Die Technik, mit Hilfe massierter Hochfrequenzenergie ein zu einem Rohr geformtes Blech aufzuheizen und die besonders stark aufgeheizten Bandkanten miteinander zu verschweißen, wurde in den letzten Jahren intensiv weiterentwickelt und hat in der Zwischenzeit in weitem Umfang in der Rohrindustrie Platz gegriffen. Es werden dabei selektiv die Bandkanten des zu einem Rohr geformten Blechstreifens aufgeheizt und mit Hilfe von Druckrollen dann, wenn diese Bandkanten eine bestimmte Temperatur erreicht haben, gegeneinander gepreßt, wobei eine Verbindung des Materials stattfindet. Diese Herstellungsmethode ist - verglichen mit der Widerstandsstumpfschweißmethode - sehr elegant, sie ist fernerhin billig und wesentlich störungsfreier. Dennoch schleichen sich immer einige Fehler ein, die offenbar unvermeidlich erscheinen, da bisher eine Reihe von Versuchen Abhilfe zu schaffen, gescheitert sind. Die Hauptursache für das Auftreten von Fehlern hochfrequenzgeschweißter Rohre ist darin zu suchen, daß während des Herstellungsprozesses ein gewisses "Weglaufen" der Fabrikationsdaten eintritt und daß dieses "Auswandern" vom Bedienungspersonal meistens nicht erkannt wird. Ferner können sehr kurze Fehler auftreten, die häufig durch eine Verletzung der Bandkanten oder eine Verschmutzung derselben verursacht werden. Es können aber auch ganze Rohrpartien ungeschweißt oder mangelhaft geschweißt bleiben, wie auch ein Bandkantenversatz eintreten kann, der erst mit Hilfe nachgeschalteter zerstörungsfreier Werkstoffprüfverfahren entdeckt wird. Die den normalen Hochfrequenzschweißmaschinen eigenen Meßinstrumente sind in keiner Weise dazu geeignet, das Auftreten von Fehlern zu erkennen, im Gegenteil, es kann festgestellt werden, daß das Bedienungspersonal die innerhalb des Bedienungsfeldes der Schweißmaschine angebrachten Drehspulmeßinstrumente nie beobachtet, da die von diesen Meßinstrumenten dargestellten Werte ohnehin nicht für die Güte der hergestellten Naht repräsentativ sind. Um die Güte oder den Verschmelzungsgrad der Schweißnaht zu beurteilen, bedient sich
das Personal an den Schweißmaschinen praktisch nur seiner Augen, was wiederum, nach allgemeiner Ansicht, insofern suspekt ist, als diese Beurteilung nur subjektiv sein kann. Das menschliche Auge vermag die Temperatur, die beispielsweise bei einem Schweißvorgang auftritt, nicht wiederholbar zu interpretieren. Selbst wenn jedoch mit Hilfe elektronischer oder optischer Geräte die Temperatur laufend verfolgt würde, so könnte doch nicht verhindert werden, daß bemerkenswerte Temperaturunterschiede auftreten. Diese Temperaturunterschiede haben vorwiegend zwei Ursachen. Die erste Ursache ist die ungleichmäßige Energiezufuhr und/oder Energieverteilung an den Bandkanten und im Rohrrücken, die zweite Ursache ist auf den wechselnden Stauchdruck beim Zusammenpressen der aufgeheizten Bandkanten zurückzuführen. So konnte z.B. festgestellt werden, daß der Stauchdruck ständig Schwankungen unterliegt, was zum Teil auf Dickenunterschiede des zu verschweißenden Bandes zurückzuführen ist. Nun führen Toleranzen der Banddicke ohnehin zu einer Temperaturveränderung bei gleichem aufgebrachtem Strom in den Bandkanten, da sich erstens das zu erwärmende Volumen ändert und dabei gleichzeitig ein Ansteigen oder Fallen des Stauchdruckes zu beobachten ist. Wird der Stauchdruck willkürlich durch äußere Mittel vergrößert, so ist ein nennenswertes Absinken der Temperatur im Schweißpunkt festzustellen und umgekehrt. Dieses Phänomen wird dadurch erklärt, daß bei größerem Stauchdruck ein größeres Volumen zur Erhitzung gebracht wird, was bei gleicher zugeführter elektrischer Energie eben eine niedrigere Temperatur zur Folge hat. Somit sind also die umgesetzte Energiemenge und der Druck während des Schweißprozesses für die während der Schweißung auftretende Temperatur verantwortlich, und da