DE1006547B

DE1006547B - Process for flash-off welding with control of the feed speed according to the electrical state variables at the welding point

Info

Publication number: DE1006547B
Application number: DEL14215A
Authority: DE
Inventors: Ernst Wittkowsky
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1952-12-17
Filing date: 1952-12-17
Publication date: 1957-04-18

Description

Verfahren zum Abbrennschweißen unter Regelung der Vorschubgeschwindigkeit nach den elektrischen Zustandsgrößen an der Schweißstelle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbrennschweißen unter Regelung der Vorschubgeschwindigkeit der zu schweißenden Werkstücke gegeneinander nach den an der Schweißstelle herrschenden elektrischen Zustandsgrößen.Process for flash welding with control of the feed rate according to the electrical state variables at the welding point The invention relates to a process for flash-butt welding with control of the feed rate of the Workpieces to be welded against each other according to the prevailing at the welding point electrical state variables.

Der Schweißvorgang bei der Abbrennstumpfschweißung unterteilt sich bekanntlich in Vorwärmen, Abbrennen und Stauchen. Gegebenenfalls erfolgt anschließend noch ein Nachwärmen zum Vergüten oder Normalisieren der Schweißstelle. Sofern die Bedingungen dafür gegeben sind, kann der Vorwärmprozeß auch entfallen; der Schweißprozeß beginnt mit dem Abbrennen aus dem kalten Zustand und wird anschließend ebenfalls durch das Stauchen beendet.The welding process in flash butt welding is subdivided as is well known in preheating, burning and upsetting. If necessary, this takes place afterwards reheating to temper or normalize the weld. Unless the Conditions for this are given, the preheating process can also be omitted; the welding process begins to burn down from the cold state and will then also ended by upsetting.

