DD214780A1

DD214780A1 - Anordnung zur ueberwachung und steuerung von rohrlaengsschweissanlagen

Info

Publication number: DD214780A1
Application number: DD24988383A
Authority: DD
Inventors: Wilfried Faber; Dieter Lindenau; Rudolf Goetzel; Rudolf Nitzsche
Original assignee: Wilfried Faber; Dieter Lindenau; Rudolf Goetzel; Rudolf Nitzsche
Priority date: 1983-04-15
Filing date: 1983-04-15
Publication date: 1984-10-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ueberwachung und Steuerung des Schweissprozesses bei der Herstellung laengsnahtgeschweisster Rohre kleiner Durchmesser unter Ausnutzung der durch den Schweissspalt dringenden Lichtmenge von Lichtbogen und Schmelze. Ziel ist, die Qualitaet laengsnahtgeschweisster Rohre bei sich aendernden Bandeinlaufbedingungen zu sichern und die stoerungsarme, hochproduktive Fertigung zu ermoeglichen. Die Aufagbe, die Schweissparameter in Anhaengigkeit von den Bandeinlaufbedingungen so einzustellen, dass reproduzierbare Qualitaetswerte erreicht oder bestimmte Sonderfunktioen ausgeloest werden, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass zur Erfassung der Lichtmeenge ein Lichleitkabel so in einem Schutzgaszufuehrungsrohr, das sich im Inneren des zu schweissenden Rohres befindet, angeordnet ist und ihre Durchmesser sich so zueinander venge ein Lichtleitkabel so in einem Schutzgaszufuehrungsrohr, das sich in Inneren des zu schweissenden Rohres befindet, angeordnet ist und ihre Durchmesser sich so zueinander veuppe schliesst sich erfindungsgemaess eine Anordnung zur Signalverarbeitung und zum Ausloesen der Steuer- und Regelfunktionen an.

Description

Anordnung zur Überwachung und Steuerung von RohrlängsschweiSanlagen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung und Steuerung des Schweißprozesses bei der Herstellung längsnahtgeschweiSter Rohre kleinerer Durchmesser unter Ausnutzung der durch den Schweißspalt dringenden Lichtmenge des brennenden Lichtbogens und der Schmelze.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Rohre, z. B. für Heizelemente, mit Durchmessern von etwa 10 mm aus Bandmaterial zu fertigen. Das einlaufende Band wird über ein System von Rollen gewölbt und spannungsfrei zu einem Rohr gebogen, welches anschließend längs verschweißt und definiert wärmebehandelt wird. Die folgende Weiterverarbeitung des Rohres durch Biegen und der Einsatz der Finalprodukte verlangen eine sehr hohe Güte der Schweißnaht. Eine Sicherung und Überwachung der Schweißnahtqualität ist deshalb erforderlich.

3ekannt sind Systeme zur Positionierung des Schweißbrenners, welche die Fuge bzw. den Spalt des eingeformten Bandes z. 3« mit Hilfe kegelförmiger Rollen abtasten. Außer der Positionierung steht die Aufgabe, den Schweißprozeß selbst zu steuern, d. h. eine Anpassung der Schweißparameter an die jeweiligen Bandeinlaufbedingungen.

Entscheidend für die Schweißnahtqualität ist die Anpassung der Schweißstromstärke an die Spaltbreite. Dafür werden regelbare Stromquellen eingesetzt. Problematisch ist die Erfassung der momentanen Schweißspaltbreite. Ursachen ihrer Änderung sind unterschiedliche Festigkeiten des verwendeten Bandraaterials, Graterscheinungen am Band und Verschleißerscheinungen am Bandeinlaufmechanismus« Die Spaltänderungen sind in ihrer absoluten Größe relativ klein, die den Spalt bildenden Werkstückkanten liegen nicht in einer* Ebene und Grat erscheinungen machen eine Signalauf nähme mit bekannten technischen Mitteln, z. B. über taktile Geber (DE-AS 19 30 154) oder optisch (DE-OS 25 06 123) unmöglich. Eine bezüglich der Forderungen der Schweißtechnik ausreichende Konstanthaltung der Spaltbreite würde den Vorrichtungsaufwand für die 3andeinformung wesentlich vergrößern, sofern es überhaupt möglich wäre* 3eide Lösungs-

Varianten sind deshalb nicht praktizierbar.

