DE2816896C3

DE2816896C3 - Verfahren zum elektrischen Widerstandsschweißen eines Rohres

Info

Publication number: DE2816896C3
Application number: DE2816896A
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr.-Ing. 4000 Düsseldorf Jaspert
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1978-04-14
Filing date: 1978-04-14
Publication date: 1981-07-16
Also published as: DE2816896B2; JPS5650676B2; JPS54138839A; FR2422474A1; DE2816896A1; NL7901586A; IT7921572A0; GB2022484A; GB2022484B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Widerstandsschweißen eines von fortlaufend flachem, endlosem Band eingeformten Rohres mit Regelung in Abhängigkeit vom Stauchdruck.

Es ist seit langem bekannt. Rohre kontinuierlich aus

einem endlosen Band zu formen und die Kanten mittels Widerstandsschweißens zu verbinden. Dabei war es im wesentlichen die Aufgabe des Schweißers, die erforderlichen Schweißparameter Druck, Temperatur und Geschwindigkeit aus seinen handwerklichen Erfahrungen so abzustimmen, daß ein verkaufsfähiges Produkt erzeugt werden konnte.

Neben der Lösung der Temperatur- und der Geschwindigkeitsmessung und -regelung wurde auch immer wieder die Beherrschung reproduzierbarer Druckwerte angestrebt

Aus der gattungsbildenden US-PS 35 73 416 ist die Messung des Stauchdruckes bekannt um damit bei gleichzeitiger Berücksichtigung weiterer Parameter, ilurch Regelung den Schweißvorgang zu verbessern.

Viele Versuche und Überlegungen scheiterten jedoch daran, daß zu viele Einflußfaktoren wie Verschmutzung von Führungen, Lagerspiel, Kräfteverteilung arn Rohrumfang u.a. berücksichtigt werden mußten. Die Messung des Schweißdruckes, d. h. speziell des Druckes, mit dem die beiden zu verschweißenden Schützrohrkanten im Schweißpunkt aufeinandergedrückt werden, war aber mit Schwierigkeiten verbunden, weil der Kantendruck aus der Fülle der Komponenten nicht sicher zu selektieren ist

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein reproduzierbarer, dem tangentialen Kantendruck im Schweißpunkt des zu verschweißenden Rohres äquivalenter Meßwert ermittelt wird und den ermittelten Wert zur Regelung der Anlage einzusetzen, um eine gleichmäßige Schweißnahtqualität zu garantieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung befaßt sich mit der Messung des Stauchweges, d. h. mit der Messung der Umfangsverminderung, die vom Zeitpunkt c^!'s Berührens der Schweißkanten bis zum Zeitpunkt des Ausstauchens des Außen- und Innengrates der Schweißnaht in einer Querschnittsebene entsteht. Der Anteil der Umfangsverminderung, der bei Erzeugung des Schweißdruckes zur Wandverdickung am Umfang führt wird hier nicht betrachtet. Fehlschlüsse, wie bei reiner Druckmessung, sind daher nicht möglich.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist vom Prim Ip her von besonderer Einfachheit. Kurz vor dem Schweißpunkt werden in festem Abstand voneinander und ggfs. auch von den Kanten des Schlitzrohres Markierungen auf die Rohroberfläche aufgebracht, deren Abstand nach dem Schweißen wieder ausgemessen wird. Aus den beiden Abständen der Markierungen vor und nach dem Schweißen sowie dem Schlitzrohr· kantenabstand in der Markierungsebene läßt sich der Stauchweg errechnen.

Es ist nun von besonderem Vorteil für eine genaue Messung, wenn Markierungen besonders sauber und scharf zum Hintergrund abgegrenzt aufgebracht werden. Das kann erfolgen durch Aufbringen von Klebfolien, Farbspritzen, Farbroilen, Ritzen oder ähnliches. Ebenso läßt sich hier die Markierung mittels Laserstrahl anführen, wodurch ein optisch einwandfreies, scharfkantiges Bild entsteht, obwohl, wie Rauheiismessungen zeigten, die Eindringung des (schwachen) Laserstrahls in die Oberfläche nicht wiederzufinden ist.

In den Zeichnungen sind mögliche Ausfiihrungsbei· spiele für eine Vorrichtung zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Rohrabschnitt aus dem Bereich des Schweißpunktes,

Fig.2 die Markierungseinrichtung in der ersten Ebene,

F i g. 3 eine Anordnung zum Abtasten der Markierungen,

Fig.4 ein Blockschaltbild einer StauchwegmeB- und Regeleinrichtung,

Fig.5 einen Rohrabschnitt mit geänderter Markierung,

Fig.6 ein Berechnungsbeispiel zur Erstellung der Grundwerte für die Abstandsberechnung,

F i g. 7 ein geändertes Blockschaltbild für die Markierungsweise nach F i g. 5.