Bei der Durchführung des Schweißverfahrens kommt es vor allem darauf an, daß die Vorschubgeschwindigkeit, mit der die zu schweißenden Werkstücke während des Abbrennens gegeneinandergeführt werden, der jeweils zu lösenden Schweißaufgabe entspricht, d. h .. der eingestellten Schweißspannung und dem zu schweißenden Querschnitt angepaßt ist. Bei dien bekannten Abbrennstumpfschweißma@schinen wird die günstigste Abbrenngeschwindigkeit empirisch ermittelt und eingestellt. Sie bleibt dann während des Abbrennprozesses meist konstant. Es sind jedoch auch Maschinen bekannt, bei denen die Abbrenngeschwindigkeit während des Anbrennprozesses verändert wird, besonders bei Abbrennen aus dem kalten Zustand. Man beginnt dort das Abbrennen mit ganz geringer Vorschubgeschwindigkedt und steigert sie erst langsam und nach dem Ende zu schneller. Dies erfolgt entweder durch spezielle Vorschubkurven oder universell durch Änderung der Drehzahl des antreibenden Motors. Im ersten Fall muß bei Umstellung der Maschine für eine andere Schweißaufgabe die Vorschubkurve, im zweiten Fall die die Motordrehzähl beeinflussende Steuerscheibe ausgewechselt werden. Eine Umstellung ist daher nicht nur allein zeitraubend, sondern auch mit Kosten verbunden, weil die Kurvenform meist durch langwierige Versuche ermittelt werden muß, sofern optimale Schweißergebnisse erzielt worden sollen. Es ist auch bereits bekannt, die Vorschubgeschwindigkeit der Werkstücke gegeneinander nach den an der Schweißstelle herrschenden elektrischen Zustandsgrößen automatisch zu steuern. Es ist auch bekannt, bei selbsttätigen Abschmelzschweißmaschinen das Nachschubwerk in Abhängigkeit von den jeweils zwischen den zu verschweißenden Teilen herrschenden elektrischen Zustandsgrößen zu beeinflussen.When performing the welding process, this is what matters most indicates that the feed rate at which the workpieces to be welded during of burning off against each other, the welding task to be solved in each case corresponds to, d. h .. the set welding voltage and the cross-section to be welded is adapted. With the known flash butt welding machines, the cheapest Burning speed determined and adjusted empirically. She then stays during of the burning process mostly constant. However, machines are also known at which the burning speed is changed during the burning process, especially when burning down from the cold state. You start burning off there with very little Feed speed and increases it slowly and faster after the end. This is done either through special feed curves or universally through changes the speed of the driving motor. In the first case, when converting the machine for another welding task the feed curve, in the second case the motor speed counter influencing control disk are replaced. There is therefore no change only time-consuming, but also associated with costs, because the curve shape is mostly must be determined by lengthy tests, provided that the welding results are optimal should be achieved. It is also already known the feed rate of the workpieces against each other according to the electrical prevailing at the welding point To control state variables automatically. It is also known in automatic butt welding machines the supply plant depending on the respective between the to be welded Part of influencing the prevailing electrical state variables.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Regelsollwert durch ein Programm oder durch selbsttätige Steuerung verändert wird und daß während des Abbrennvorganges die Regelung auf konstanten Schweißstrom erfolgt. Beim Einregeln auf den eingestellten Regelsollwert wird so versucht, denselben zu erhalten und an den Berührungsstellen der Werkstücke ein Schmorkontakt erzeugt, wie er beim Abbrennen auftritt. Bei dieser Art der Vorschubregelung entfällt also das Einstellen einer bestimmten Abbrenngeschwindigkeit und mithin die Anwendung spezieller Vorschubkurven oder sonstiger Einstellmittel. Die Abbrenngeschwindigkeit paßt sich vielmehr dem jeweiligen Wärmezustand der Werkstücke an den Berührungsstellen an und stellt sich somit selbsttätig auf den richtigen Wert ein. Dadurch ist die Umstellung auf eine andere Schweißaufgabe nicht mehr von der Auswechslung von Kurven- oder Steuerscheiben an der Maschine und von langwierigen Vorversuchen abhängig. Das Einstellen der Maschine wird also wesentl.ich vereinfacht und kann nun auch von weniger geschulten Fachkräften vorgenommen werden.According to the invention it is proposed that the control setpoint by a Program or by automatic control is changed and that during the burning process the regulation takes place on constant welding current. When adjusting to the set Control setpoint is attempted to maintain the same and at the points of contact the work piece creates a smoldering contact, as occurs when it is burned off. At this This type of feed control eliminates the need to set a specific burn rate and therefore the use of special feed curves or other setting means. Rather, the burning rate adapts to the respective heat condition of the workpieces at the points of contact and thus automatically adjusts to the correct one Value a. This means that the switch to a different welding task is no longer necessary the replacement of cam or control disks on the machine and of lengthy ones Dependent on preliminary tests. Adjusting the machine is therefore much easier and can now also be carried out by less trained specialists.

Beim Schweißen mit Vorwärmung setzt die Regelung im strengen Sinne erst ein, wenn die Werkstücke einen bestimmten Wärmegrad erreicht haben. Die Vorwärmung erfolgt in bekannter Weise durch strom-oder spannungsabhängiges selbsttätiges Steuern. Man kann auch zusätzliche Einsrichtungen vorsehen, die zeit-, weg- oder auch temperaturabhängig die Werkstücke selbsttätig durch Ein- und Ausschalten des Schweißstromes auf einen bestimmten Wärmegrad einsteuern und dann erst die eigentliche Regelung wirksam machen.When welding with preheating, the regulation applies in the strict sense only on when the workpieces have reached a certain degree of heat. The preheating takes place in a known manner by current or voltage-dependent automatic control. You can also provide additional facilities that are time-, distance- or temperature-dependent the workpieces automatically by switching the welding current on and off at one time control a certain degree of heat and only then make the actual control effective.

