DD214780A1

DD214780A1 - ARRANGEMENT FOR MONITORING AND CONTROL OF PIPE WELDING SYSTEMS

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.The invention relates to an arrangement for monitoring and control of the welding process in the production of longitudinally welded tubes of small diameter, taking advantage of the amount of light penetrating the welding gap of the arc and the melt. The aim is to ensure the quality of seam-welded pipes at changing strip feed conditions and to enable low-interference, highly productive production. The Aufagbe to adjust the welding parameters in accordance with the Bandeinlaufbedingungen so that reproducible quality values achieved or certain Sonderfunktioen be triggered is achieved by the invention that for detecting the Lichtmeenge a Lichleitkabel so in a protective gas supply tube, which is located inside the pipe to be welded, is arranged and their diameter to each other so Venge a Lichtleitkabel so in a Schutzgaszuführungsrohr, which is located in the interior of the pipe to be welded, and their diameter is so veuppe veuppe closes according to the invention an arrangement for signal processing and tripping the control and regulation functions on.

Description

Anordnung zur Überwachung und Steuerung von RohrlängsschweiSanlagen Arrangement for monitoring and controlling pipe longitudinal welding systems

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to an arrangement for monitoring and controlling the welding process in the manufacture of longitudinally welded pipes of smaller diameter by utilizing the light quantity of the burning arc and the melt which is forced through the welding gap.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.It is known pipes, z. B. for heating elements, with diameters of about 10 mm of strip material to manufacture. The incoming strip is arched over a system of rollers and tension-free bent into a tube which is then longitudinally welded and heat treated. The subsequent processing of the pipe by bending and the use of the final products require a very high quality of the weld. It is therefore necessary to safeguard and monitor the weld seam quality.

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.Known are systems for positioning the welding torch, which the gap or the gap of the molded strip z. 3 «with the help of conical rollers. Apart from the positioning, the task is to control the welding process itself, d. H. an adaptation of the welding parameters to the respective belt entry conditions.

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-Decisive for the weld quality is the adaptation of the welding current to the gap width. For this purpose, controllable current sources are used. The problem is the detection of the current welding gap width. Causes of their change are different strengths of the Bandraaterials used, grave phenomena on the belt and wear on Bandeinlaufmechanismus "The gap changes are relatively small in their absolute size, the gap forming edges of the workpiece are not in a * level and ridge phenomena signalaufaufmeme by known technical means , z. B. about tactile transducer (DE-AS 19 30 154) or optically (DE-OS 25 06 123) impossible. A constant maintenance of the gap width with respect to the requirements of welding technology would considerably increase the device expenditure for the shaping of a 3and, if at all possible.

Varianten sind deshalb nicht praktizierbar.Variants are therefore not practicable.

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.The open arrangement of the welding torches outside the tube offers the possibility to visually observe and monitor the welding process. * This requires the constant presence of a sediener. Hidden defects, such as non-welded seam areas, can not be detected. Sudden failures can not be analyzed quickly enough to perform targeted manual actions. Another known possibility of influencing the welding process on longitudinal seam welding systems is the detection and evaluation of the torch voltage of the arc (DD-PS 156 676). With this method, however, no gap changes are detected.

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.It is known to scan the burn-through of welds rait optical receivers below the workpieces (DE-OS 26 11 171). Such a solution is not applicable for reasons of space in the production of thin tubes, zuraal already protective gas supply means are arranged in the pipe.

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.It is also known to exploit the light from the arc as a measured variable for control purposes, wherein the light signal recording takes place via fiber optic cable (DD-PS 146 260). Such a use of fiber optic cables fails because of their lower heat resistance.

Aus der Elektronik sind Schaltungseinheiten bekannt, die Meßsignale bezüglich ihrer Grö&e und ihrer zeitlichen Folge auswerten.Circuit units are known from the electronics, which evaluate measurement signals with respect to their size and their time sequence.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, die Qualität längsnahtgeschweißter Rohre kleinerer Durchmesser bei sich änderndenIt is the object of the invention to change the quality of longitudinally welded tubes of smaller diameter

Bandeinlaufbedingungen zu sichern, die Schweißmaschine vor Zerstörung zu schützen und eine Fertigung mit höherproduktiven Schweißregimen zu ermöglichen.To secure belt entry conditions, to protect the welding machine from destruction and to enable production with higher-production welding regimes.

