bzw. Strom und einen Block 29 für die Extremregelung der Leistung, die in den zu schweissenden Erzeugnissen 2 und 2' entwickelt wird. An den Eingängen des Blocks 29 sind die erwähnten Messgeräte 27 und 28 angeschlossen, während sein Ausgang mit den Umformern 13 und 14 verbunden ist, die auf den Folgeschieber der Stelleinrichtung 6 zum Verschieben der Erzeugnisse während des Schweissprozesses wirken.
Der Block 29 für die Extremregelung enthält den Leistungsgeber 30, dessen Eingänge mit den Messgeräten 27 und 28 und dessen Ausgang mit dem Speicher 31 verbunden ist. Der Block 29 enthält auch einen zweiten Speicher 32, dessen Eingang mit dem Messgerät 28 verbunden ist, und die logische Einrichtung 33.
Beide Eingänge der letzteren sind mit den Ausgängen des Speichers 31 bzw. 32 verbunden. Sein Ausgang ist an den Umformern 13 und 14 angeschlossen.
Die Vorrichtung zum elektrischen Widerstands Stumpfschweissen arbeitet folgendermassen:
Vor dem Beginn des Schweissens wird das Verhältnis zwischen Pegel der Leistung N1, die in den zu schweissenden Erzeugnissen während des Abschmelzvorgangs entwickelt wird, und der Speisequellenleistung N2 vorgegeben. Beispielsweise wird die Aufgabe gestellt, während des Abschmelzvorgangs den Extremwert der Leistung N1 aufrechtzuerhalten, die in den zu schweissenden Erzeugnissen als Funktion des Stroms I entwickelt wird, der im Primärkreis des Schweisstransformators fliesst. Ausserdem wird noch die Temperatur T3 der abzuschmelzenden Stirnseiten vorgegeben, bei der das Signal zum Stauchen gegeben werden soll.
Beispielsweise wird eine Temperatur der abzuschmelzenden Stirnseiten, die zahlenmässig gleich der Schmelztemperatur des Materials der zu schweissenden Erzeugnisse ist, und die Temperatur T4 der Erzeugnisquerschnitte, deren Abstand voneinander gleich dem Stauchmass ist, vorgegeben. Zum Beispiel bei Konstruktions Kohlenstoffstählen und einer Stauchgeschwindigkeit von 30 mm/s sowie einer Temperatur der abzuschmelzenden Oberflächen vor dem Stauchen von 15200 C beträgt die Temperatur T4 1100... 11500 C.
Dann wird die Höhe der Sekundärspannung U2 gewählt, die an die zu schweissenden Erzeugnisse gelegt wird, und gleichzeitig wird die Anfangsabschmelzgeschwindigkeit V vorgegeben.
Im Laufe des Abschmelzvorgangs werden von den Messgeräten 27 und 28 die elektrischen Parameter dem Eingang des Blockes 29 für extreme Leistungsregelung der laufenden Werte der sich in den geschweissten Erzeugnissen entwickelten Leistung N1 und des Stroms I zugeführt.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Abhängigkeit zwischen der sich in den geschweissten Erzeugnissen entwickelnden Leistung und dem Strom einen stark ausgeprägten Extremwert auf. Dabei hat man darauf zu acliten, dass im Laufe des Abschmelzvorgangs die Kurvenlage geändert sein kann. Das hängt von zufälligen Änderungen der Netzspannung, der Frequenz, des Widerstands des Schweisstransformators usw. ab. Doch die Abhängigkeit N1 = f(11) weist in allen Fällen einen Extremwert auf. Zugleich ist es bekannt, dass je höher die Abschmelzgeschwindigkeit, desto grösser die sich in den zu schweissenden Erzeugnissen entwickelnde Leistung ist.
Indem man die angeführten Abhängigkeiten und die allgemein bekannten Extremregler ausnutzt, kann man durch Änderungen der Abschmelzgeschwindigkeit den Abschmelzvorgang auf dem Leistungsextrem halten.