Der Sollwert, auf den der Schweißstrom eingeregelt werden soll, braucht während des Abbrennvorganges nicht immer konstant gehalten zu werden. Es ist in manchen Fällen auch zweckmäßig, ihn während des Abbrennprozesses zu verändern, und zwar mit zunehmender Erhitzung der Werkstücke zu verkleinern. Die Einstellung des Sollwertes wird dann vorteilhafterweise durch einen Programmgeber weg- oder zeitabhängig gesteuert.The setpoint to which the welding current is to be regulated is required not always to be kept constant during the burning process. It is in some In some cases it is also useful to change it during the burning process to shrink with increasing heating of the workpieces. The setting of the setpoint is then advantageously controlled by a programmer as a function of distance or time.

Die Stauchung schließt sich, wie bekannt, an den Abbrennprozeß an und setzt wegabhängig nach Erreichen einer bestimmten Ab:brennlänge ein, indem erfindungsgemäß die Differenz Regelsollwert-Schweißstrom stark positiv erhöht wird. Das kann beispielsiveise derart geschehen, daß dann der Schweißstrom ausgeschaltet wind. Die Regeleinrichtung wirkt dabei auf den Stauchschlitten so ein, daß die Werkstücke zusammengeführt werden. Nach einer anderen Lösung wird die Stauchung ebenfalls wegabhängig eingeleitet, der Schlveißstrom bleibt urausgeschaltet, der Schweißtromsollwert wird aber gleichzeitig bis auf etwa s s Kurzschl,ußwert erhöht, d. h. das Stellglied verändert den Regelsollwert. In diesem Falle wird die Regeleinrichtung ebenfalls auf den Stauchschlitten so einwirken, daß die Werkstücke zusammengeführt werden. Der Schweißstrom wird dann stauchkraft- oder zeitabhängig abgeschaltet und die Schweißung damit beendet. Die zeitabhängige Abschaltung des Schweißstromes ist für den Fall zweckmäßig, wenn ein Nachwärmen erforderlich ist.As is known, the upsetting follows the burn-off process and, depending on the path, begins after a certain burn-off length has been reached, in that, according to the invention, the difference between the setpoint value and the welding current is increased in a strongly positive manner. This can be done, for example, in such a way that the welding current is then switched off. The control device acts on the upsetting slide in such a way that the workpieces are brought together. According to another solution, the compression is also initiated as a function of the path, the closing current remains initially switched off, but the welding current setpoint is increased at the same time to about s s shortcircuit, ie the actuator changes the control setpoint. In this case, the control device will also act on the upsetting slide in such a way that the workpieces are brought together. The welding current is then switched off depending on the upsetting force or time, and the welding is thus ended. The time-dependent switch-off of the welding current is useful in the event that reheating is required.

Zur Einleitung des Regelvorganges wird der Schweißstrom (Ist-,vert) mittels eines Meßwerkes gemessen und mit dem eingestellten Sollwert verglichen. Abweichungen beeinflussen ein Stellglied, beispielsweise einen Stellmotor, der die Vorschubhewegung des Schlittens ausführt. Der Antrieb des Schlittens erfolgt vorteilhafterweise mittels Zylinder und Kolben hydraulisch und die Bewegungen werden mittels eines von der Regelung beeinflußten Schiebers gesteuert, der aus seiner Mittellage verschoben den Vor- bzw. Rücklauf bewirkt.To initiate the control process, the welding current (actual, vert) measured by means of a measuring mechanism and compared with the setpoint value set. Deviations affect an actuator, for example a servomotor, which the Performs feed movement of the slide. The carriage is advantageously driven by means of cylinder and piston hydraulically and the movements are made by means of a controlled by the regulation-influenced slide that moved from its central position causes the forward and reverse.

Das Meßwerk kann sowohl strom- als auch spannungsabhängig von der Sekundärseite oder auch stromab hängig von der Primärseite des Sch-,veißtransformators beeinflußt werden. Was am günstigsten ist, hängt von der zur @nwe.iid.ung gelangenden Regeleinrichtung ab. Diese und weitere vorteilhafte Ausführungen des Erfindungsgedankens seien an Hand der Zeichnung näher erläutert.The measuring mechanism can be both current and voltage dependent on the Secondary side or also downstream depending on the primary side of the welding, welding transformer to be influenced. What is cheapest depends on the result of the @ nwe.iid.ung Control device. These and other advantageous embodiments of the inventive concept are explained in more detail with reference to the drawing.

