CH623496A5

CH623496A5 - Flash butt welding process

Info

Publication number: CH623496A5
Application number: CH1397977A
Authority: CH
Inventors: Viktor Senderovich Lifshits
Original assignee: Vnii Po Stroitelstvu Magistr
Priority date: 1976-11-22
Filing date: 1977-11-16
Publication date: 1981-06-15
Also published as: FR2371264A1; FR2371264B1; SU737156A1; DE2752122A1; GB1592075A; IT1117702B; JPS5386657A; ATA835477A; DE2752122C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Abbrennstumpfschweissverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a flash butt welding method according to the preamble of claim 1.

Diese Erfindung ist anwendbar bei der Schweissung von Rohren, Schienen, Blechen und anderen, einen grossen Querschnitt aufweisenden Erzeugnissen. This invention is applicable to the welding of pipes, rails, sheets and other large cross-section products.

Es ist bereits ein Abbrennstumpfschweissverfahren bekannt, bei welchem die Schweissstücke vor dem Schweissen in den Klemmen einer Schweissmaschine eingespannt und mit an eine Gleichstromquelle angeschlossenen Stromzuführungen versehen werden (siehe Urheberschein Nr. 354 955,1972). Danach erfolgt der Anschluss der Schweissstücke an die Stromquelle, und beim Abbrennvorgang werden sie bei veränderlicher Geschwindigkeit kontinuierlich einander entgegengerückt. Beim Abbrennen erfolgt eine Erhitzung der Schweissstücke, wonach sie durch Stauchung plastisch verformt werden. A flash butt welding process is already known, in which the welded pieces are clamped in the clamps of a welding machine before welding and provided with power supplies connected to a direct current source (see copyright certificate No. 354 955, 1972). The welding pieces are then connected to the power source, and during the burning process they are continuously moved towards each other at variable speeds. When burning, the welded pieces are heated, after which they are plastically deformed by compression.

Das bekannte Schweissverfahren unter Anschluss von Schweissstücken an eine Gleichstromquelle eignet sich nicht für das Schweissen von Gegenständen grossen Querschnittes. Dies folgt aus Schwierigkeiten der Schaffung einer Gleichstromquelle mit Hunderttausenden Amper bei einer Niederspannung von 3 bis 9 V und einem begrenzten Widerstand des Schweissstromkreises von nicht über 40 piQ. The known welding method with the connection of welding pieces to a direct current source is not suitable for welding objects of large cross-section. This results from difficulties in creating a DC source with hundreds of thousands of amps at a low voltage of 3 to 9 V and a limited resistance of the welding circuit of not more than 40 piQ.

Es ist des weiteren ein solches Schweissverfahren bekannt (siehe Urheberschein Nr. 202 376), bei welchem den Schweissstücken mittels Stromzuführungen sinusförmiger netz-frequenter Wechselstrom zugeführt wird, während alle anderen Arbeitsgänge dem vorstehend geschilderten Schweissverfahren entsprechen. Such a welding process is also known (see copyright certificate no. 202 376), in which sinusoidal alternating-current alternating current is supplied to the welded pieces by means of power supplies, while all other operations correspond to the welding process described above.

Als Nachteil des erwähnten Schweissverfahrens gilt dessen geringer Wärmewirkungsgrad, der auf einen kleinen Effektivstrom im Abbrennvorgang zurückzuführen ist. Das ergibt seinerseits eine Herabsetzung des Kosinus (f sowie beträchtliche Verzerrungen der Stromharmonische und der Spannung während des Abbrennens von Schweissstücken. Hinzu kommt, A disadvantage of the welding process mentioned is its low thermal efficiency, which is due to a small effective current in the burning process. This in turn results in a lowering of the cosine (f as well as considerable distortions of the current harmonic and the voltage during the burning of welding pieces.

dass durch die konstante Frequenz bei diesem Schweissen während des gesamten Abbrennvorganges die Wärmeeinbringung in die Schweissstücke verringert wird. that the constant frequency during this welding reduces the heat input into the welding pieces during the entire burning process.