Auf diese Weise braucht man zu einer Regelung der sich in den zu schweissenden Erzeugnissen entwickelnden Leistung keine Angaben über diese im Laufe des Abschmeizvorgangs zu haben. Zu diesem Zweck wird mit Hilfe eines Messwandlers 28 der Stromwert im Primärstrornkreis des Schweisstransformators und mit Hilfe eines Spannungsmesswandlers 27 der U-Wert an geschweissten Teilen gemessen. Da die Leistung ein Produkt Strom x Spannung darstellt, so beträgt die sich in den zu schweissenden Erzeugnissen entwickelnde Leistung: N1 =I1.K.U2 Hierin bedeuten:
K = Übertragungsverhältnis; Spannung an geschweissten Teilen; I, = Strom im Primärstromkreis des Schweiss transformators.
Der Leistungswert N1 wird im Block 30 bestimmt, welcher zum Beispiel einen Hailgeber darstellt.
Der Block zur Extremregelung 29 enthält ausser dem Block 30 auch die Blöcke 31 und 32 der Speichereinrichtungen, die sinngemäss die Differenzen N1 und I, messen. Dabei betragen a N1 = N1" - N1' und Il = Ii" - Ii'. Hierin bedeuten N1" und Il" die gemessenen laufenden Werte der sich in den geschweissten Erzeugnissen entwik kelnden Leistung und des Stroms; N1, und I,' die gemessenen Leistungs- und Strom werte im vorhergehenden Messzyklus.
Die ,1 N1 und A 1 entsprechenden Signale gelangen in die logische Einrichtung 33 des Blocks 29 für die Extremregelung der Leistung. Je nach dem Verhältnis zwischen den Vorzeichen des Zuwachses A N1 und A 1 und je nach der im Block 2 für Extremregelung der
Leistung eingestellten Logik wird ein Signal den Um formern 13 und 14 zugeführt, die wiederum mit Hilfe der Stelleinrichtung die Abschmelzgeschwlndigkeit ent sprechend nachstehendem Algorithmus ändern:
:
I.) J Ni > O V = V,, + A V AI > o
II.) AN1 < 0 V=V1 +AV AI < O
III.) aN, > O V=V1 - AV AI < O
IV.) J N, < 0 V=V1 - AV Al > 0 wobei V - augenblickliche Abschmelzgeschwindigkek
V1 - vorhergehender Wert der Abschmelzge- schwindigkeit A V - Grösse der Abschmelzgeschwindigkeitsän- derung bedeutet.
Hierbei wird die augenblickliche Abschmelzgeschwindigkeit proportional dem absoluten Wert des Zuwachses der in den zu schweissenden Erzeugnissen erzeugten Leistung geändert.
Während des Abschmelzvorgangs werden die zu schweissenden Erzeugnisse erwärmt. Die von den Gebern 8 und 9 kommenden Signale werden in elektrische Signale umgewandelt, die dem Eingang des Rechengeräts 12 zugeführt werden. Gleichzeitig mit den Signalen, die den Temperaturen in zwei Querschnitten, die sich in verschiedenen Abständen X1 und X2 von den abzuschmelzenden Stirnseiten befinden, entsprechen, werden vom Block 18 kommende Signale, die dem Abstand dieser Querschnitte von den abzuschmelzenden Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände (X2-X,) proportional sind, den Blocks 19, 20, 22 und 24 zugeführt.
Hierbei werden zunächst vom Block 18 den Blocks 19, 20, 22 und 24 Signale, die proportional den ursprünglichen Abständen dieser Querschnitte von den Stirnseiten und der Differenz dieser Abstände sind, und dann Signale der dauernd sich ändernden Werte der Abstände X1 und X2 und ihrer Differenz (XX1) zugeführt. Zum Zuführen des Signals, das den sich ändernden ursprünglichen Abständen X1 und X2 der Querschnitte, in denen die Temperatur gemessen wird, von den abzuschmelzenden Stirnseiten entspricht, wird vom Stellungsgeber 10 dem Eingang des Blocks 18 ein Signal zugeleitet, das proportional der Hälfte des Abschmelzmasses ist. Der Geber 10 ist zu diesem Zwecke mit der verschiebbaren Klemmvorrichtung 4 der Schweissmaschine 1 verbunden.
