ITRM970317A1 - EQUIPMENT AND METHOD TO AUTOMATICALLY CONTROL THE QUANTITY OF HEAT SUPPLIED IN HIGH RESISTANCE ELECTRIC WELDING MACHINES - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: APPARECCHIATURA E METODO PER CONTROLLARE AUTOMATI-CAMENTE LA QUANTITÀ DI CALORE ALIMENTATO IN SALDA-TRICI A RESISTENZA ELETTRICA AD ALTA FREQUENZA Description of the industrial invention entitled: EQUIPMENT AND METHOD TO AUTOMATICALLY CONTROL THE QUANTITY OF HEAT SUPPLIED IN HIGH FREQUENCY ELECTRIC RESISTANCE WELDERS
La presente invenzione concerne una apparecchiatura ed un metodo per controllare automaticamente la quantità di calore alimentato in una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza, e più particolarmente una apparecchiatura di controllo ed un metodo per controllare una saldatrice a resistenza elettrica impiegata per la fabbricazione di tubi saldati elettricamente. The present invention relates to an apparatus and a method for automatically controlling the amount of heat fed into a high frequency electric resistance welding machine, and more particularly a control apparatus and a method for controlling an electric resistance welding machine used for the manufacture of pipes. electrically welded.
La saldatura a resistenza elettrica viene usata per saldare un oggetto ad un altro oggetto fondendo porzioni dei due oggetti da saldare sfruttando il calore di una resistenza elettrica. Sono state impiegate varie saldatrici a resistenza elettrica. In termini di metodo di saldatura, queste saldatrici a resistenza elettrica comprendono una saldatrice a punti, in cui .la saldatura viene attuata sotto condizioni in cui le parti degli oggetti da saldare si sovrappongono tra loro, una saldatrice su risalti, una saldatrice continua, una saldatrice di testa, in cui la saldatura viene attuata sotto·la condizione in cui le parti degli oggetti da saldare sono prospicienti tra loro, una saldatrice-di testa a scintillio, una saldatrice a percussione ed una saldatrice a dolce, in cui le parti degli oggetti da saldare vengono fuse direttamente. In termini di metodo di alimentazione della potenza elettrica ad una saldatrice, le saldatrici a resistenza elettrica comprendono anche una saldatrice generale monofase in alternata, una saldatrice a bassa reattanza ed una saldatrice ad accumulo di calore. In termini di metodo di applicazione di pressione alle parti degli oggetti da saldare, le saldatrici a resistenza elettrica comprendono una saldatrice del tipo ad applicazione manuale di pressione, una saldatrice del tipo ad applicazione di potenza elettrica, una saldatrice del tipo ad applicazione di pressione pneumatica, una saldatrice del tipo ad applicazione di pressione idraulica ed una saldatrice del tipo ad applicazione di una forza elettromagnetica. In termini di metodo di controllo, le saldatrici a resistenza elettrica comprendono anche una saldatrice a controllo asincrono, una saldatrice a controllo quasi sincrono, una saldatrice a controllo sincrono ed una saldatrice a base computerizzata. La saldatrice a base computerizzata comprende una saldatrice con controllo della tensione di ingresso, una saldatrice con controllo della corrente di ingresso del trasformatore per saldatura, una saldatrice con controllo della corrente di saldatura, una saldatrice con controllo della tensione della massa metallica di saldatura, una saldatrice con controllo della potenza di saldatura, una saldatrice con controllo della pressione/potenza, una saldatrice con controllo di selezione delle condizioni di. saldatura ed una saldatrice con controllo della massa metallica di saldatura. Electric resistance welding is used to weld an object to another object by melting portions of the two objects to be welded using the heat of an electrical resistance. Various electrical resistance welders were employed. In terms of the welding method, these electric resistance welding machines comprise a spot welding machine, in which welding is carried out under conditions in which the parts of the objects to be welded overlap each other, a welding machine on ridges, a continuous welding machine, a butt welder, in which the welding is carried out under the condition in which the parts of the objects to be welded are facing each other, a spark-butt welder, a percussion welder and a soft welder, in which the parts of the objects to be welded are melted directly. In terms of the method of supplying electrical power to a welder, electric resistance welders also include a general AC single-phase welder, a low reactance welder and a heat accumulation welder. In terms of the method of applying pressure to the parts of objects to be welded, electric resistance welding machines include a manual pressure application type welding machine, an electric power application type welding machine, a pneumatic pressure application type welding machine. , a welding machine of the type applying hydraulic pressure and a welding machine of the type applying an electromagnetic force. In terms of control method, electric resistance welding machines also include an asynchronous control welding machine, a quasi-synchronous control welding machine, a synchronous control welding machine and a computer-based welding machine. The computer-based welding machine includes a welding machine with input voltage control, a welding machine with input current control of the welding transformer, a welding machine with welding current control, a welding machine with voltage control of the welding metal mass, a welding machine with welding power control, a welding machine with pressure / power control, a welding machine with condition selection control. welding and a welding machine with control of the welding metal mass.
