DE2850978C2

DE2850978C2 - Verfahren zum Regeln des Schweißvorganges bei der Herstellung von Längsnahtrohren

Info

Publication number: DE2850978C2
Application number: DE19782850978
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 4020 Mettmann Bösebeck; Otto Ing.(grad.) 4330 Mülheim Götting; Walter Ing.(grad.) 4330 Mülheim Heß; Franz Ing.(Grad.) Nicolai
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1978-11-21
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1982-04-08
Also published as: DE2850978A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Schweißvorganges bei der Herstellung von Längsnahtrohren durch Hochfrequenzschweißung eines kontinuierlich zu einem Schlitzrohr geformten Bandes gemäß den Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.

Die Erfindung geht aus von der US-PS 35 73 416, aus der es bekannt ist, den Schweißdruck und die zugeführte elektrische Energie zu messen und zu regeln. Die Temperatur der Schweißnaht wird bei diesem Verfahren indirekt über eine magnetische Messung am geschweißten Rohr im Abstand von dem Schweißpunkt bestimmt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die Einflußgrößen, die die Qualität der Schweißnaht bestimmen, nicht alle erfaßt bzw. zu spät erfaßt werden, um noch eine Regelung vorzunehmen. Für hochqualifizierte Schweißnähte ist daher dieses Verfahren zu ungenau.

Darüber hinaus ist ein Verfahren zum Regeln des Schweißvorgangs bei der Herstellung von Längsnahtrohren durch induktive oder konduktive Hochfrequenzschweißung aus einem kontinuierlich zum Schlitzrohr geformten Band bekannt, dessen Bandkanten V-förmig aufeinander zulaufen und sich im Schweißpunkt treffen, wobei zur Aufrechterhaltung der vorgegebenen Schweißtemperatur einerseits auf den Bandvorschub und damit auf die Schweißgeschwindigkeit und/oder andererseits auf die Erwärmungsstromstärke steuernd eingewirkt wird (DE-OS 16 90 599). Bei diesem Verfahren wird die Banddicke und der Einlaufwinkel der sich im Schweißpunkt treffenden Bandkanten ständig gemessen und aus den erzielten Ergebnissen der Messung ein Ist-Wert für die Steuerung gebildet, wobei durch eine Vergrößerung des Einlaufwinkels und der Banddicke eine Verringerung der Schweißgeschwindigkeit und/oder eine Vergrößerung der Erwärmungsstromstärke bzw. umgekehrt bewirkt wird.

Nachteilig bei dieser Steuerung ist, daß die Steuerungsparameter, z. B. der Einlaufwinkel meßtechnisch schwer zu erfassen und nichi alle Schweißparameter

ίο den Einlaufwinkel verändern bzw. dessen Veränderungen für die Schweißtemperatur nicht relevant sind, so daß verwendbare Meßergebnisse nur unzureichend zu erzielen sind.

Es ist ferner auch bekannt, nur die Temperatur in, vor oder hinter dem Schweißpunkt zu messen und den Schweißvorgang den Meßergebnissen entsprechend zu regeln.

Bei den bekannten Temperaturmeßverfahren wirken sich aber Wasserdampf und andere Umwelteinflüsse nachteilig aus. Außerdem wird der Quotient aus Δ T in °C/AP in kW im oberen Schweißtemperaturbereich immer geringer. Beide Einflüsse wirken ungünstig auf die Verfahrensregelung.

Bei dem durch die DE-OS 24 47 973 bekannten Verfahren zur Regelung der Schweißtemperatur wird versucht, die Temperaturmessung durch Messung der Parameter Hochfrequenzstrom, Wanddirke und Vorschubgeschwindigkeit zu umgehen.