Ausser den erwähnten Signalen wird im Rechengerät 12 vom Block 11 aus an den Eingang des Summators 26 Spannung gelegt, die proportional der vorgegebenen Temperatur T4 der Querschnitte ist, deren Abstand voneinander dem Stauchmass entspricht.
Während des Abschmelzvorgangs löst das Rechengerät 12 gemäss den vorgegebenen und zugeführten Daten das obenerwähnte System aus drei Gleichungen mit drei Unbekannten und gibt an den Ausgang Signale, die proportional den dauernd sich ändernden Werten der Temperatur T3 der abzuschmelzenden Stirnseiten und des Stauchmasses 1 sind. Die erwähnten Signale werden den Umformern 13 und 14 zugeführt.
Es werden, um an den abzuschmelzenden Stirn seiten die vorgegebene Temperatur, beispielsweise eine der Schmelztemperatur des Materials der zu schweissen den Erzeugnisse zahlenmässig gleiche Temperatur, zu erreichen, die Umformer 13 und 14 beeinflusst. Diese geben das Signal zum Beginn des Stauchens an die
Stelleinrichtung 6, die den Schieber 7 vollkommen öffnet. Der in diesem Augenblick errechnete Wert des Stauchmasses wird gespeichert und durch die Umformer
13 und 14 in Form eines Befehls an die Stelleinrichtung
6 weitergeleitet, welche das Stauchmass beschränkt.
Schieber 7 wird beim Erreichen des errechneten Stauchmasses geschlossen. Auf diese Weise wird mit Hilfe der Vorrichtung das Schweissverfahren praktisch durchge führt und werden optimale Schweissbedingungen sichergestellt, welche die Erzeugung einer hochwertigen
Schweissverbindung garantieren.
Es wird, um rationale Schweissbedingungen für bestimmte Erzeugnisse zu erreichen, mit verschieden hohen Sekundärspannungen der Schweissmaschine oder auf verschiedenen Maschinen ohne Änderung der Regelparameter T3 und Tt geschweisst. Rationale Schweissbedingungen sind die, welche geringeren Materialaufwand verlangen.
Die Vorrichtung ermöglicht es, wie aus der obigen Darlegung ersichtlich ist, hochwertige Schweissverbindungen bei veränderlichen technologischen Schweissparametern, unterschiedlicher Schweissmaschinencha rakteristik und verschiedenartigen geometrischen Abmessungen der zu schweissenden Erzeugnisse zu erhalten. Beim Übergang zum Schweissen von Erzeugnissen aus anderen Materialien müssen mit Hilfe der Einstellvorrichtungen zwei Parameter, und zwar die Temperatur T ] der abzuschmelzenden Stirnseiten vor dem Stauchen und die Temperatur T4 der Querschnitte, deren Abstand voneinander dem Stauchmass entspricht, ge ändert werden.
Mit dem beschriebenen Schweissverfahren können im Gegensatz zu den bestehenden Verfahren hochwertige Verbindungen bei zufällig sich ändernden technologischen Schweissparametern erzeugt werden. Dies ist möglich, da die für die Regelung gewählten Grössen nicht von den technologischen Schweissparametern, der Schweissmaschinencharakteristik und den Abmessungen der zu schweissenden Erzeugnisse abhängen. Beim Wählen der rationalen Schweissbedingungen werden beim beschriebenen Verfahren die Schweisskosten bei verschieden hohen Sekundärspannungen bestimmt. Daher entspricht der Umfang der experimentellen Arbeiten, d. h. die Zahl der probenweise zum Bestimmen der rationalen Schweissbedingungen geschweissten Stösse der Regelstufenzahl der Schweisstransformator-Sekundärspannung.
Der wichtigste Vorteil des beschriebenen Schweissverfahrens besteht darin, dass bei ihm die Prüfung der Schweissverbindungsqualität durch Prüfung der Zuverlässigkeit der den Schweissprozess regelnden Geräte ersetzt werden kann.