keine dieser beiden Größen normalerweise gemessen wird, treten die weiter oben geschilderten Fehlschweißungen auf.The technique of using massively high-frequency energy to heat a sheet metal formed into a pipe and to weld the particularly strongly heated strip edges together has been intensively developed in recent years and has since made extensive use of the pipe industry. The band edges of the sheet metal strip formed into a tube are selectively heated and then, with the aid of pressure rollers, when these band edges have reached a certain temperature, pressed against each other, whereby a connection of the material takes place. This manufacturing method is - compared to the resistance butt welding method - very elegant, it is also cheap and much less trouble-free. Nevertheless, there are always some errors creeping in, which apparently seem inevitable, as a number of attempts to remedy the situation have failed so far. The main cause of the occurrence of defects in high-frequency welded pipes is to be found in the fact that the manufacturing data "runs away" to a certain extent during the manufacturing process and that this "migration" is usually not recognized by the operating personnel. Furthermore, very brief errors can occur, which are often caused by damage to the strip edges or contamination of the same. However, entire pipe sections can also remain unwelded or poorly welded, as can a strip edge misalignment which is only discovered with the help of downstream non-destructive material testing methods. The measuring instruments inherent in normal high-frequency welding machines are in no way suitable for recognizing the occurrence of errors, on the contrary, it can be determined that the operating personnel never observe the moving-coil measuring instruments installed within the control panel of the welding machine, since the values displayed by these measuring instruments anyway are not representative of the quality of the seam produced. To assess the quality or the degree of fusion of the weld seam, uses
the staff at the welding machines practically only look at their eyes, which in turn, according to the general opinion, is suspect insofar as this assessment can only be subjective. The human eye is unable to interpret the temperature that occurs during a welding process, for example, in a repeatable manner. However, even if the temperature were continuously monitored with the aid of electronic or optical devices, it could not be prevented that noticeable temperature differences occur. These temperature differences have mainly two causes. The first cause is the uneven energy supply and / or energy distribution on the strip edges and in the back of the pipe, the second cause is due to the changing upsetting pressure when the heated strip edges are pressed together. For example, it was found that the upsetting pressure is subject to constant fluctuations, which is partly due to differences in the thickness of the strip to be welded. Now, tolerances in the strip thickness lead to a change in temperature with the same current applied in the strip edges, since firstly the volume to be heated changes and an increase or decrease in the upsetting pressure can be observed at the same time. If the upsetting pressure is increased arbitrarily by external means, a noticeable decrease in the temperature in the welding point can be determined and vice versa. This phenomenon is explained by the fact that with a higher upsetting pressure, a larger volume is heated, which results in a lower temperature for the same electrical energy supplied. Thus, the amount of energy converted and the pressure during the welding process are responsible for the temperature occurring during the welding, and since neither of these two variables is normally measured, the faulty welds described above occur.