In tutte le saldatrici a resistenza elettrica sopra indicate, il calore della resistenza è generato alimentando una grande quantità di corrente ad una resistenza elettrica presente nelle parti a contatto degli oggetti da saldare. Gli oggetti vengono saldati insieme sfruttando il calore di questa resistenza. Verrà adesso descritto in dettaglio il principio di questa saldatura a resistenza elettrica . In all the electric resistance welders indicated above, the heat of the resistance is generated by feeding a large amount of current to an electric resistance present in the parts in contact with the objects to be welded. The objects are welded together using the heat of this resistance. The principle of this electrical resistance welding will now be described in detail.
Il calore Q della resistenza generato in una resistenza elettrica è proporzionale al valore R della resistenza elettrica ed al quadrato della corrente I alimentata alla resistenza elettrica, come espresso dall'equazione: Q = 0,24 x I<2>Rt (cal). Di conseguenza, si richiede un aumento della quantità di corrente alimentata agli oggetti da saldare per aumentare il calore della resistenza. Una grande quantità di corrente può essere alimentata utilizzando una piccola quantità di potenza VA a condizione che venga abbassata la tensione che viene fornita. The heat Q of the resistance generated in an electrical resistance is proportional to the value R of the electrical resistance and to the square of the current I fed to the electrical resistance, as expressed by the equation: Q = 0.24 x I <2> Rt (cal). Consequently, an increase in the amount of current supplied to the objects to be welded is required to increase the heat of the resistor. A large amount of current can be supplied using a small amount of VA power as long as the voltage being supplied is lowered.
Quando una corrente viene alimentata ai due fogli degli oggetti da saldare nella condizione in cui la punta di un elettrodo sta a contatto con quello selezionato dei due oggetti, si genera una resistenza massima nelle parti di quegli oggetti che stanno a contatto tra loro. Una resistenza minima si genera invece nella massa degli oggetti. Una resistenza media tra le resistenze massima e minima si presenta nelle aree in cui la punta dell’elettrodo sta a contatto con l'oggetto selezionato. Di conseguenza, una quantità massima di calore viene generata nelle parti degli oggetti che stanno a contatto tra loro, quando la corrente viene alimentata agli oggetti attraverso le punte degli elettrodi. Una quantità minima di calore viene generata nella massa degli oggetti. Una quantità media di calore, compresa tra le quantità massima e minima di calore, viene generata nelle aree in cui la punta dell'elettrodo sta a contatto con l'oggetto selezionato. When a current is fed to the two sheets of the objects to be welded in the condition in which the tip of an electrode is in contact with the selected one of the two objects, a maximum resistance is generated in the parts of those objects that are in contact with each other. On the other hand, a minimum resistance is generated in the mass of the objects. An average resistance between the maximum and minimum resistances occurs in the areas where the electrode tip is in contact with the selected object. Consequently, a maximum amount of heat is generated in the parts of the objects that are in contact with each other, when current is fed to the objects through the tips of the electrodes. A minimal amount of heat is generated in the mass of objects. An average amount of heat, between the maximum and minimum amounts of heat, is generated in areas where the electrode tip is in contact with the selected object.
D'altra parte, è necessario applicare una pressione appropriata agli oggetti, allo scopo di generare calore negli stessi e così saldarli. Inoltre, è richiesta una regolazione appropriata della quantità di corrente e del tempo di alimentazione della corrente in funzione delle caratteristiche metalliche degli oggetti, allo scopo di ottenere una saldatura di buona qualità. On the other hand, it is necessary to apply an appropriate pressure to the objects, in order to generate heat in them and thus weld them. Furthermore, an appropriate adjustment of the amount of current and of the current supply time is required as a function of the metallic characteristics of the objects, in order to obtain a good quality weld.
