DE1809287A1 - Verfahren zur Ermittlung der mittleren Schweisstemperatur bei laengsnahtgeschweissten Rohren - Google Patents

Description

• Verfahren zur Ermittlung der mittleren Schweißtemperatur bei längsnahtgeschweißten Rohren Geschweißte Rohre, insbesondere längsnahtgeschweißte Rohre, werden heute mit Festigkeiten erzeugt, die denen nahtloser Rohre praktisch nicht mehr nachstehen, Das innige Verfließen der Bandkanten zu einer Schweißnaht wurde um so günstiger, Je mehr es gelang die Erwärmung der Bandkanten gleichmäßig zu gestalten. Ungeachtet der Frage, ob es sich bei den betrachteten Rohren um widerstandsstumpfgeschweißte Rohrevhandelt oder aber um hochfrequenzgeschweißte Rohre, immer wird die Festigkeit ganz besonders gut sein, wenn dle Temperatur der Schweißnaht beim Schweißprozeß über lange Zeit hinweg konstant war. Um die Temperatur konstant zu halten, achtet man auf möglichst gleichförmige Bandkanten, extrem konstante Bandgeschwindigkeit und Energiezufuhr. Die Ermittlung der Sohweißtemperatur mit Hilfe optischer Instrumente mußte zwangsläufig scheitern, da vor den zu verschweißenden Bandstellen in der Regel häufig Dampf- und Gasentwicklungen sichtbar sind, welche auf das Verdampfen von Wasser- und Ölresten in der Schweißzone zurückgehen. Zwar gibt es fotoelektrische Anzeiger, welche durch die Dampfwolken hindurch Temperaturen anzuzeigen gestatten, allerdings handelt es sich hierbei stets um die Infrarotstrahlung der infrage stehenden Körperwärme und nie um Jenes Spektrum, welches für die Temperatur in erster Linie kennzeichnend ist, nämlich um den Bereich rot bis grün.
• Die Annahme, daß man auf Grund der zugeführten Energie in der Lage sei zu interpretieren, ob die Temperatur der Bandkanten hoch oder niedrig sei, ist in sofern verkehrt, als bei jedwedem Aufheizverfahren die Temperatur der Schweißzone nicht nur von der Höhe der aufgebrachten elektrischen Arbeit abhängt, sondern in erheblichem Maße auch von dem äußeren Druck, unter welchem die Schweißstelle steht. Trotzdem wäre eine genaue Kenntnis der Schweißzonentemperatur sehr von Nutzen.
• Nun ist die Messung der Temperatur Jenes Punktes ohnehin schwierig, da dieser Punkt auch eine räumliche Verschieb bung während des Schweiprozesses verfährt0 Demgegenüber weist eine bestimmte Stelle, welche oine bestimmte Distanz zum Schweißpunkt besitzt, in weiten Grenzen eine Temperatur auf, welche für die vorausgegangene Erwärmungstemperatur hinlänglich kennzeichnend ist.
• So besitzt beispielsweise ein 10 cm langes Rohrnahtstück,in ca. 50 cm Entfernung vom Schweißpunkt, eine Temperatur, welche bei vorgegebener Bandgeschwindigkeit sehr eindeutig eine Funktion der Schweißtemperatur ist.
• Jedoch auch die Temperaturbestimmung dieser Stelle wird in fast allen Fällen durch die gleichen Handikaps gehemmt, wie bei der Temperaturbestimmung in der Schweißzone.
• Um die geschilderten Mängel bei der Ermittlung der Schweiß nahttemperatur zu vermeiden, wird erfindungsgemäß in einem gewissen Abstand von der Schweißstelle in der Achsialrichtung des Rohres ein Magnetfeld erzeugt, welches seinerseits Wirbelströme in Umfangsrichtung des Rohres zur Folge hat, deren Dichte in erster Linie von der Höhe und der Frequenz des angelegten Magnetfeldes und von der Höhe des in der Umfangsrichtung herrschenden Widerstandes des Rohres abhängt. Da erfindungsgemäß das angelegte Magnetfeld mit Hilfe einer gekühlten Niederfrequenz- oder Mittelfrequenzspule erzeugt wird, erfolgen durch das warme oder kältere Rohr Rückwirkungen auf die Spule, die, Je nach Leitfähigkeit des Rohres, mehr oder minder Energie verbraucht. Eine in die Felderregerspule eingebaute Sekun därspule erfährt demnach eine um so geringere Dämpfung, Je wärmer das durch die Spule laufende Rohr ist. Wird die, der Sekundärspule entnommene, elektrische Wechselspannung einem Verstärker und anschließend einem Gleichrichter zua geführt, und wird die so gewonnene Gleichspannung mit einem bekannten, feststehenden Gleichspannungswert verglichen, so stellt man fest, daß bei konstantem Magnetfeld, mit wachsender Spannung in der Sekundärseite der Spule, die Temperatur steigt. Durch die Erhitzung der Bandkanten und der Schweißnaht wird den fließenden Wirbelströmen im Magnetfeld ein gezielter Widerstand entgegengesetzt, der zudem senkrecht in der Flußrichtung der Wirbelströme liegt.
• Nicht nur wird die induzierte Spannung im Rohr auf Grund des kleineren Volumens kalten Rohrmaterials geringerj auch der Ohmtsche Widerstand ist bei höher werdender Schweißnahttemperatur größer, und deswegen abermals ein eindeutiger Verminderungsfaktor für die Wirbelströme.