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Abbrennstumpfschweissverfahren zu entwickeln, bei welchem der Wärmewirkungsgrad des ununterbrochenen Abbrennvorganges durch die Form und die Frequenz des den Schweisstransformator speisenden Stromes gesteigert wird. The invention was based on the object of developing a flash butt welding process in which the thermal efficiency of the uninterrupted burning process is increased by the shape and frequency of the current feeding the welding transformer.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Je nach der Regelung des Schweissvorganges, die nach einem starren Programm bzw. einem Rückkopplungsalgorithmus ablaufen kann, können verschiedene Regelmethoden für die Frequenz des den Schweisstransformator speisenden Stromes verwendet werden. Depending on the control of the welding process, which can run according to a rigid program or a feedback algorithm, various control methods can be used for the frequency of the current feeding the welding transformer.

Bei der Regelung einer Momentangeschwindigkeit des Abbrennens, ausgehend von der Abbrenndauer bzw. -grosse, When regulating an instantaneous burn-off speed based on the burn-off time or size,

lohnt es sich, die Frequenz des den Schweisstransformator speisenden Stromes beim Abbrennvorgang in Abhängigkeit von der Abbrenngrösse bzw. der -zeit von Schweissstücken zu ändern. it is worth changing the frequency of the current feeding the welding transformer during the burning process depending on the size and time of the welded pieces.

Falls der Abbrennvorgang nach dem Wärmezustand der Schweissstücke geregelt wird, ist es sinnvoll, die Frequenz des den Schweisstransformator speisenden Stromes je nach der Temperatur der abzubrennenden Stirnflächen von Schweissstücken zu verändern. If the burning process is regulated according to the heat status of the welding pieces, it makes sense to change the frequency of the current feeding the welding transformer depending on the temperature of the end faces of the welding pieces to be burned off.

Zur besten Ausnutzung der Stromquelle ist es günstig, die Frequenz des den Schweisstransformator speisenden Stromes je nach der Annäherung an die Stauchung ständig ansteigen zu lassen, wobei die Frequenz ihren Grösstwert am Anfang der Stauchung zu erreichen hat. For the best use of the current source, it is favorable to let the frequency of the current feeding the welding transformer rise continuously depending on the approach to the upsetting, the frequency having to reach its maximum value at the beginning of the upsetting.

Das erfindungsgemässe Schweissverfahren wird nachfolgend beispielsweise näher erläutert. Danach werden die Schweissstücke vor dem Schweissen in den Klemmen einer Schweissmaschine eingespannt. Hierbei werden die Schweissstücke in den Klemmen der Schweissmaschine derart angeordnet, dass zwischen ihnen ein Mindestspalt vorhanden ist. Anschliessend werden den Schweissstücken die Stromzuführungen der Sekundärwicklung des Schweisstransformators zugeführt. Dann gibt man für die Schweissmaschine einen Schweissbetrieb vor, der eine Einstellung einer Stufe des Schweisstransformators (die Leerlaufsekundärspannung), The welding method according to the invention is explained in more detail below, for example. The welded pieces are then clamped in the clamps of a welding machine before welding. Here, the welding pieces are arranged in the clamps of the welding machine in such a way that there is a minimum gap between them. The welding leads are then supplied with the power supplies to the secondary winding of the welding transformer. Then a welding operation is specified for the welding machine, which involves setting a level of the welding transformer (the no-load secondary voltage),

ein Programm für die Änderung der Abbrenngeschwindigkeit (ein Programmnocken oder ein Algorithmus für die Änderung der Abbrenngeschwindigkeit), a program for changing the burning rate (a program cam or an algorithm for changing the burning rate),

ein Programm für die Änderung der Frequenz des den Schweisstransformator speisenden Stromes während des Abbrennens der Schweissstücke, a program for changing the frequency of the current feeding the welding transformer during the burning of the weld pieces,

einen Stauchgrad oder einen Algorithmus für den Stauchgrad beinhaltet. includes a degree of compression or an algorithm for the degree of compression.