Tra le saldatrici a resistenza elettrica sopra menzionate, la presente invenzione concerne la saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza. In tale saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza, la corrente ad alta frequenza viene alimentata alle parti degli oggetti da saldare. Calore per induzione viene generato negli oggetti dalla corrente ad alta frequenza alimentata affinché gli oggetti vengano saldati. La corrente alimentata ha una frequenza elevata da 300 a 1.000 kHz. Quando una corrente viene alimentata agli oggetti nella condizione in cui un elemento di contatto sta a contatto con quello selezionato dei due oggetti, si stabilisce un circuito chiuso che ha una lunghezza minima che si estende a partire dall'elemento di contatto. Nel circuito avviene un fenomeno di riscaldamento per induzione, che fonde le parti degli oggetti da saldare. Among the above-mentioned electric resistance welding machines, the present invention relates to the high frequency electric resistance welding machine. In such a high frequency electrical resistance welding machine, the high frequency current is fed to the parts of the objects to be welded. Induction heat is generated in the objects by the high frequency current fed for the objects to be welded. The supplied current has a high frequency of 300 to 1,000 kHz. When a current is supplied to the objects in the condition in which a contact element is in contact with the selected one of the two objects, a closed circuit is established which has a minimum length extending from the contact element. In the circuit there is a phenomenon of heating by induction, which melts the parts of the objects to be welded.
Questa saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza viene principalmente sfruttata nella fabbricazione di tubi saldati a resistenza elettrica, perché ha una velocità di saldatura molto elevata e presenta una bassa incidenza nella generazione di difetti di saldatura. In particolare, la saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza presenta una buona qualità di saldatura ed al tempo stesso è economica. Di conseguenza, il metodo di saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza viene principalmente applicato ad articoli che devono avere una qualità elevata quali i tubi per l'alimentazione di petrolio o gas, i tubi dei pozzi di petrolio ed i tubi di acciaio per costruzioni meccaniche. Poiché questi tubi saldati a resistenza elettrica vengono usati per scopi importanti, come precedentemente accennato, è necessario controllare da vicino la formazione di difetti nelle parti saldate dei tubi saldati a resistenza elettrica. This high frequency electrical resistance welding is mainly exploited in the manufacture of electrical resistance welded tubes, because it has a very high welding speed and has a low incidence in the generation of welding defects. In particular, high frequency electric resistance welding has a good welding quality and at the same time is economical. Consequently, the high frequency electrical resistance welding method is mainly applied to items that must have a high quality such as oil or gas supply pipes, oil well pipes and steel pipes for mechanical construction. . Since these electrical resistance welded pipes are used for important purposes, as previously mentioned, it is necessary to closely monitor the formation of defects in the welded parts of the electrical resistance welded pipes.
Allo scopo di minimizzare l'incidenza nella formazione di difetti nella parte saldata di un tubo di acciaio fabbricato usando il summenzionato metodo di saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza, è stata proposta una apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato, che è atta a controllare automaticamente la quantità di calore di saldatura alimentato negli oggetti da saldare. Questa apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato rileva parametri, quali la velocità di saldatura ed uno spessore grezzo di saldatura, aventi una influenza sulla qualità della saldatura. In base ai parametri rilevati, l'apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato regola automaticamente la quantità di calore di saldatura alimentato necessario per stabilire condizioni di saldatura appropriate . In order to minimize the incidence of defect formation in the welded part of a steel pipe manufactured using the aforementioned method of high frequency electrical resistance welding, an automatic apparatus for the control of the supplied heat has been proposed, which is adapted to automatically control the amount of welding heat fed into the objects to be welded. This automatic equipment for the control of the supplied heat detects parameters, such as the welding speed and a raw weld thickness, which have an influence on the quality of the weld. Based on the detected parameters, the automatic equipment for the control of the supplied heat automatically adjusts the amount of supplied welding heat necessary to establish appropriate welding conditions.