Ein anderer Vorteil des beschriebenen Schweissverfahrens besteht (bei Arbeiten unter freiem Himmel) darin, dass die vorgegebenen Parameter bei verhältnismässig niedriger, spezifischer, während des Abschmelzvorgangs erforderlicher Leistung, die im Bereich von beispielsweise 0,5 . . . 0,7 kW/cm2 liegt, erreicht werden können.
Process for electrical resistance butt welding of products by continuous melting and device for its implementation
The invention relates to a method for electrical resistance butt welding of products by uninterrupted melting and a device for its implementation. It can be used for welding pipes, sheets, rails and other compact and hollow products.
There are known methods of electrical resistance butt welding of products by continuous melting, the melting rate being changed during the welding, and subsequent upsetting. Devices for carrying out the method for electrical resistance butt welding are also known (see for example A. 5. Gelman Technology and Equipment for Electrical Resistance Welding, Maschgis, 1960, Moscow).
In the known methods, in order to produce high-quality welded joints, the optimal welding conditions are first selected and only then is the welding of the workpieces in the manufacturing process begun. Here, optimal welding conditions are understood to mean the mutual dependence of such technological parameters as the secondary voltage of the welding transformer, displacement of the workpieces during the melting process, the melting speed, current frequency, upsetting speed and extent as well as other parameters. It is clear that high-quality welded joints can be produced from one and the same product under different optimal welding conditions.
Optimal welding conditions obtained experimentally are practically obtained with the aid of known controllers of the upsetting and melting process. These controllers are equipped with programming devices, e.g. B. with program cams equipped.
Since the quality of the welded connection depends on the correct mutual coupling of the above-mentioned parameters, a change in one parameter without a corresponding change in all the others results in a faulty connection. It should also be noted that the level of the secondary voltage, the total resistance of the transformer, the quality of the workpiece preparation for welding, etc. can fluctuate during the welding process. Therefore, the program curves, which are intended to determine the experimentally obtained welding conditions in practice, cannot guarantee the creation of a high-quality welded joint in the event of a random change in the welding parameters.
For this reason, the known method for electrical resistance butt welding of products and the device for carrying it out require a great deal of work in order to achieve optimal and rational welding conditions. Nevertheless, the creation of a high-quality welded joint is not guaranteed. This is very important, however, since there are no non-destructive test methods for welded connections that are produced by electrical resistance butt welding.
The aim of the present invention is to eliminate the drawbacks mentioned.
The invention is based on the object of developing such a method for electrical resistance butt welding of products and of creating such a device for carrying it out, which makes it possible to produce high-quality welded joints with random changes in the technological parameters and the welding machine characteristics during the welding process and also to reduce the amount of work involved in determining rational welding conditions.
This object is achieved in that the electrical resistance butt welding of products is carried out by continuous melting, the melting rate being changed during welding, and subsequent upsetting, according to the invention, in that the extreme value of the power as a function of that in the primary circuit of the welding transformer is carried out during the melting process flowing current is maintained by changing the melting rate, the melting process being carried out before a temperature is reached on the entire surface of the end faces to be melted which is in the range of 0.7 ... 1.0 the melting temperature of the material of the products to be welded lies, whereupon the upsetting process is carried out by an amount corresponding to the distance between the cross-sections,
which have the target temperature of the heated products is the same, which target temperature depends on the material properties of the products to be welded.
In the device for electrical resistance butt welding, which has a welding machine and a controller for the melting and upsetting process, according to the invention the controller for the melting and upsetting process has two channels for regulating the welding process, one of which has at least two temperature sensors that are at different distances from the ones to be melted The end faces of the products to be welded are arranged, a position transmitter that measures the instantaneous change in the original distance of each temperature transmitter from the end faces to be melted, a setpoint transmitter block for the temperature of the cross-sections, the distance between which is equal to the compression dimension, and a computer to determine the constantly changing Contains values of the temperature of the end faces to be melted and the compression amount,
A temperature transmitter and a position transmitter as well as the setpoint transmitter block for the temperature of the cross-sections are connected to the input of this computing device and an adjusting device for moving the products during the welding process is connected to the output of this device, and the second control channel measuring devices for voltage and amperage and a control block for maintaining the Extreme value of the power that is developed in the products to be welded, the mentioned measuring devices being connected to the inputs of the control block and the adjusting device for moving the products during the welding process being connected to the output.