Am Maschinengestell -1 einer Stumpfschweißmaschine sind die die zu schweißenden Werkstücke 2 eingespannt haltenden Spannvorrichtungen angeordnet, die linke, 3, ortsfest, die rechte, 4, an einem Schlitten 5 horizontal beweglich. Die Spannbacken der Spannvorrichtungen sind mit den Enden der Sekundärwicklung 6 eines Schweißtransformators verbunden. Der Antrieb des Stauchschlittens erfolgt von dem Stellmot-or7, bestehend aus Kolbenstange, Kolben und Druckflüssigkeitszylinder. Mit diesem verbunden ist der Kraftschalter 8 (Nachfü:hrventil). Dieser besteht aus einem Gehäuse mit dem Nachführschieber 9, der beispielsweise über ein Getriebe mit einem Motor 10 verbunden ist. Zum Erzeugen der Druckflüssigkeit für den Antrieb dient ein Elektromotor 11 mit der Pumpe 12, die die Druckflüssigkeit aus dem Sammelbehälter 13 ansaugt und in. die Leitung 14 drückt. Von dort gelangt die Druckflüssigkeit über das Nachfübrventil 8 in den Druckzylinder.On the machine frame -1 of a butt welding machine are the ones to welding workpieces 2 clamped holding clamping devices arranged, the left, 3, stationary, the right, 4, horizontally movable on a slide 5. the Clamping jaws of the clamping devices are one with the ends of the secondary winding 6 Welding transformer connected. The upsetting slide is driven by the Servomotor7, consisting of piston rod, piston and hydraulic fluid cylinder. The force switch 8 (follow-up valve) is connected to this. This consists of a housing with the tracking slide 9, for example via a gear with a motor 10 is connected. For generating the hydraulic fluid for the drive serves an electric motor 11 with the pump 12, which the pressure fluid from the collecting container 13 sucks and in. The line 14 pushes. The hydraulic fluid arrives from there via the replenishment valve 8 into the pressure cylinder.

In der Ruhelage des Stauchschlittens 5 befindet sich der Nachführschieher 9 in der Mittellage. Seine Steuerkanten verdecken dabei die Einlaßkanüle 15 und 16 für den Dru.ckluftzylinder 7. Wird der Nachführschel)er9 aus seiner Mittellage gebracht, so geben seine Steuerkanten die Kanäle 15 und 16 frei. Die Druckflüssigkeit gelangt alsdann je nach Stellung des Schiebers 9 hinter oder vor den Kolben und bewegt diesen mit dem Schieber 5 vor oder zurück. Die auf der anderen Kolbenseite verdrängte Flüssigkeit fließt dabei über einen der Kanäle 15 über Gegendruckventil 18 in den Sammelbehälter 13. Zum Einstellen des Betriebsdruckes dient das Druckeinstellventil 17.The tracking slide is in the rest position of the upsetting slide 5 9 in the middle position. Its control edges cover the inlet cannula 15 and 16 for the compressed air cylinder 7. If the tracking shelf) er9 from its central position brought, so give its control edges the channels 15 and 16 free. The hydraulic fluid then passes, depending on the position of the slide 9, behind or in front of the piston and moves this with the slide 5 forwards or backwards. The one on the other side of the piston displaced liquid flows through one of the channels 15 via a counter pressure valve 18 into the collecting container 13. The pressure setting valve is used to set the operating pressure 17th