L'apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato, usata in associazione con il metodo di saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza, sfrutta una variazione della frequenza di oscillazione, si basa sulla sagoma dei cordoni di saldatura ed utilizza la temperatura di saldatura ovvero la distribuzione delle temperature di saldatura in termini del tipo di segnale di reazione usato nell'apparecchiatura. In particolare, l'apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato, che sfrutta una variazione della frequenza di oscillazione, è descritta nelle pubblicazioni di brevetto giapponese N. Hei. 3-34432 e Sho. 52-111851. In questa apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato, una variazione della frequenza di oscillazione viene utilizzata come segnale di reazione per controllare automaticamente la quantità di calore di saldatura alimentato. Al crescere della quantità di calore di saldatura alimentato, aumenta la variazione della frequenza di oscillazione. Quando la quantità di calore di saldatura alimentato cresce ulteriormente fino al massimo della variazione della frequenza di oscillazione, la variazione della frequenza di oscillazione decresce dal suo valore massimo. Questa apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato sfrutta questo principio. Vale a dire che l'apparecchiatura automatica per il controllo del calore alimentato mantiene automaticamente una condizione di saldatura appropriata, mantenendo la quantità di calore di saldatura alimentato in una seconda zona di saldatura, in cui si presenta una variazione massima della frequenza di oscillazione. The automatic equipment for the control of the supplied heat, used in association with the high frequency electric resistance welding method, exploits a variation of the oscillation frequency, is based on the shape of the welding seams and uses the welding temperature or the distribution of welding temperatures in terms of the type of reaction signal used in the equipment. In particular, the automatic apparatus for the control of the fed heat, which exploits a variation of the oscillation frequency, is described in the Japanese patent publications N. Hei. 3-34432 and Sho. 52-111851. In this automatic powered heat control equipment, a change in the oscillation frequency is used as a reaction signal to automatically control the amount of soldering heat fed. As the amount of soldering heat supplied increases, the variation in the oscillation frequency increases. As the amount of soldering heat fed further increases to the maximum of the oscillation frequency variation, the oscillation frequency variation decreases from its maximum value. This automatic equipment for the control of the fed heat exploits this principle. That is to say, the automatic apparatus for controlling the supplied heat automatically maintains an appropriate welding condition, maintaining the amount of welding heat fed into a second welding zone, in which a maximum variation of the oscillation frequency occurs.
Tuttavia, tale apparecchiatura sfrutta un processo laborioso che richiede una tecnologia sofisticata, perché un campo appropriato di saldatura dovrebbe essere fissato in funzione dello spessore di un oggetto da saldare e della velocità di saldatura ogni volta che la quantità di calore di saldatura alimentato varia tra i valori minimo e massimo. Di conseguenza, v'è una degradazione nella produttività. However, such equipment takes advantage of a laborious process that requires sophisticated technology, because an appropriate welding range should be fixed as a function of the thickness of an object to be welded and the welding speed whenever the amount of weld heat supplied varies between minimum and maximum values. Consequently, there is a degradation in productivity.
Pertanto,, un oggetto dell'invenzione è quello di risolvere i problemi sopra menzionati che l'arte precedente implica e di prevedere una apparecchiatura ed un metodo che controllino automaticamente La quantità di calore alimentato in una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza e che siano in grado di misurare la frequenza e l'ampiezza delle scintille generate nelle parti degli oggetti da saldare ed utilizzino i valori misurati come segnale di reazione per controllare la quantità di calore di saldatura alimentato, realizzando così un controllo opportuno ed accurato del calore alimentato. Therefore, an object of the invention is to solve the aforementioned problems that the previous art implies and to provide an apparatus and a method which automatically control the quantity of heat fed into a high frequency electric resistance welding machine and which are able to measure the frequency and the amplitude of the sparks generated in the parts of the objects to be welded and use the measured values as a reaction signal to control the quantity of welding heat fed, thus realizing an appropriate and accurate control of the supplied heat.