In F i g. 1 ist ein Rohrabschnitt R aus dem Bereich des Schweißpunktes Sp gezeigt, wobei die Schweißrichtung mit einem Pfeil angedeutet ist. Im Schlitzrohrbereich des Rohrabschnittes R befindet sich die Markierungsebene 1, im geschweißten Teil des Rohrabschnittes /?die Abtastebene 2. Die beidseitig der Kanten aufgebrachten Markierungen haben in der ersten Ebene den Abstand A und in der Ebene 2 den Abstand A'. Der Stauchweg S wird bei Kenntnis der Schlitzbreite Ao in der Ebene 1 durch: 5 = A — Ao- /!'bestimmt.

F ig. 2 stellt die Markierungseinrichtung in der Ebene 1 dar. Sie besteht aus einem Laser 11 und den beiden Spiegeln 9 und 10. Der Abstand A der von den Spiegeln 9 und 10 übertragenen Strahlen wird durch den Abstand der beiden Spiegel 9 und 10 zueinander sowie durch deren Drehwinkel eingestellt Der Abstand der äußeren Schlitzrohrkanten ist hier wiederum mit /4o bezeichnet.

Für die Messung der Schweißgeschwindigkeit wird eine berührungslose Laser- oder Korrelationsmeßeinrichtung 13 eingesetzt.

In F i g. 3 ist die Abtasteinrichtung für die Markierung dargelegt. In dieser Einrichtung treibt der Motor 8 über eine Welle 6 neben den Impulsgebern 7 und T ein Ritzel 5 an, das meinerseits die beiden Arme 4 und 4' gegenläufig bewegt. An den Enden der Arme 4 und 4' sind Reflextaster 3 und 3' angebracht. Die Reflextaster 3 und 3' besitzen neben der aufnehmenden Photodiode eine eigene Lichtquelle. Zur Umsteuerung des Motors 8 sind Endschalter 12 und 12' vorgesehen, während die Regelung dir Motordrehzahl durch die Meßeinrichtung 13 erfolgt. Die Impulsgeber 7 und T geben je nach geforderter Auflösung entsprechende Impulse für die digitale Wegmessung der oszillierenden Arme 4 und 4'.

In dem in Fig.4 gezeigten Blockschaltbild einer StauchwegmeB- und 'regeleinrichtung ist der Motor 8 mit den Erdschaltern 12 und 12' verbunden, wobei der Endschalter 12 für die Einstellung der Rückwärtszähler 23 und 23' bestimmt ist. Die Impulsgeber 7 und T wirken über die Bauteile 24 und 24' auf die Zähler 23 und 23'. Durch die Endschalter 12 und 12' werden Stopimpulse an die Bauteile 24 und 24' gegeben. Die Rückwärlszähler 23 und 23' erhalten ebenfalls impulse von den Reflextastern 3 und 3' über die Analog-Digilalwandler 21 und 21' und die Schwellen 22 und 22'. Die ermittelten Werte werden über einen Addierer 25 unter Zugabe des Festwertes 2&und des Sollwertes 27 mil einem Rechner verbunden, der den Schrittmotor 14 steuert.

In F i g. 5 ist wiederum ein Rohrabschnitt gezeigt mit einer anders gearteten Markierung, und zwar sind hier in der Ebene I beispielsweise rechtwinklige Dreiecke bekannter Winkelgröße aufgebracht, wobei die Spitze des Winkels * genau an der Kante abschließt. Auch hier ist der Schweißpunkt mit Sp bezeichnet und die Markierungsebene mit 1 und die Abtastebene mit 2.

In Fig.6 sind die Grundlagen für die Abstandsberechnungen dargestellt, und zwar stehen diese Strecken als Gegenkatheten zu den Ankatheten im Verhältnis

Ül

A,

= Ig Λ =

a-,

wobei die Gleichheit beider Winkel vorausgesetzt ist. Nach erfolgter Stauchung im Schweißprozeß wird die Spitze des Dreiecks auf der ursprünglichen Bandkante weggestaucht sein. Man kann also sagen:

A,-(A, + A₂)-S= x,

wobei 5 der Sollwert der Stauchung und χ die Abweichung vom Sollwert bedeutet.

In Fig.7 ist ein Blockschaltbild für einen Meßvorgang gemäß F i g. 5 und 6 dargestellt.