Darüber hinaus wird der Druck im Hydrauliksystem der Einspannvorrichtung für die Schweissstücke sowie der Versteileinrichtung für die Verstellung der Schweissstücke beim Abbrennen und Stauchen eingestellt. In addition, the pressure in the hydraulic system of the clamping device for the welded pieces and the adjusting device for adjusting the welded pieces when burning and upsetting is set.

Nachher erfolgt unter Zuhilfenahme eines Relaissystems der Anschluss der Primärwicklung des Schweisstransformators an die Rechteckwechselstromquelle. Man betätigt nun den Antrieb, durch welchen die Schweissstücke im Verlauf des Abbrennens und der Stauchung einander entgegengerückt werden, und der Schweissvorgang beginnt. The primary winding of the welding transformer is then connected to the rectangular alternating current source with the aid of a relay system. The drive is now actuated, by means of which the welding pieces are moved towards each other in the course of the burning and the upsetting, and the welding process begins.

Beim Abbrennvorgang ändert sich die Frequenz des den Schweisstransformator speisenden Stromes dank den automati- During the burning process, the frequency of the current feeding the welding transformer changes thanks to the automatic

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

623 496 623 496

sehen Einrichtungen. Hierbei lässt man, wenn der Abbrennvorgang nach einem starren Programm abläuft, bei welchem sich die Momentangeschwindigkeit je nach der Abbrennzeit bzw. der -grosse verändert, die Stromfrequenz nach der Verlängerung der Abbrenndauer oder der Vergrösserung des Ab- 5 brennausmasses ansteigen. So kann man sich zum Beispiel der Abhängigkeit der Stromfrequenz f von der Abbrenngrösse I„ see facilities. Here, if the burning process is carried out according to a rigid program in which the instantaneous speed changes depending on the burning time or the size, the current frequency can increase after the burning time has been increased or the burning size has been increased. For example, the dependence of the current frequency f on the burn size I "

oder der Abbrennzeit t nach den Formeln f = a1 + k,I0» (1) or the burn-off time t according to the formulas f = a1 + k, I0 »(1)

. j. , . f = a2 + k2tn (2) 10 . j. ,. f = a2 + k2tn (2) 10

bedienen, wobei v ' operate, where v '

ai, a2, kj, kz, n Koeffizienten darstellen, die sich nach den technischen Daten der Schweissmaschine (dem Widerstand des Kurzschlusses des Schweissstromkreises), dem Werkstoff von Schweissstücken (der Temperaturleitzahl und dem spezifischen 15 elektrischen Widerstand) und dem zu schweissenden Querschnitt richten. ai, a2, kj, kz, n represent coefficients that depend on the technical data of the welding machine (the resistance of the short circuit of the welding circuit), the material of the welded pieces (the temperature coefficient and the specific electrical resistance) and the cross-section to be welded.

Bei der Regelung des Schweissvorganges in Abhängigkeit von dem Wärmezustand der Schweissstücke erhöht man die Frequenz im Masse des Temperaturanstieges Tk an den Stirn- 20 flächen der Schweissstücke z. B. nach der Formel f = a3 + k3 Tkn (3) When regulating the welding process as a function of the heat status of the welding pieces, the frequency is increased in the mass of the temperature rise Tk on the end faces of the welding pieces, for. B. according to the formula f = a3 + k3 Tkn (3)

wobei a3, k3 und n Koeffizienten sind, die von den technischen Daten der Schweissmaschine, dem Werkstoff von Schweiss- 25 stücken und deren Querschnitt abhängig sind. where a3, k3 and n are coefficients that depend on the technical data of the welding machine, the material of the welded pieces and their cross-section.