Die offene Anordnung der Schweißbrenner außerhalb des Rohres bietet die Möglichkeit, den Schweißprozeß visuell zu beobachten und zu überwachen* Dies macht eine ständige Anwesenheit eines Sedieners notwendig. Verdeckte Fehler, etwa nicht durchgeschweißte Nahtbereiche, können nicht erkannt werden. Plötzlich auftretende Störungen können nicht ausreichend schnell analysiert werden, um gezielte manuelle Handlungen vorzunehmen. Eine weitere bekannte Möglichkeit der Beeinflussung des Schweißprozesses an Längsnahtschweißanlagen ist das Erfassen und Auswerten der Brennerspannung des Lichtbogens (DD-PS 156 676). Mit diesem Verfahren werden jedoch keine Spaltänderungen erfaßt.

Es ist bekannt, den Durchbrand von Schweißnähten rait optischen Empfängern unterhalb der Werkstücke abzutasten (DE-OS 26 11 171). Eine derartige Lösung ist aus Platzgründen bei der Herstellung von dünnen Rohren nicht anwendbar, zuraal bereits Schutzgaszuführungseinrichtungen im Rohr angeordnet sind.

Bekannt ist auch, das Licht vom Lichtbogen als Meßgröße für Steuerzwecke auszunutzen, wobei die Lichtsignalaufnahme über Lichtleitkabel erfolgt (DD-PS 146 260). Ein derartiger Einsatz von Lichtleitkabeln scheitert an ihrer geringeren Wärtnebeständigkeit.

Aus der Elektronik sind Schaltungseinheiten bekannt, die Meßsignale bezüglich ihrer Grö&e und ihrer zeitlichen Folge auswerten.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Qualität längsnahtgeschweißter Rohre kleinerer Durchmesser bei sich ändernden

Bandeinlaufbedingungen zu sichern, die Schweißmaschine vor Zerstörung zu schützen und eine Fertigung mit höherproduktiven Schweißregimen zu ermöglichen.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Anordnung zu entwickeln, die mit einfachen technischen Mitteln die Schweißparameter in Abhängigkeit von den sich einstellenden Bandeinlaufbedingungen, vorzugsweise der Spaltbreite, so einstellt, daß reproduzierbare Qualitätswerte erreicht und bei Überschreitung des Regelbereiches Sonderfunktionen zum Schutz der Anlage ausgelöst werden. Erfindungsgeraäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur absoluten Erfassung der durch den Schweißspalt eindringenden Lichtmenge ein Lichtleitkabel so in einem Schutzgaszuführungsrohr angeordnet ist, daß eine zur Kühlung des Lichtleitkabels und zur Aufrechterhaltung eines stabilen Schweißprozesses ausreichende Schutzgasmenge fließen kann. Das Ende des Lichtleitkabels befindet sich dabei in einem als günstig ermittelten Abstand zum Schweißbrenner, und das Schutzgaszufuhrungsrohr ist im Inneren des zu schweißenden Rohres angeordnet« Die Durchmesser von Lichtleitkabel und Schutzgaszuführungsrohr "stehen in einem entsprechenden Verhältnis zueinander.

Gegenstand der Erfindung ist somit, daß ei'ne den Schweiß-* prozeß beschreibende Meßgröße, und zwar die durch den Schiveißspalt eindringende absolute Lichtmenge, sowohl vom brennenden Lichtbogen als auch vom Wärmefeld der Schmelze herrührend, im Inneren des zu schweißenden Rohres erfaßt wird, indem sie über ein dünnes, durch das Schutzgaszuführungsrohr verlegtes Lichtleitkabel auf einen Fotoempfanger übertragen wird, welcher außerhalb der 3andein-

formeinrichtung angeordnet ist. Diese Meßgröße^ die aufgrund der Auswertung des Lichtbogenlichtes verrauscht ankommt, wird zweifach ausgewertet. Zum einen erfolgt eine Selektion der Signale, die einen vorgegebenen Signalhub überschreiten, durch Schwellwertschalter. Diese so aufbereiteten Signale werden bezüglich ihrer Breite und ihrer Häufigkeit in einer Logikschaltung derart analysiert, daS entsprechend der Schwere der Störung bzw. der Abweichung vom Sollzustand unterschiedliche Reaktionen der Schweißmaschine über Schaltfunktionen ausgelöst werden.

Zum anderen wird das Meßsignal verstärkt, integriert und mit einem vorgegebenen Sollwert einem Vergleicher zugeführt, welcher die momentane Differenz beider Signale bildet. Mit dieser Größe wird eine regelbare Stromquelle über eine galvanische analoge Entkoppeleinrichtung (Optokoppler) derart angesteuert, daß die Schweißstromstärke in Abhängigkeit von der Einbrandtiefe geregelt wird bzw, einen solchen Wert annimmt, daß eine gleichbleibende Helligkeit im Rohr erreicht wird.