Um die geschilderten Mängel bei der Anwendung des Hochfrequenzschweißverfahrens für Rohre zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein Verfahren in Anwendung gebracht, bei welchem die zur Aufheizung der Bandkanten in dem Rohr fließenden Ströme gemessen werden, und zwar mit Hilfe von Halbleitern, welche die von diesen Strömen ausgehende magnetische Wirkung, nämlich das Magnetfeld, erfassen,
da diese Magnetfelder eindeutig die Stromverteilung in dem zu verschweißenden Rohr erkennen lassen. Gleichzeitig wird erfindungsgemäß der die Schweißung bewirkende Stauchdruck laufend gemessen und aus den Meßwerten der magnetischen Feldmessung und der Druckmessung eine elektrische Summe gebildet, die als Kenngröße für jene physikalischen Komponenten gewertet werden kann, die für die Schweißung verantwortlich sind. Erfindungsgemäß wird die genannte Summenbildung vorwiegend in der Weise vorgenommen, daß eine Vergrößerung des Druckes bei gleichbleibendem Strom eine Verminderung des Anzeigewertes zur Folge hat, bzw. dann eine Vergrößerung des Anzeigewertes eintritt, wenn sich der Druck vermindert. Zur weiteren Verkleinerung der Anzahl der Fehlschweißungen beim heute üblichen Verfahren wird erfindungsgemäß die als Kenngröße verzeichnete Summe der Effekte aus Schweißstrom und Schweißdruck zur automatischen Regelung der dem Rohr zugeführten Energie benützt, und zwar in dem Sinne, daß sich bei sich änderndem Druck stets ein Strom einstellt, der den geänderten Bedingungen Rechnung trägt und somit eine Temperatur zur Folge hat, die für eine erfolgreiche Schweißung geeignet ist.In order to avoid the described shortcomings when using the high-frequency welding process for pipes, a method is used according to the invention in which the currents flowing in the pipe to heat the strip edges are measured, with the aid of semiconductors, which measure the currents emanating from these currents detect the magnetic effect, namely the magnetic field,
because these magnetic fields clearly show the current distribution in the pipe to be welded. At the same time, according to the invention, the upsetting pressure causing the weld is continuously measured and an electrical sum is formed from the measured values of the magnetic field measurement and the pressure measurement, which can be evaluated as a parameter for those physical components that are responsible for the weld. According to the invention, the above-mentioned summation is mainly carried out in such a way that an increase in the pressure while the current remains the same results in a reduction in the display value, or an increase in the display value occurs when the pressure decreases. In order to further reduce the number of faulty welds in the process commonly used today, the sum of the effects of welding current and welding pressure recorded as a parameter is used according to the invention to automatically regulate the energy supplied to the pipe, in the sense that a current is always established when the pressure changes which takes the changed conditions into account and thus results in a temperature that is suitable for a successful weld.
Ohne die Anzahl der möglichen Ausführungsformen zu begrenzen, sei anhand eines Beispieles die Erfindung näher erläutert. In der beigefügten Zeichnung bedeuten 1 das Schlitzrohr (also das noch zu verschweißende Rohr), 2 die Stauchrollen, 3 ein Hallgenerator zur Messung des Stromes in den Bandkanten, 4 ein Dehnungsmeßstreifen zur Vermittlung eines Wertes, der für den Stauchdruck repräsentativ ist, 5 ein Verstärker zur Verstärkung der vom Hallgenerator 3 abgegebenen Spannungen, 6 ein Verstärker zur Verstärkung der vom Dehnungsmeßstreifen 4 abgegebenen Spannung, 7 eine elektronische Mischstufe zur Addition der Meßwerte, hervorgerufen von 3 und 4, 8 und 9 Regelwiderstände zur Beeinflussung des Ergebnisses in 7 in dem Sinne, daß die Summenbildung in der Weise erfolgt, daß die von 7 abgegebene Spannung tatsächlich für die Höhe der Temperatur des Schweißpunktes 10 repräsentativ ist, 11 ein elektronischer Schwellwertanzeiger, welcher Unter- und Obergrenzen des Toleranzbereiches einzustellen gestattet und dann ein Signal
auslöst, wenn die aus 5 und 6 gebildete Summe das Toleranzgebiet verläßt. 12 stellt eine niederohmige Stromquelle dar, die von der Summe, gebildet aus 5 und 6, beeinflußt wird, und über die Steuerleitung 13 direkt den Hochfrequenzgenerator der Hochfrequenzschweißmaschine beeinflußt.Without limiting the number of possible embodiments, the invention will be explained in more detail using an example. In the accompanying drawing, 1 denotes the slotted tube (i.e. the tube still to be welded), 2 the compression rollers, 3 a Hall generator for measuring the current in the strip edges, 4 a strain gauge for conveying a value that is representative of the compression pressure, 5 an amplifier for amplifying the voltages emitted by the Hall generator 3, 6 an amplifier for amplifying the voltage emitted by the strain gauge 4, 7 an electronic mixer stage for adding the measured values, caused by 3 and 4, 8 and 9 variable resistors to influence the result in 7 in the sense, that the summation takes place in such a way that the voltage output by 7 is actually representative of the height of the temperature of the welding point 10, 11 an electronic threshold value indicator, which allows lower and upper limits of the tolerance range to be set and then a signal
triggers when the sum formed from 5 and 6 leaves the tolerance zone. 12 represents a low-resistance current source which is influenced by the sum formed from 5 and 6 and, via the control line 13, directly influences the high-frequency generator of the high-frequency welding machine.