Das Wesen der ErfindungThe essence of the invention

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.The invention has for its object to develop a suitable arrangement, the welding parameters in dependence on the self-adjusting Bandeinlaufbedingungen, preferably the gap width, adjusted so that reaches reproducible quality values and triggers special functions to protect the system when exceeding the control range with simple technical means become. Erfindungsgeraäß the object is achieved in that for absolute detection of the penetrating through the welding gap amount of light a Lichtleitkabel is arranged in a protective gas supply tube that sufficient to cool the optical fiber cable and to maintain a stable welding process sufficient protective gas flow. The end of the fiber optic cable is located at a distance from the welding torch which is determined to be favorable, and the protective gas supply tube is arranged inside the tube to be welded. The diameter of the fiber optic cable and the protective gas supply tube are in a corresponding relationship.

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-The subject of the invention is thus that a measurable variable describing the welding process, namely the absolute quantity of light penetrating through the blind die gap, originating both from the burning arc and from the heat field of the melt, is detected inside the pipe to be welded by it is transmitted to a photoreceptor via a thin optical fiber cable routed through the shielding gas feed tube, which outside the 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.Forming device is arranged. This measurand, which arrives noisy due to the evaluation of the arc light, is evaluated twice. On the one hand, a selection of the signals, which exceed a predetermined signal deviation, takes place by means of threshold value switches. These thus processed signals are analyzed in terms of their width and their frequency in a logic circuit such that according to the severity of the fault or the deviation from the desired state different reactions of the welding machine are triggered by switching functions.

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.On the other hand, the measurement signal is amplified, integrated and fed to a predetermined setpoint to a comparator, which forms the instantaneous difference between the two signals. With this size, a controllable current source via a galvanic analog decoupling device (optocoupler) is controlled such that the welding current is regulated in dependence on the Einbrandtiefe or, such a value assumes that a constant brightness is achieved in the tube.

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.Even disturbances in the 3andeinformung, which can not be controlled in consideration of the basic technological possibilities cause a commissioning of the above-described binary signal evaluation, which signals the disturbances, marks defects and u. U. parts of the system off.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden«The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:In the accompanying drawing show:

Fig. 1: Prinzip der LichtleitkabelanordnungFig. 1: Principle of Lichtleitkabelanordnung

Fig.2: Blockschaltbild der Auswerteeinheit zur Signalverarbeitung2 shows a block diagram of the evaluation unit for signal processing

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.The incoming belt 1 is formed in a known manner by a multi-roll Bandeinformeinrichtung 2 to a tube 3 and guided by means of guide rollers 4 under the welding torch 5 along.

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.The protective gas supply pipe 6 is brought into the pipe 3 to be welded close to the welding torch 5. Above a branch with a suitable seal, a light guide cable 7 is guided through the protective gas feed tube 6 into the vicinity of the welding torch 5. The flowing inert gas cools the fiber optic cable 7 (Figure 1). In the! Tube 3 received amount of light ^) passes through the light guide cable 7 on a photoreceptor 8 (pig. 2). The photoreceiver 8 is in a bridge circuit with subsequent amplifier 9. A welding error results in a much larger amount of light ψ in the tube 3 and leads to the triggering of the threshold 10, which generates a standard binary signal. A subsequent logic circuit 11 distinguishes the incoming error pulses in number per unit time and the pulse length and leads them to separate relay outputs to 12. The time-dependent logic circuit 11 consists' essentially of flip-flops and timers, which process the signals and, accordingly, various switching functions for protection trigger the system.

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.The second signal path goes from the amplifier 9 to a comparator 13 of the same type. With a setpoint generator 14, the setpoint value X- is preset and compared with the existing actual value X ₁ . The difference between the two signals is electrically isolated via an analog optical coupler 15 and supplied to a Anstsjerverstärker 16, which controls the current source 17 and thus the welding current I as a function of Einbrandtiefe.

Claims

invention claim

Arrangement for monitoring and controlling the welding process in the production of longitudinally welded small diameter tubes using the light through the welding gap amount of light of the burning arc and the melt and the use of a Lichtleitkabels, characterized in that for the absolute detection of the amount of light, the light guide cable (7), below Maintaining an optimal distance between the welding torch (5) and the end of the optical fiber cable (7) so in a protective gas supply pipe (5), which is located in the interior of the pipe to be welded (3) is arranged, and their diameter behave so that a for cooling the optical fiber cable (7) and to maintain a stable welding process sufficient amount of inert gas can flow and daS via the optical fiber ^ incoming signal on a Fotöempfanger (8), which is followed by an amplifier (9) whose output either with a threshold (10) and subsequent logic circuit (11) and with associated separate relay outputs (12) is coupled or leads to a comparator (13) for further processing of the setpoint generator (14) resulting difference signal, an analog optical coupler (15) and a drive amplifier (15 ), which is in operative connection with the current source (17) to be regulated.

- For this two sheet drawings -