Die Verstellung des Nachführschiebers aus seiner Mittellage erfolgt beispielsweise von einem von der Regelung beeinflußten Motor über ein Getriebe oder von einer Spule 10. Zusammengefaßt besteht die Regeleinrichtung also atis dem Meßwerk 20, mit dem Meßfühler 19, zum Vergleich des zu messenden Istwertes mit dem einstellbaren Sollwert, einem Verstärker 21, für den Antrieb eines Kraftschalters (Schieber), den Kraftschalter 8 selbst und dem Stellmotor 7 (Zylinder und Kolben). Der Verstärker 21 könnte gegebenenfalls auch entfallen und die Beeinflussung des den Kraftschalter betätigenden Gliedes unmittelbar erfolgen. Der Meßort 19 ist beispielsweise an den Sekundärstromkreis gelegt.The adjustment of the tracking slide takes place from its central position for example, by a motor influenced by the regulation via a gear or from a coil 10. In summary, the control device consists of the measuring mechanism 20, with the sensor 19, to compare the actual value to be measured with the adjustable value Setpoint, an amplifier 21, for driving a power switch (slide), the power switch 8 itself and the servomotor 7 (cylinder and piston). The amplifier 21 could possibly also be omitted and the influencing of the power switch actuating member take place directly. The measurement location 19 is, for example, at the Secondary circuit laid.

Zum Schweißen wird der Schweißstrom eingeschaltet. Berühren sich die zu schweißenden Werkstücke bereits und steigt der Schweißstrom auf einen höheren als den eingestellten Sollwert an, so werden die Werkstücke durch das von der Regelung beeinflußte Stellglied so weit voneinander entfernt, bis der Schweißstrom mit dem eingestellten Sollwert übereinstimmt. Dabei entsteht an den Schweißstellen ein sogenannter Schmorkontakt, durch den die Werkstückender in bekannter Weise erhitzt werden und abbrennen, während sie durch die Regeleinrichtung kontinuierlich nachgeführt werden. Sofern sich die zu schweißenden Werkstücke beim Beginn der Schweißung noch nicht berühren, ist der gemessene Schweißstrom Null, dann `werden die Werkstücke durch den von der Regelung beeinflußten Stellmotor einander genähert, bis sie sich berühren, worauf dann die Regelung, wie vorher, auf den eingestellten Sollwert einregelt. Nach Erreichen einer bestimmten, an diesem Wegschalter 22 einstellbaren Abbrennlänge wird der Schweißstrom ausgeschaltet, der Regler bringt die Werkstücke schlagartig zur Berührung, und diese werden durch den den Kolben beaufschlagenden Öldruck in bekannter Weise gestaucht. Sofern. der Schweißstrom erst nach dem Stauchen ausgeschaltet werden soll, kann auch nach Erreichen der eingestellten Abbrennlänge der Schweiß.stromsollwert bis auf den Kurzschlußwert verstellt werden, wonach die Werkstücke, wie zuvor beschrieben, zusammengeführt und gestaucht werden. Das Abschalten des Schweißstrorres kann dann stauchkraft- und zeitabhängig erfolgen.The welding current is switched on for welding. Do they touch workpieces to be welded and the welding current rises to a higher one than the set target value, the workpieces are controlled by the control influenced actuator so far apart that the welding current with the the set target value. This creates a so-called weld at the welding points Smoldering contact, through which the workpieces are heated in a known manner and burn while they are continuously tracked by the control device. If the workpieces to be welded are not yet at the start of welding touch, if the measured welding current is zero, then the workpieces will pass through the servomotors influenced by the control approach each other until they touch, whereupon the control, as before, adjusts to the set target value. After a certain burn-off length which can be set at this travel switch 22 has been reached If the welding current is switched off, the controller brings the workpieces abruptly to contact, and these are in compressed in a known way. Provided. the welding current is only switched off after upsetting the welding current setpoint can also be reached after the set burn-off length has been reached can be adjusted up to the short-circuit value, after which the workpieces, as described above, be brought together and compressed. Switching off the welding current can then take place depending on the compression force and time.