Die Abtastung des markierten Rohres R erfolgt kurz hinter dem Schweißpunkt Sp. Aus einer Fülle von Abtastmöglichkeiren mit ruhenden, rotierenden oder oszillierenden Abiastköpfen wird als Ausführungsbeispiel die Abtastung mittels oszillierenden Photodioden und Eigenlichtquellen (Reflextaster 3 und 3') vorgeschlagen, wobei in 20 mm Abstand des Tasters vom Objekt ein Fleck von 0,8 χ 10 mm deutlich erkannt wird. Wegen der Nähe der gerade verschweißten Naht ist eine Kühlung der Reflextasler, z. B. mittels Luftstrom oder Kühlelement erforderlich. Durch die Eigenstrahlung der Naht im Infrarotbereich kann es erforderlich werden, die Empfindlichkeit der Photodiode aus diesem Bereich ~l\i verlegen. Es kann beispielsweise über Blaulicht und entsprechendem Filter der Einfluß des Tageslichts und der Eigenstrahlung weitgehend eliminiert werden.

Der Abstand der Markierungsebene zur Abtastebene wird in Schweißrichlung gesehen im mittleren Abmessungsbereich etwa 1 m betragen. Die Abtastgeschwindigkeit (Oszillation) kann in Abhängigkeit von der Rohrschweißgeschwindigkeit verändert werden. Da sie mindestens 1 see betragen soll, kann beispielsweise bei 120 m/min Schweißgeschwindigkeit bereits nach 2 m Rohrdurchlauf eine Stauchwegkorrektur erfolgen.

Wesentlich schnellere Korrekturen sind selbstverständlich möglich. Der errechnete Stauchweg wird mi*, einem Sollwert verglichen. Bei Nichtübereinstimmung wird ein Korrektursignal (positiv oder negativ) an eine Schweißrollenverstelleinrichtung gegeben, die entsprechend die Rollen konzentrisch zusammen- oder auseinanderfährt. Wesentlich ist, daß die Verstelleinrichtung Walzen und Lagerungen spiel· und schlagfrei funktionieren, da eine einwandfreie Regelung nur dann gegeben ist.

Es ist auch denkbar, eine Abtasteinrichtung mit Mehrfachdioden einzusetzen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrischen Widerstandsschweißen eines von fortlaufend flachem, endlosem ϊ Band eingeformten Rohres mit Regelung in Abhängigkeit vom Stauchdruck, dadurch gekennzeichnet, daß in Laufrichtung gesehen vor dem Schweißpunkt auf beiden Seiten des Schlitzes sich gegenüberliegend in festem Abstand voneinan- »· der Markierungen auf die Schlitzrohroberfläche aufgebracht werden, wobei die Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Schweißgeschwindigkeit gesteuert wird, daß deren Abstand nach dem .Schweißpunkt ermittelt wird, daß zusätzlich der ΐί Abstand der äußeren Bandkanten des Schlitzrohres im Bereich der vor dem Schweißpunkt aufgebrachten Markierungen bestimmt wird und daß eine Regelung des Stauchdruckes mit der Maßgabe erfolgt, daß bei Abweichung des Istwertes des 2" bestimmten Stauchweges vom Sollwert des Stauchdruckes positiv oder negativ nachgeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Markierungen zusätzlich auch in festem Abstand von den Kanten des Schlitzrohres r> aufgebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen mit Hilfe eines geteilten Laserstrahles in justierbarem Abstand permanent oder intermittierend auf die »> SchlitzrohroVsrfläche aufgebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß bei intermittierender Markierung die Schweißgeschwindigkeit mit der Abtastung synchronisiert wird. »^r»

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung der Markierungen über mindestens I Tastqucl-Ie entweder oszillierend, rotierend oder feststehend erfolgt w

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Abtastung der Markierung optisch erfolgt

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mar- ·'· kierung aus geometrisch bestimmbaren und berechenbaren Figuren besteht.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 7, gekennzeichnet durch eine Markierungseinrichtung, enthaltend '*< einen Laser (U) und zwei Spiegel (9 und 10); ferner eine Abtasteinrichtung, enthaltend einen Motor (8). eine Antriebswelle (6), Impulsgeber (7 und T) und ein Ritzel (5) für den Antrieb von Armen (4 und 4'), die

an ihren Enden mit Reflextastern (3 und 3') »s iiusgestattet sind; Umsteuerungsendschalter (12 und 12') synchrongeschaltet mit einer Drehzahlsteuerung (13) für den Motor (8).