In base ad un primo aspetto, la presente invenzione prevede una apparecchiatura automatica di controllo della quantità di calore alimentato per una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza, comprendente: mezzi sensori per rilevare un segnale delle scintille, che è generato da onde elettromagnetiche prodotte su parti di un oggetto da saldare; mezzi di elaborazione del segnale delle scintille per filtrare una componente desiderata del segnale delle scintille rilevato dai mezzi sensori, separare la componente filtrata del segnale in componenti del segnale di ampiezza e frequenza ed elaborare le componenti separate del segnale di ampiezza e frequenza; mezzi di generazione di calore montati su detto oggetto per generare il calore di fusione; mezzi di oscillazione per alimentare corrente ad alta frequenza a detti mezzi di generazione di calore; mezzi di controllo della saldatrice per controllare l'entità e la frequenza della corrente che viene alimentata da detti mezzi di oscillazione a detti mezzi di generazione di calore; mezzi di controllo della potenza della saldatrice per controllare l'uscita di detti mezzi di controllo della saldatrice; e mezzi di controllo principali, collegati a detti mezzi di elaborazione del segnale delle scintille ed a detti mezzi di controllo della potenza della saldatrice, per controllare l'uscita di detti mezzi di controllo della potenza della saldatrice in risposta ad un segnale delle scintille di reazione fornito da detti mezzi di elaborazione del segnale delle scintille .per stabilire la condizione ottimale di saldatura; la condizione ottimale di saldatura essendo stabilita quando un tubo saldato a resistenza elettrica viene fabbricato con detta saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza. On the basis of a first aspect, the present invention provides an automatic apparatus for controlling the quantity of heat supplied for a high frequency electric resistance welding machine, comprising: sensor means for detecting a spark signal, which is generated by electromagnetic waves produced on parts of an object to be welded; spark signal processing means for filtering a desired component of the spark signal detected by the sensing means, separating the filtered component of the signal into amplitude and frequency signal components and processing the separate amplitude and frequency signal components; heat generating means mounted on said object for generating the heat of fusion; oscillating means for supplying high frequency current to said heat generating means; control means of the welding machine for controlling the magnitude and frequency of the current which is supplied by said oscillating means to said heat generating means; power control means of the welding machine for controlling the output of said control means of the welding machine; and main control means connected to said spark signal processing means and to said welder power control means for controlling the output of said welder power control means in response to a reaction spark signal. provided by said spark signal processing means to establish the optimum welding condition; the optimum welding condition being established when an electrical resistance welded pipe is manufactured with said high frequency electrical resistance welding machine.
In base ad un altro aspetto, la presente invenzione prevede un metodo per controllare automaticamente una quantità di calore alimentato in una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza, comprendente le fasi di: (a), misurazione delle ampiezze e delle frequenze delle scintille, che variano con l'entità della corrente che viene alimentata ad un generatore di calore e che determinano una pluralità di zone di saldatura secondo i risultati misurati; (b) selezione di una zona ottimale tra dette zone di saldatura fissate in detta fase (a) in funzione di una condizione di saldatura; (c) avvio della saldatura in detta zona di saldatura selezionata in detta fase (b) e misura della quantità di scintille generate durante la saldatura; (d) confronto della quantità di scintille misurata in detta fase (c) con quella in detta zona di saldatura selezionata in detta fase (b); ed (e) regolazione della quantità di corrente che è alimentata a detto generatore di calore in funzione del risultato del confronto in detta fase (d); la condizione di saldatura ottimale essendo stabilita quando un tubo saldato a resistenza elettrica viene fabbricato con detta saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza. On the basis of another aspect, the present invention provides a method for automatically controlling a quantity of heat fed into a high frequency electric resistance welding machine, comprising the steps of: (a) measuring the amplitudes and frequencies of the sparks, which they vary with the magnitude of the current which is fed to a heat generator and which determine a plurality of welding zones according to the measured results; (b) selecting an optimal zone between said welding zones fixed in said step (a) as a function of a welding condition; (c) starting the welding in said welding zone selected in said step (b) and measuring the quantity of sparks generated during the welding; (d) comparing the quantity of sparks measured in said step (c) with that in said welding zone selected in said step (b); and (e) adjusting the amount of current which is supplied to said heat generator as a function of the result of the comparison in said step (d); the optimum welding condition being established when an electrical resistance welded pipe is manufactured with said high frequency electrical resistance welding machine.