Sofern die Schweißaufgabe Abbrennen aus dem kalten Zustand, wozu bekanntlich hohe Transformatorleistungen erforderlich sind., nicht gestattet, werden die Werkstücke nach dein Einschalten des Schweißstromes in bekannter Weise zusammengeführt und zur Berührung gebracht. Dadurch steigt der Schweißstrom an und bewirkt ein Auseinanderfahren der Werkstücke. Der Schweißstrom wird dabei unterbrochen, und die Werkstücke werden dann wieder bis zur Berührung zusammengefahren. Obwohl der Regelkreis in Betrieb gesetzt wird, ist das doch kein Regelvorgang in strengem Sinne, da das Stellglied den Schlitten derart beaufschlagt, daß der Strom unterbrochen und nicht auf konstanten Wert geregelt wird. Das ist also eine selbsttätige, stro:rnabhängge Steuerung für die allmähliche Erwärmung der Werkstücke. Dieses Spiel wiederholt sich so oft, bis die Werkstücke einen gewissen Wärmegrad erreicht haben. Dann bewirkt der mit zunehmender Erwärmung der Werkstücke kleiner werdende Schweißstrom keine Umschaltung mehr. Bei den bekannten Abbrennstumpfschweißmaschinen würde nun das Abbrennen in bekannter Weise mit der vorgegebenen Abbrenngeschwindigkeit einsetzen.If the welding task burns down from the cold state, what is known for high transformer powers are required., the workpieces are not permitted after you switched on the welding current merged in a known manner and brought to the touch. This increases the welding current and causes them to move apart of the workpieces. The welding current is interrupted and the workpieces are then contracted again until they touched it. Although the control loop is in operation is set, this is not a control process in the strict sense, since the actuator applied to the carriage in such a way that the current is interrupted and not at constant Value is regulated. So this is an automatic, power-dependent control for the gradual heating of the workpieces. This game repeats itself until the workpieces have a certain Have reached the degree of warmth. Then effected the welding current, which decreases with increasing heating of the workpieces, none Switching more. With the known flash butt welding machines this would now Start burning in a known manner at the specified burning rate.

Gemäß der vorliegenden Erfindung setzt jetzt die eigentliche Regelung ein, wobei die Abbrenngeschwindigkeit, wie schon geschildert, nunmehr stromabhängig geregelt wird.According to the present invention, the actual regulation now starts a, the burning rate, as already described, now dependent on the current is regulated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for flash welding under control the feed rate of the workpieces to be welded against each other according to the The electrical state variables prevailing at the welding point, characterized in that that the control setpoint is changed by a program or by automatic control and that during the burn-off process the control is set to constant welding current he follows.

2. The method according to claim 1, characterized in that during welding with preheating, moving the workpieces apart and bringing them together by climbing of the welding current via the respective control setpoint or due to the interruption of the current is controlled until the welding current no longer exceeds its Setpoint increases, and that then the burning process with regulation at constant Welding current starts.

3. The method according to claim 1, characterized in that d, ate during welding, the workpieces to be welded are brought together without preheating and are kept so far apart by the constant current regulator, that the welding current drops to the nominal value.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the upsetting process is also controlled by the controller will.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that for initiation of the upsetting process, the difference between the control setpoint and the welding current is path-dependent is increased positively so that the controller brings the workpieces together.

6. Procedure according to claim 5, characterized in that to initiate the upsetting process the welding current is switched off.

7. The method according to claim 5, characterized in that that to initiate the upsetting process, the control setpoint is greatly increased. B.

arrangement for carrying out the method according to claims 1 to 7, characterized in that a sensor for the welding current, a controller for the target / actual comparison, a drive for a control slide, a hydraulically moved piston, supply lines for a pressure medium, the supply of which can be changed by the control slide, and a slide connected to the piston is provided with which the to be welded Workpieces are moved against each other.

9. Arrangement according to claim 1 to 8, characterized characterized in that the control setpoint for the welding current before and during the burn-off is smaller than the short-circuit current through the cold workpieces. Considered Publications: German patent specifications No. 667 187, 683 019, 693 189, 728 374, 665 935.