The invention is explained below on the basis of the description of an exemplary embodiment thereof with reference to the accompanying drawing, in which
Fig. 1 shows the basic diagram of a device for electrical resistance butt welding,
Fig. 2 shows a temperature field measured in the course of the melting process, and
Fig. 3 shows a diagram of the relationship between the power developed in the welded products and the current.
The device for electrical resistance butt welding contains the welding machine 1 and the controller for the melting and upsetting process, which has two channels for regulating the welding process.
The products 2 and 2 'to be welded are clamped in the fixed clamping device 3 or in the displaceable clamping device 4, which are placed on the bed 5 of the welding machine 1. The displaceable clamping device 4 is displaced by an adjusting device which is constructed as a hydraulic cylinder 6 with a follower slide 7.
The first channel for regulating the welding process contains temperature sensors 8 and 9, which are arranged at certain distances X1 and X2 from the end faces of the products to be welded 2 and 2 'to be melted and change these distances during the welding process, position sensors 10 for the distance between the mentioned temperature sensors 8 and 9 of the end faces to be melted off during the welding process and of the setpoint generator block 11 for the temperature T4 of the cross-sections, the distance between which is equal to the compression dimension.
The sensors 8 and 9 for measuring the temperatures T1 and T2 in two cross-sections with the mentioned distances X1 and X9 and the setpoint generator block 11 for the temperature T4 are connected to the inputs of the computer 12 to determine the constantly changing values of the temperature T3 of the end faces to be melted and the compression measure 1 connected. The outputs of the computing device 12 are connected to the converters 13 and 14, which convert electrical signals into mechanical ones and actuate the follower slide 7 of the actuating device for moving the products 2 and 2 '.
The temperature T8 at the melted end faces is determined with the computing device 12 on the basis of a temperature field measured in the course of the melting process and shown in FIG. 2.
Since the distribution of a temperature field in the course of the melting process occurs at any point in time according to an exponential law T (x) = T3.e-kxi, when measuring the temperature T1 and T2 at two points on the product, which are in different and In the course of the melting process there are measured distances from the melted end faces X1 and X2, determine the temperature of the melted end faces T8 by solving a system of two equations with two unknowns
EMI2.1
<tb> <SEP> T1 <SEP> = <SEP> T8 <SEP> e-kxt <SEP>
<tb> = <SEP> <SEP> - <SEP> Ts <SEP> to T8. <SEP>
<tb>
iTs <SEP> = <SEP> Ts <SEP> ekx2
<tb>
To determine the optimum compression value 1, which is the same as the distance between the cross-sections of the products to be welded at the specified temperature T4 (for pearlite steels 11500 C), an equation is added to the above system of equations. In this way, to determine the temperature of the melted end faces T3 and the optimal compression value 1 in the course of the welding process, a system of the three equations listed below must be solved continuously.
T4 Ts e Tse-Kj
T1 = Ts e -KX1
T2 = T5 e -KX2 where K - decrement of the exponent drop, e - the base of the natural logarithm.
The computing device has two non-linearity blocks 15 and 16, the inputs of which are connected to the temperature sensors 8 and 9 and the outputs of which are connected to the summator 17. The input of the block 18 for voltages that are proportional to the original distances X1 and X2 of the sensors 8 and 9 from the end faces to be melted and the difference between these distances from the end faces to be melted (XrX) is connected to the position transmitter 10. The inputs of the multiplication blocks 19 and 20 are connected to the blocks 15, 16 and 18 and the outputs of the multiplication blocks are connected to the summator 21.