Verändert sich der mit dem Dehnungsmeßstreifen gemessene Druck der Stauchrollen z.B. nach oben infolge einer Zunahme der Blechstärke, so würde bei nichtgeregelten Maschinen eine geringfügige Temperaturabnahme die Folge sein. Mit Hilfe der beschriebenen Anordnung erfolgt jedoch eine Regelung in der Weise, daß die höhere, von 4 abgegebene und von 6 verstärkte Spannung in der Mischanordnung 7 eine Verminderung des Gesamtwertes, gebildet aus 5 und 6, zur Folge hat, was wiederum die Regelendstufe 12 in der Weise beeinflußt, daß die Ausgangsspannung des Hochfrequenzgenerators heraufgeregelt wird, wodurch ein größerer Strom in den Bandkanten zu fließen beginnt, so daß die Summe aus 5 und 6 wieder eine Höhe erreicht, welche bei dem gerade herrschenden Druck für eine korrekte Temperatur maßgeblich ist. Damit sich der Prozeß jedoch nicht ins Uferlose ausdehnen kann, wird mit Hilfe des Schwellwertgebers 14 darauf geachtet, daß der Schalter 15 den Schweißprozess dann unterbricht, wenn die Druckwerte über ein gewisses vorausbestimmtes Maß nach oben oder unten abweichen.If the pressure of the upsetting rollers measured with the strain gauge changes, e.g. upwards as a result of an increase in the sheet thickness, a slight decrease in temperature would result in non-regulated machines. With the aid of the arrangement described, however, regulation takes place in such a way that the higher voltage output by 4 and amplified by 6 in the mixer arrangement 7 results in a reduction in the total value formed from 5 and 6, which in turn results in the control output stage 12 in the way that the output voltage of the high-frequency generator is increased, whereby a larger current begins to flow in the strip edges, so that the sum of 5 and 6 again reaches a level which is decisive for a correct temperature at the current pressure. However, so that the process cannot expand beyond boundaries, it is ensured with the aid of the threshold value transmitter 14 that the switch 15 interrupts the welding process when the pressure values deviate upwards or downwards by a certain predetermined amount.
In gleicher Weise erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Regelung der Temperatur in der Schweißzone, indem die von dem Mischgerät 7 abgegebene Spannung auch noch durch einen Geber beeinflußt wird, der, am Rohr angebracht, in gleicher Weise wie der Dehnungsmeßstreifen 4 eine Spannung liefert, die von der gerade gefahrenen Bandgeschwindigkeit abhängt.In the same way, the method according to the invention allows the temperature in the welding zone to be regulated by the voltage output by the mixer 7 is also influenced by a transmitter which, attached to the pipe, supplies a voltage in the same way as the strain gauge 4, which is determined by depends on the belt speed currently being driven.