Die bei diesem Verfahren berücksichtigten Einflußgrößen beinhalten jedoch nicht alle wesentlichen Parameter, insbesondere verteilt sich .die an der Stromeinleitungsstelle gemessene Schweißenergie (I² ■ R) in die Leistung im Schweißpunkt und in die übrigen Anteile (Bypässe), in zeitlich wechselnd ungleiche Anteile.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren so auszubilden, daß als Bewertungsgrößen für die Regelung des Schweißvorgangs sich unmittelbar an der Schweißnaht ergebende Werte herangezogen werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die in dem Kennzeichen der Patertansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale.
Gegenüber dem Stand der Technik besteht der Vorteil beider Lösungsmöglichkeiten darin, daß durch die direkte Erfassung der Ausbildung des Schweißwulstes — die die Qualität der Schweißnaht widerspiegelt — eine wesentlich genauere Regelung des Schweißvorgangs möglich ist.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren zum Regeln des Schweißvorgangs bei der Herstellung von Längsnahtrohren mit durch Hochfrequenzschweißen eines kontinuierlich zu einem Schlitzrohr geformten Bandes wird dadurch garantiert, daß die Schweißtemperatur und der Schweißdruck bei Veränderungen durch übliche Toleranzen, zum Beispiel der Blechdicke, der Schweißgeschwindigkeit, der Formungstoleranzen, der Materialeigenschaften usw. reproduzierbar einzustellen sind und in engen Toleranzgrenzen geführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt sich auf die Qualität des Erzeugnisses aus und verbessert die Verfahrenssicherung.
In den beigefügten Zeichnungen sind mögliche Ausbildungsformen einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zur Wulstbreitenmessung und

-regelung über die Schweißleistung,

Fig. la und Ib Schaubilder zur Darstellung der Verfahrenszusammenhänge von Schweißtemperatur, Reduktion und Nahtbreite,

F i g. 2 eine Wulstbreitenmessung zui Bestimmung und Regelung des Schweißdruckes, mit einem vorgeschalteten Temperaturleistungsregelkreis,

Fig.2a, 2b und 2c Schaubilder über funktionale Abhängigkeit von Schweißtemperatur, Schweißdruck und Wulstbreite iu

— Darstellung des Temperaturprofils im Schweißquerschnitt und

— Temperaturprofil des Flüssigkeitsauswurfs (Wulst). Wie F i g. 1 zeigt, wird das Rohr 1 von Druckrollen 2

erfaßt. Über dem Schweißwulst 3, dessen Breite mit »ß« bezeichnet ist, befindet sich ein berührungslos wirkendes Breitenmeßsystem 4. Zu dem Breitenmeßsystem 4 gehören ferner der automatische Regler 7 und der Handregler 8, die mit dem Steuerteil des HF-Generators 6 verbunden sind.

Fig. 1a zeigt in einer grafischen Darstellung die funktionale Abhängigkeit des Schweißwulstes »ß« von der Schweißtemperatur »Γ« bei konstanter Reduktion »/?« in den Druckrollen 2.

Fig. Ib zeigt das Temperatur-Breitenprofil des Schweißwulstes bei verschiedenen Schweißleistungen »P«.

In F i g. 2 wird über ein bekanntes Temperaturmeßsystem 5 die Schweißtemperatur »Γ« gemessen und über den Regler 7 und den Steuerteil des Generators 6 konstant gehalten.

Über dem Schweißwulst 3 befindet sich außerdem ein Meßsystem 4 zur Breitenmessung, dessen Meßwert dem Regler 4a und dem Stellglied 46 zugeführt wird.

In Fig.2a ist die funktionale Abhängigkeit von Schweißwulstbreite »ß« und dem Schweißdruck »F« bei konstanter Schweißtemperatur » Γ« dargestellt.

Fig. 2b zeigt das Temperaturprofil im Schweißquerschnitt.

F i g. 2c zeigt, daß bei konstanter Oberflächenschweißtemperatur »Γ« die Wulstbreite »ß« abhängig ist von dem Schweißdruck »F«.

Bei konstantem Einformungsumfang und konstantem Umfang des Schweißkalibers und damit gegebener konstanter Reduktion im Schweißkaliber wird über die Wulstbreite »ß« die Schweißqualität festgelegt. Entsprechend den funktionalen Zusammenhängen im Diagramm der Fig. la wird über die vorgegebene Breite »ß« und Reduktion »/?« die Schweißtemperatur » Γ« und damit die Schweißleistung »P« bestimmt.

In F i g. Ib sind die Oberflächentemperaturen »Γ« des Schweißwulstes bzw. des Nahtbereichs aufgezeigt. Der sehr steile Temperaturgradient des Wulstes ermöglicht es, über eine Isotherme mit einem geeigneten Breitenmeßgerät die Schweißwulstbreite »/?« zu bestimmen.

Zur Messung der Schweißwulstbreite »ß« (Fig. 1) wird eine Diodenzeilenkamera als Breitenmeßsystem 4 unmittelbar hinter d;m Sdiweißpunkt Za eingesetzt, deren Ausgangssignal über den Regler 7 mit vorgegebenem Breitensollwert Bs; den HF-Generator 6 entsprechend steuert und damit die Schweißwulstbreite »B« und damit die Schweißtemperatur »7« entsprechend F i g. 1 a regelt.