Auch Störungen bei der 3andeinformung, die nicht unter Berücksichtigung der prinzipiellen technologischen Möglichkeiten ausgesteuert werden können, bewirken eine Inbetriebnahme der oben beschriebenen binären Signalauswertung, welche die Störungen signalisiert, Fehlstellen markiert und u» U. Teile der Anlage abschaltet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden«

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Prinzip der Lichtleitkabelanordnung

Fig.2: Blockschaltbild der Auswerteeinheit zur Signalverarbeitung

Das einlaufende Band 1 wird in bekannter Weise von einer aus mehreren Rollen bestehenden Bandeinformeinrichtung 2 zu einem Rohr 3 geformt und mittels Führungsrollen 4 unter dem Schweißbrenner 5 entlang geführt.

Das Schutzgaszuführungsrohr 6 ist in dem zu verschweißenden Rohr 3 bis nahe an den Schweißbrenner 5 herangeführt. Ober eine Abzweigung mit geeigneter Abdichtung wird ein Lichtleitkabel 7 durch das Schutzgaszuführungsrohr δ bis in die Nähe des Schweißbrenners 5 geführt. Das strömende Schutzgas kühlt das Lichtleitkabel 7 (Fig. 1). Die in! Rohr 3 empfangene Lichtmenge^) gelangt durch das Lichtleitkabel 7 auf einen Fotoempfänger 8 (pig. 2). Der Fotoempfänger 8 liegt in einer Brückenschaltung mit nachfolgendem Verstärker 9. Ein Schweißfehler ergibt eine weit größere Lichtraenge ψ im Rohr 3 und führt zum Auslösen des Schwellwertschalters 10, der ein genormtes binäres Signal erzeugt. Eine nachfolgende Logikschaltung 11 unterscheidet die ankommenden Fehlerimpulse nach Anzahl pro Zeiteinheit und der Impulslänge und führt sie getrennten Relaisaus-gängen zu 12. Die zeitabhängige Logikschaltung 11 besteht ' im wesentlichen aus Flip-flops und Zeitgliedern, welche die Signale aufbereiten und dementsprechend verschiedene Schaltfunktionen zum Schutz der Anlage auslöen.

Der 2. Signalweg geht vom Verstärker 9 auf einen Ver- ν gleicher 13. Mit einem Sollwertgeber 14 wird der Sollwert X- vorgegeben und mit dem vorhandenen Istwert X₁ verglichen. Die Differenz beider Signale wird über einen analogen Optokoppler 15 galvanisch getrennt und einem Anstsjerverstärker 16 zugeführt, welcher die Stromquelle 17 und damit den Schweißstrom I in Abhängigkeit von der Einbrandtiefe regelt.

Claims

Erfindungsanspruch

Anordnung zur Überwachung und Steuerung des Schweißprozesses bei der Herstellung längsnahtgeschweißter Rohre kleinerer Durchmesser unter Ausnutzung der durch den Schweißspalt dringenden Lichtmenge des brennenden Lichtbogens und der Schmelze und der Verwendung eines Lichtleitkabels, gekennzeichnet dadurch, daß zur absoluten Erfassung der Lichtmenge das Lichtleitkabel (7), unter Beibehaltung eines optimalen Abstandes zwischen Schweißbrenner (5) und dem Ende des Lichtleitkabels (7) so in einem Schutzgaszuführungsrohr (5), das sich im Inneren des zu schweißenden Rohres (3) befindet, angeordnet ist und ihre Durchmesser sich so zueinander verhalten, daß eine zur Kühlung des Lichtleitkabels (7) und zur Aufrechterhaltung eines stabilen Schweißprozesses ausreichende Schutzgasmenge fließen kann und daS ein über das Lichtleitkabel^) ankommendes Signal auf einen Fotöempfanger (8) gelangt, dem ein Verstärker (9) nachgeordnet ist, dessen Ausgang entweder mit einem Schwellwertschalter (10) und nachfolgender Logikschaltung (11) sowie mit dazugehörigen getrennten Relaisausgängen (12) gekoppelt ist oder auf einen Vergleicher (13) führt, dem zur Weiterverarbeitung des mittels Sollwertgeber (14) entstandenen Differenzsignals ein analoger Optokoppler (15) und ein Ansteuerverstärker (15) nachgeordnet sind, der mit der zu regelnden Stromquelle (17) in. Wirkverbindung steht.

- Hierzu zwei Blatt Zeichnungen -