• Ohne die Zahl der möglichen Ausführungsformen zu begrenzen, sei anhand der beigefügten Zeichnung die Erfindung näher erläutert.
• Das zu schweißende Rohr trägt die Bezetohnung 1 , vom Schweißpunkt 2 um ca. 10-100 cm versetzt, befindet sich die Felderregerspule 3 mit einer Sekundärwicklung 4 die Sekundärwicklung 4 umgibt das Rohr in der Weise, daß nur noch ein verhältnismäßig kleiner Zwischenraum zwischen Rohr 1 und Spule 4 besteht.
• Die Pelderregerwicklung wird mit einem Wechselstrom gespeist, dessen Frequenz von den Dimensionen des zu scxlweißenden Rohres, von seiner Permeabilität und seiner Leitfähigkeit abhängt. Die Reglung der optimalen Frequenz hängt natürlich auch von dem Temperaturbereich ab, in welchem die Anlage zu Messungen eingesetzt werden soll.
• An der Spule 4 entsteht eine Wechselspannung, die sowohl von der Höhe des sich aufbauenden Magnetfeldes abhängt, wie auch von der Höhe der durch Wirbelströme erzeugten Gegenfelder. Je größer die Rohrnaht wird, desto geringer sind die entstehenden Gegenfelder, da der Wirbelstrom über die heiße Naht weniger gut zu fließen vermag, als über kaltes Metall.
• Die an der Spule 4 entstehende Wechselspannung wird im Gleichrichter 5 gleichgerichtet und mit Hilfe der Kapazität 6 so weit geglättet, daß Veränderungen der Spannungahöhe erst in einer Zeit von 0,5 - 2 Sekunden sichtbar werden. Die an Kondensator 6 stehende Gleichspannung wird mit einer regelbaren Normalspannung aus dem Gleichrichter 7 permanent verglichen. Beim Vorhandensein von Differenzen zwischen den Spannungen an 6 und 7 werden diese durch das Meßinstrument 8 angezeigt.
• Die Höhe des Ausschlages an 8 ist der Höhe der Temperaturabweichung in Rohr 1 in einem verhältnismäßig breitem Intervall proportional. Die Proportionalität zwischen der tatsächlichen Temperatur und der gemessenen Abweichung wird erst in dem Bereich gestört, in welchem der Einfluß der Permeabilität des nicht glühenden Mater,?ls die bremsende Wirkung der Temperatur auf die Wirbelströme überschreitet.
• Die Spannung am Meßinstrument 8 oder am Null-Indikator wird einem Verstärker und Trigger zugeführt ( 9, 10 ), von denen bei Überschreitung vorgegebener Grenzen Signale abgegeben werden, die auf den veränderten Temperaturzustand hinweisen, ebenso wird die vom Null-Wert abweichende Spannung einer Regelschaltung zugeführt, die für die Korrektur der Temperatur Sorge zu tragen hat.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung und Korrektur der Schweißtemperatur an längsnahteschweißten Rohren, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit Hilfe einer magnetischen Felderregerspule in dem gerade geschweißten Teil eines noch glühenden Rohrstückes Wirbelströme erzeugt werden, die durch die Temperatur der Schweißnaht begrenzt werden, so daß die Kurzschlußwirkung des geschlossenen, magnetfelddurchflossenen Rohres also das magnetische Gegenfeld - auf eine Sekundärwirkung um so kräftiger hervortritt, je kälter die Schweißnaht ist, und je größer somit die Dichte der Wirbelströme ist, deren Höhe lediglich von der angelegten Feldstärke und von der Temperatur des von den Wirbelströmen durchflossenen Rohrstückes abhängig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich die Temperaturänderung mit Hilfe eines Null-Indikators anzeigen läßt, wobei die dersSekundärspule entnemmene, gleichgerichtete Spannung mit einer einstellbaren "Nermalspannung" verglichen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g ek e n z n z e i c h n e t, daß mit Hilfe schnell schaltender Grenzwertgeber die Überschreitung von Unter-oder Obergrenzen optisch und/oder akustisch angezeigt wird,

4. Verfahren nach einem den vorbergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Differenzspannung aus "Normalspannung" und "Meßspannung" siner Regelanordnung zugeführt wird, welche dem zu schweidenden Rchr soviel Energie mchr oder weniger zuführt, bie keine Differenzspannung mehr vorhanden ist,

5. Verfahren und Vorrichtung nach einem der vorhergehen den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n Z e i c L n e t, daß die Wirbelstromspule in Längsrichtung des Rohres und in Durchlaufrichtung des Bandes nach dem sogenannten Schweißpunkt angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Frequenz der Wechselspannung mit welcher die Felderregerspule gespeist wird so gewählt wird, daß vorwiegend Temperatureffekte und nicht Permeabilitatseffekt;e die Spannung auf der Sekundärseite beeinflussen.