Die Schweißparameter »Λ« (Reduktion) und »Ek< (Schweißwulstbreite) werden als Einstellwert wie folgt ermittelt:

Mit einer bestimmten Reduktion »R« wird über eine empirisch ermittelte Leistung (Regler 8) geschweißt, die Wulstbreite »ß« gemessen und über entsprechende Prüfungen die Schweißqualität der Naht festgestellt. Die so gefundene Wulstbreite »ß« (in Verbindung mit »/?«) ist ein reproduzierbarer Einstellwert für die automatische Breitenregelung (7, Bs).

Mit diesem Verfahren werden Geschwindigkeitsänderungen, Wanddickenänderungen im normalen Toleranzbereich, Leistungsschwankungen im Schweißpunkt 3a (hervorgerufen durch geometrische Veränderungen des Schlitzrohres, wie Abstand Schweißpunki/Spule, Schweißwinkel und Kopplungsabstand Band/Spule) durch den Regler 7 ausreichend ausgeregelt.

Wie in F i g. 2a dargestellt, ergibt sich bei konstanter Oberflächenschweißtemperatur » Γ« und einer bestimmten Reduktion »/?« im Schweißkaliber 2 (siehe Fig. 2) eine davon abhängige Wulslbreite »ß«, die proportional dem Schweißdruck >>F« ist.

In Fig. 2b ist das Temperaturprofil im Schweißquerschnitt dargestellt. Es ist zu erkennen, daß nach dem Pressen sich in der Banddickenmitte kältere Temperaturbereiche berühren, während an der Oberfläche immer noch Schmelztemperatur (T= konstant) vorliegt. Versuchsmessungen haben ergeben, daß über den Volumenauswurf (~»ß«, siehe Fig. 2b) Proportionalität zwischen Schweißdruck »F« und Wulstbreite »ß« nach F i g. 2a gegeben ist.

Die beschriebenen Zusammenhänge ergeben einen Temperaturverlauf des Flüssigkeitsauswurfs bzw. des Nahibereichs entsprechend Fig.2c innerhalb des Arbeitsbereichs »A« (siehe F i g. 2a).

In Fig. 2 wird über einen Temperaturregelkreis, Temperaturmeßgerät 5, Regler 7, Hochfrequenzschweißgenerator 6 die Schweißwulstoberflächentemperatur konstant gehalter. Änderungen des Schweißdruckes »F« (F i g. 2c) beeinflussen die Schweißwulstbreite »ß«. Der Schweißwulstbreiten-Regelkreis (Breitenmeßgerät 4, Regler 4a, Stellglied 46 und Druckrollen 2) regelt Änderungen von »5« aus.

Damit ist gegenüber dem üblichen Verfahren der Druckmessung (z. B. Druckmeßdosen in den Zustelleinrichtungen der Rollen) eine wesentliche Verbesserung erzielt. Die Wulstbreite repräsentiert den Schweißdruck »F« im Schweißpunkt, während die übliche Druckmessung sich aus einer Reihe von Einzeldrücken, deren Verhältnis untereinander nicht konstant ist, zusammensetzt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln des Schweißvorgangs bei der Herstellung von Längsnahtrohren durch Hochfrequenzschweißung eines kontinuierlich zu einem Schlitzrohr geformten Bandes, bei dem die zugeführte elektrische Energie, der Schweißdruck, mit dem die Bandkanten zusammengepreßt werden und die Schweißtemperatur auf einen vorgegebenen Wert innerhalb des Arbeitsbereichs, in dem eine hinreichende Nahtbildung erfolgt, geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Einformungskaliber und das Schweißkaliber konstant gehalten werden und die zugeführte elektrische Energie in Abhängigkeit von der berührungslos gemessenen Breite des Schweißwulstes geregelt wird.

2. Verfahren zum Regeln des Schweißvorgangs bei der Herstellung von Längsnahtrohren durch Hochfrequenzschweißung eines kontinuierlich zu einem Schlitzrohr geformten Bandes, bei dem die zugeführte elektrische Energie, der Schweißdruck, mit dem die Bandkanten zusammengepreßt werden und die Schweißtemperatur auf einen vorgegebenen Wert innerhalb des Arbeitsbereichs, in dem eine hinreichende Nahtbildung erfolgt, geregelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführle elektrische Energie in Abhängigkeit von der berührungslos gemessenen Schweißtemperatur geregelt wird und zusätzlich der Schweißdruck in Abhängigkeit von der berührungslos gemessenen Breite des Schweißwulstes geregelt wird.