In addition, the computing device 12 has multiplication blocks 22, 23 and 24 as well as non-linearity block 25; Setpoint generator block 11 for the temperature of the cross-sections, whose distance from one another is equal to the compression dimension, is connected to the input of the summator 26, the output of which is connected to the input of the multiplication block 23 and the second input of which is connected to the output of the block 24. The input of block 22 is connected to the outputs of blocks 17 and 18, while its output is connected to the second input of block 23. The inputs of block 24 are connected to the outputs of summer 21 and block 18, while its output is connected to summer 26 and block 25. The outputs of blocks 23 and 25 are connected to converters 13 and 14.
The second control channel of the controller contains measuring devices 27 and 28 for voltage or current and a block 29 for the extreme control of the power that is developed in the products 2 and 2 'to be welded. The mentioned measuring devices 27 and 28 are connected to the inputs of the block 29, while its output is connected to the converters 13 and 14, which act on the follower slide of the setting device 6 for moving the products during the welding process.
The block 29 for the extreme control contains the power transmitter 30, whose inputs are connected to the measuring devices 27 and 28 and whose output is connected to the memory 31. The block 29 also contains a second memory 32, the input of which is connected to the measuring device 28, and the logic device 33.
Both inputs of the latter are connected to the outputs of the memory 31 and 32, respectively. Its output is connected to converters 13 and 14.
The device for electrical resistance butt welding works as follows:
Before the start of welding, the ratio between the level of power N1, which is developed in the products to be welded during the melting process, and the supply source power N2 is specified. For example, the task is set during the melting process to maintain the extreme value of the power N1 that is developed in the products to be welded as a function of the current I that flows in the primary circuit of the welding transformer. In addition, the temperature T3 of the end faces to be melted is specified, at which the signal for upsetting is to be given.
For example, a temperature of the end faces to be melted, which is numerically equal to the melting temperature of the material of the products to be welded, and the temperature T4 of the product cross-sections, whose distance from one another is the same as the compression measure, are specified. For example, with structural carbon steels and an upsetting speed of 30 mm / s and a temperature of the surfaces to be melted before upsetting of 15,200 C, the temperature T4 is 1100 ... 11500 C.
Then the level of the secondary voltage U2 is selected, which is applied to the products to be welded, and at the same time the initial melting speed V is specified.
In the course of the melting process, the electrical parameters of the measuring devices 27 and 28 are fed to the input of the block 29 for extreme power control of the current values of the power N1 and the current I developed in the welded products.
As can be seen from FIG. 3, the relationship between the power developing in the welded products and the current has a very pronounced extreme value. It is important to note that the position of the curve can be changed in the course of the melting process. It depends on random changes in the mains voltage, frequency, resistance of the welding transformer, etc. But the dependence N1 = f (11) has an extreme value in all cases. At the same time, it is known that the higher the melting rate, the greater the power that develops in the products to be welded.
By using the cited dependencies and the generally known extreme regulators, one can keep the melting process at the extreme performance by changing the melting rate.
In this way, in order to regulate the power developing in the products to be welded, there is no need to have any information about this in the course of the melting process. For this purpose, the current value in the primary circuit of the welding transformer is measured with the aid of a transducer 28 and the U-value on welded parts is measured with the aid of a voltage transducer 27. Since the power represents a product of current x voltage, the power developing in the products to be welded is: N1 = I1.K.U2 where:
K = transmission ratio; Tension on welded parts; I, = current in the primary circuit of the welding transformer.
The power value N1 is determined in block 30, which represents, for example, a hailer.
In addition to block 30, block for extreme control 29 also contains blocks 31 and 32 of the storage devices, which measure the differences N1 and I, analogously. A N1 = N1 "- N1 'and Il = Ii" - Ii'. Herein, N1 "and Il" mean the measured current values of the power and current developing in the welded products; N1, and I, 'the measured power and current values in the previous measurement cycle.