Altri oggetti ed aspetti dell'invenzione appariranno evidenti dalla seguente descrizione di forme di realizzazione pratica con riferimento ai disegni allegati, in cui: Other objects and aspects of the invention will become apparent from the following description of practical embodiments with reference to the attached drawings, in which:
la FIG. 1 è una vista schematica che illustra un flusso di corrente generata in un oggetto da saldare nella fabbricazione di un tubo saldato a resistenza elettrica utilizzando una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza; FIG. 1 is a schematic view illustrating a flow of current generated in an object to be welded in the manufacture of an electrical resistance welded pipe using a high frequency electrical resistance welding machine;
la FIG. 2 è uno schema a blocchi che illustra la configurazione di una apparecchiatura per controllare automaticamente la quantità di calore alimentato in una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza secondo la presente invenzione; FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of an apparatus for automatically controlling the amount of heat fed into a high frequency electrical resistance welding machine according to the present invention;
la FIG. 3 è un grafico che illustra la frequenza e l'ampiezza delle scintille a seconda della quantità di calore di saldatura alimentato, che viene generato in ciascuna zona di saldatura della parte di un oggetto da saldare; e FIG. 3 is a graph illustrating the frequency and amplitude of the sparks depending on the amount of weld heat supplied, which is generated in each welding zone of the part of an object to be welded; And
la FIG. 4 è un diagramma di flusso che illustra un metodo per controllare automaticamente la quantità di calore alimentato in una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza secondo la presente invenzione. FIG. 4 is a flow chart illustrating a method for automatically controlling the amount of heat fed into a high frequency electrical resistance welder according to the present invention.
La FIG. 1 illustra schematicamente un flusso di corrente generato in un oggetto da saldare, in particolare nella fabbricazione di un tubo saldato a resistenza elettrica, che utilizza una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza. La FIG. 2 illustra la configurazione di una apparecchiatura per controllare automaticamente la quantità di calore alimentato in una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza secondo la presente invenzione. La FIG. 3 illustra la frequenza e l'ampiezza delle scintille in funzione della quantità di calore di saldatura alimentato, che viene generato in ciascuna zona di saldatura della parte di un oggetto da saldare. Dall'altro lato, la FIG. 4 è un diagramma di flusso che illustra un metodo per controllare automaticamente la quantità di calore alimentato in una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza secondo la presente invenzione. FIG. 1 schematically illustrates a current flow generated in an object to be welded, in particular in the manufacture of an electrical resistance welded tube, which uses a high frequency electrical resistance welding machine. FIG. 2 illustrates the configuration of an apparatus for automatically controlling the amount of heat fed into a high frequency electrical resistance welding machine according to the present invention. FIG. 3 illustrates the frequency and amplitude of the sparks as a function of the amount of welding heat fed, which is generated in each welding zone of the part of an object to be welded. On the other hand, FIG. 4 is a flow chart illustrating a method for automatically controlling the amount of heat fed into a high frequency electrical resistance welder according to the present invention.
La caratteristica delle scintille generate quando un oggetto metallico viene saldato sfruttando il metodo di saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza verrà descritta- in breve prima dell'apparecchiatura automatica di controllo del calore alimentato secondo la presente invenzione. Usando una telecamera ad alta velocità si può osservare che, quando la saldatura di un oggetto è effettuata sfruttando un metodo di . saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza, vengono generate scintille in corrispondenza dei bordi dell'oggetto che si trovano in prossimità di un punto di saldatura. In altre parole, le porzioni dei bordi dell'oggetto vengono fuse dalla corrente ad alta frequenza alimentata ad esse. In conseguenza di ciò fluisce metallo fuso in virtù della grande quantità di corrente che varia da 1.000 A a 3.000 A. Questo fenomeno è chiamato "instabilità di presa". Quando parti di metallo fuso vengono a contatto tra di loro, si generano scintille. The characteristic of the sparks generated when a metal object is welded using the high frequency electrical resistance welding method will be described briefly before the automatic powered heat control apparatus according to the present invention. Using a high-speed camera it can be observed that when the welding of an object is carried out using a method of. high frequency electrical resistance welding, sparks are generated at the edges of the object that are close to a welding point. In other words, portions of the edges of the object are fused by the high frequency current fed to them. As a result of this, molten metal flows due to the large amount of current ranging from 1,000 A to 3,000 A. This phenomenon is called "socket instability". When parts of molten metal come into contact with each other, sparks are generated.
Si osserva che la frequenza, cioè la velocità di generazione, di tali scintille cresce gradualmente al crescere graduale del calore di saldatura alimentato. Si osserva anche che, quando la quantità di calore di saldatura alimentato supera un certo livello, a cui si ha la frequenza massima delle scintille, la frequenza delle scintille diminuisce dal livello massimo. It is observed that the frequency, that is the generation speed, of these sparks gradually increases with the gradual increase of the welding heat supplied. It is also observed that, when the amount of weld heat supplied exceeds a certain level, at which the maximum spark frequency occurs, the spark frequency decreases from the maximum level.