Sobald an den Stirnflächen von Schweissstücken eine vorgegebene Temperatur Kk oder — beim Schweissen nach einem starren Programm — eine vorgegebene Abbrenngrösse 10 erreicht ist, gibt die automatische Einrichtung ein Kommando zum Stauchen. Das Stauchen von Schweissstücken verläuft unter Spannung mit Hilfe von Kräften, die senkrecht zur Stumpfebene gerichtet sind. Bei der Stauchung wird der Strom nach einer bestimmten Zeit, also 0,1 bis 0,2 sec. vor dem Abschluss der Stauchung abgeschaltet. Gestaucht werden die Schweissstücke um einen vorgegebenen Wert bei der Regelung des Schweissvorganges nach einem starren Programm oder um eine Grösse, die gleich dem Abstand zwischen den Querschnitten mit einer vorgegebenen Temperatur Tg an der Stumpfgrenze ist, bei der Regelung des Schweissvorganges nach dem Wärmezustand. Damit endet der Schweissvorgang. Anschliessend werden die geschweissten Gegenstände den Klemmen der Schweissmaschine und den Stromzuführungen der Sekundärwicklung des Schweisstransformators entnommen. Zu guter Letzt lässt man die VerStelleinrichtung, die für die Verstellung der Schweissstücke bei Abbrennen und Stauchen verantwortlich ist, ihre Ausgangslage einnehmen. As soon as a predetermined temperature Kk or - when welding according to a rigid program - a predetermined burning size 10 is reached on the end faces of welded pieces, the automatic device gives a command for upsetting. The upsetting of welding pieces is under tension with the help of forces that are directed perpendicular to the stump plane. In the case of upsetting, the current is switched off after a certain time, that is 0.1 to 0.2 seconds before the end of the upsetting. The welded pieces are compressed by a predetermined value when controlling the welding process according to a rigid program or by a size that is equal to the distance between the cross sections with a predetermined temperature Tg at the butt limit when controlling the welding process according to the heat condition. This ends the welding process. The welded objects are then removed from the terminals of the welding machine and the power supply lines of the secondary winding of the welding transformer. Last but not least, the adjustment device, which is responsible for the adjustment of the weldments in the event of burning and upsetting, is allowed to assume its starting position.

Durch die Inanspruchnahme des erfindungsgemässen Schweissverfahrens, das sich durch die Form des den Schweisstransformator speisenden Stromes und die Änderung der Stromfrequenz im Abbrennvorgang auszeichnet, werden eine Kürzung der Schweisszeit um 20 bis 30%, eine Verminderung des Abbrennens um 10 bis 12% und eine beachtliche Senkung der installierten Leistung einer ortsveränderlichen Stromquelle beim Verschweissen von Haupt- und gesonderten Rohrleitungen im Felde erreicht. By using the welding process according to the invention, which is characterized by the shape of the current feeding the welding transformer and the change in the current frequency in the burning process, the welding time is reduced by 20 to 30%, the burning is reduced by 10 to 12% and a considerable reduction the installed capacity of a portable power source when welding main and separate pipelines in the field.

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Claims

623 496 PATENT CLAIMS

1. Flash butt welding process, in which the welded pieces are clamped in the clamps of a welding machine, the current leads of the secondary winding of a welding transformer are fed to the welded pieces, the primary winding of the welded transformer is connected to an AC power source, the live welded pieces are continuously moved against one another at variable speed during the burning off, at Burning process is heated and plastically deformed by upsetting, characterized in that the primary winding of the welding transformer is connected to a rectangular alternating current source, the frequency of the current feeding the welding transformer being changed during the burning process.

2. flash butt welding method according to claim 1, in which the frequency of the current feeding the welding transformer during the burning process is changed depending on the shortening of the welded pieces.

3. flash butt welding method according to claim 1, in which the frequency of the current feeding the welding transformer during the burning process is changed depending on the burning time of the welded pieces.

4. flash butt welding method according to claim 1, in which the frequency of the current feeding the welding transformer in the burning process is changed depending on the temperature of the end faces to be burned of welded pieces.

5. flash butt welding method according to one of claims 1 to 4, in which the frequency of the current feeding the welding transformer is constantly increased depending on the approach to the upsetting, the maximum value of the frequency corresponding to the beginning of the upsetting.