The signals corresponding to 1 N1 and A 1 reach the logic device 33 of block 29 for the extreme control of the power. Depending on the ratio between the signs of the increment A N1 and A 1 and depending on that in block 2 for extreme control of the
With the logic set to the power, a signal is sent to converters 13 and 14, which in turn change the melting rate with the aid of the control device according to the following algorithm:
:
I.) J Ni> O V = V ,, + A V AI> o
II.) AN1 <0 V = V1 + AV AI <O
III.) AN,> O V = V1 - AV AI <O
IV.) J N, <0 V = V1 - AV Al> 0 where V - instantaneous melting rate
V1 - previous value of the melting rate A V - means the size of the melting rate change.
Here, the instantaneous melting rate is changed proportionally to the absolute value of the increase in the power generated in the products to be welded.
The products to be welded are heated during the melting process. The signals coming from the encoders 8 and 9 are converted into electrical signals which are fed to the input of the computing device 12. Simultaneously with the signals, which correspond to the temperatures in two cross-sections, which are at different distances X1 and X2 from the end faces to be melted, signals coming from block 18 are generated that indicate the distance between these cross-sections and the end faces to be melted and the difference between these distances ( X2-X,) are proportional to blocks 19, 20, 22 and 24.
In this case, signals are first sent from block 18 to blocks 19, 20, 22 and 24, which are proportional to the original distances between these cross-sections and the difference between these distances, and then signals from the continuously changing values of the distances X1 and X2 and their difference (XX1) supplied. To supply the signal that corresponds to the changing original distances X1 and X2 of the cross-sections in which the temperature is measured, from the end faces to be melted, the position transmitter 10 sends a signal to the input of block 18 that is proportional to half the melted mass . For this purpose, the transmitter 10 is connected to the displaceable clamping device 4 of the welding machine 1.
In addition to the signals mentioned, voltage is applied from block 11 to the input of summator 26 in arithmetic unit 12, which voltage is proportional to the predetermined temperature T4 of the cross-sections whose distance from one another corresponds to the amount of compression.
During the melting process, the computing device 12 solves the above-mentioned system of three equations with three unknowns according to the specified and supplied data and sends signals to the output which are proportional to the constantly changing values of the temperature T3 of the end faces to be melted and the compression amount 1. The signals mentioned are fed to the converters 13 and 14.
The transducers 13 and 14 are influenced in order to reach the predetermined temperature on the end faces to be melted, for example a temperature equal in number to the melting temperature of the material to be welded to the products. These give the signal to the start of upsetting
Adjusting device 6 which opens the slide 7 completely. The value of the compression dimension calculated at this moment is saved and used by the converter
13 and 14 in the form of a command to the actuating device
6 forwarded, which limits the amount of compression.
Slide 7 is closed when the calculated compression amount is reached. In this way, with the help of the device, the welding process is practically carried out and optimal welding conditions are ensured, which the generation of a high quality
Guarantee welded connection.
In order to achieve rational welding conditions for certain products, welding is carried out with different high secondary voltages of the welding machine or on different machines without changing the control parameters T3 and Tt. Rational welding conditions are those that require less material.
As can be seen from the above, the device makes it possible to obtain high-quality welded connections with changing technological welding parameters, different welding machine characteristics and different geometric dimensions of the products to be welded. When changing over to welding products made from other materials, two parameters must be changed using the setting devices, namely the temperature T] of the end faces to be melted before upsetting and the temperature T4 of the cross-sections, the distance between which corresponds to the upsetting measure.
With the welding process described, in contrast to the existing processes, high-quality connections can be created with randomly changing technological welding parameters. This is possible because the variables selected for the regulation do not depend on the technological welding parameters, the welding machine characteristics and the dimensions of the products to be welded. When choosing the rational welding conditions, the welding costs are determined with different high secondary voltages in the method described. Therefore, the scope of the experimental work, i.e. H. the number of welded joints in samples to determine the rational welding conditions of the control stage number of the welding transformer secondary voltage.
The most important advantage of the welding process described is that it can replace the testing of the welded joint quality by testing the reliability of the devices regulating the welding process.
Another advantage of the welding process described is (when working in the open air) that the specified parameters can be used at a relatively low, specific power required during the melting process, in the range of, for example, 0.5. . . 0.7 kW / cm2 can be achieved.