Si osserva che l'ampiezza di tali scintille cresce al crescere della quantità di calore di saldatura alimentato. Si osserva pure che, quando viene generata simultaneamente una pluralità di scintille a causa di un incremento della quantità di calore di saldatura alimentato, l'ampiezza delle scintille diminuisce. It is observed that the amplitude of these sparks increases as the amount of welding heat fed increases. It is also observed that, when a plurality of sparks are generated simultaneously due to an increase in the amount of weld heat supplied, the amplitude of the sparks decreases.
Tale fenomeno .è schematicamente illustrato nella FIG. 1. Un incremento della quantità di calore di saldatura alimentato, It, dà origine ad un incremento della quantità di metallo fuso. Quando la quantità di metallo fuso cresce, si forma un ponte 22 di metallo fuso in un'area spaziata dalla porzione di saldatura 21 dell'oggetto. Una parte I2 della corrente di saldatura fluisce attraverso il ponte 22. Di conseguenza, il ponte 22 viene rapidamente riscaldato, generando così scintille. Quando si forma tale ponte in un'area spaziata dal punto di saldatura ad una distanza maggiore, la quantità di corrente, I2, che passa attraverso il ponte 22 è maggiore della quantità di corrente, Ij., che passa attraverso il punto di saldatura. Di conseguenza, l'ampiezza delle scintille generate nel ponte 22 cresce. This phenomenon is schematically illustrated in FIG. 1. An increase in the amount of weld heat supplied, It, results in an increase in the amount of molten metal. As the amount of molten metal increases, a molten metal bridge 22 is formed in an area spaced from the weld portion 21 of the object. A part I2 of the welding current flows through the bridge 22. As a result, the bridge 22 is rapidly heated, thus generating sparks. When such a bridge is formed in an area spaced from the weld point to a greater distance, the amount of current, I2, passing through the bridge 22 is greater than the amount of current, Ij., Passing through the weld point. As a result, the amplitude of the sparks generated in bridge 22 increases.
Di conseguenza, la quantità di calore di saldatura alimentato può essere misurata indirettamente misurando la frequenza e l'ampiezza delle scin-· tille. Pertanto, è possibile controllare in maniera efficiente la quantità di calore di saldatura alimentato misurando e controllando la frequenza e l'ampiezza delle scintille generate nell'area di saldatura. Consequently, the amount of solder heat supplied can be measured indirectly by measuring the frequency and width of the sparks. Thus, it is possible to efficiently control the amount of weld heat supplied by measuring and controlling the frequency and amplitude of the sparks generated in the welding area.
La FIG. 2 è uno schema a blocchi che illustra la configurazione di una apparecchiatura automatica di controllo della quantità di calore alimentato per una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza secondo la presente invenzione. Come rappresentato in questo disello, l'apparecchiatura automatica di controllo della quantità di calore alimentato comprende un'antenna a bobina 70 per rilevare un segnale delle scintille che viene generato dalle onde elettromagnetiche prodotte nelle parti di un oggetto 2 da saldare, una unità 3 di elaborazione del segnale delle scintille per filtrare una componente desiderata del segnale delle scintille rilevato dall'antenna a bobina 70, separare la componente filtrata del segnale nelle componenti di ampiezza e frequenza del segnale ed elaborare le componenti separate di ampiezza e frequenza del segnale, una bobina di induzione 61 montata sull'oggetto 2 per generare calore di fusione ed un oscillatore 6 per alimentare una corrente ad alta frequenza alla bobina di induzione 61. FIG. 2 is a block diagram illustrating the configuration of an automatic control apparatus for the quantity of heat supplied for a high frequency electric resistance welding machine according to the present invention. As shown in this figure, the automatic apparatus for controlling the quantity of heat supplied comprises a coil antenna 70 for detecting a signal of the sparks which is generated by the electromagnetic waves produced in the parts of an object 2 to be welded, a unit 3 of spark signal processing to filter a desired component of the spark signal detected by the coil antenna 70, separate the filtered component of the signal into the amplitude and frequency components of the signal, and process the separate amplitude and frequency components of the signal, a coil induction coil 61 mounted on the object 2 to generate heat of fusion and an oscillator 6 to supply a high frequency current to the induction coil 61.
L'apparecchiatura automatica di controllo della quantità di calore alimentato comprende ulteriormente un dispositivo di controllo 5 della saldatrice per controllare la quantità e la frequenza della corrente che viene alimentata dall'oscillatore 6 alla bobina di induzione 61, un dispositivo di controllo 4 della potenza della saldatrice per controllare l'uscita del dispositivo di controllo 5 della saldatrice ed un dispositivo di controllo principale 1 collegato all'unità 3 di elaborazione del segnale delle scintille ed al dispositivo di controllo 4 della potenza della saldatrice, per controllare l'uscita del dispositivo di controllo 4 della potenza della saldatrice in risposta ad un segnale delle scintille fornito come reazione dall'unità 3 di elaborazione del segnale delle scintille per stabilire la condizione ottimale di saldatura. The automatic control apparatus for the amount of heat supplied further comprises a control device 5 of the welding machine for controlling the quantity and frequency of the current which is supplied from the oscillator 6 to the induction coil 61, a control device 4 of the power of the welding machine to control the output of the control device 5 of the welding machine and a main control device 1 connected to the spark signal processing unit 3 and to the control device 4 of the power of the welding machine, to control the output of the control device control 4 of the power of the welder in response to a spark signal provided as a reaction by the spark signal processing unit 3 to establish the optimum welding condition.
L'unità 3 di elaborazione del segnale delle scintille comprende un rivelatore di scintille 31 per filtrare la componente desiderata del segnale delle scintille rilevato dall'antenna a bobina 70 e per amplificare la componente filtrata del segnale, un separatore di segnali 32 per separare il segnale di uscita del rivelatore di scintille 31 nei segnali di ampiezza e frequenza, un processore del segnale di frequenza delle scintille 33 per elaborare il segnale di frequenza separato dal separatore di segnali 32, un processore del segnale di ampiezza delle scintille 34 per elaborare il segnale di ampiezza separato dal separatore di segnali 32, un convertitore analogico/digitale (A/D) 35 per convertire i segnali analogici provenienti dai processori 33 e 34 dei segnali di frequenza e di ampiezza delle scintille in segnali digitali, ed un microprocessore 36 per controllare il rivelatore di scintille 31 in risposta ad un segnale di controllo proveniente dal dispositivo di controllo principale 1, convertire i dati di uscita del convertitore A/D 35 in dati seriali e presentare i dati seriali convertiti al dispositivo di controllo principale 1. The spark signal processing unit 3 comprises a spark detector 31 for filtering the desired component of the spark signal detected by the coil antenna 70 and for amplifying the filtered component of the signal, a signal separator 32 for separating the signal spark detector 31 in the amplitude and frequency signals, a spark frequency signal processor 33 to process the frequency signal separated from the signal separator 32, a spark amplitude signal processor 34 to process the spark signal amplitude separated by the signal separator 32, an analog-to-digital (A / D) converter 35 for converting the analog signals from processors 33 and 34 of the frequency and spark amplitude signals into digital signals, and a microprocessor 36 for controlling the spark detector 31 in response to a control signal from the main control device 1, convert the output data of the A / D converter 35 to serial data and present the converted serial data to the main control device 1.
Il dispositivo di controllo 4 della potenza della saldatrice comprende un convertitore A/D 43 per convertire un segnale di stato proveniente dal dispositivo di controllo 5 della saldatrice in un segnale digitale, un convertitore digitale/analogico (D/A) 42 per convertire un segnale di controllo del dispositivo di controllo della saldatrice in un segnale analogico e presentare il segnale di controllò analogico convertito al dispositivo di controllo 5 della saldatrice, ed un microprocessore 41 per elaborare il segnale di uscita proveniente dal convertitore A/D 43, presentare il segnale elaborato al dispositivo di controllo principale 1 ed applicare il segnale di controllo del dispositivo di controllo della saldatrice al convertitore D/A 42 in risposta ad un segnale di controllo proveniente dal dispositivo di controllo principale 1. The power control device 4 of the welding machine comprises an A / D converter 43 for converting a status signal from the control device 5 of the welding machine to a digital signal, a digital-to-analog (D / A) converter 42 to convert a signal control device of the welding machine control device into an analog signal and present the converted analog control signal to the control device 5 of the welding machine, and a microprocessor 41 to process the output signal from the A / D converter 43, present the processed signal to the main control device 1 and apply the control signal of the welding machine control device to the D / A converter 42 in response to a control signal from the main control device 1.
Il dispositivo di controllo 5 della saldatrice viene messo in funzione sotto il controllo del dispositivo di controllo 4 della potenza della saldatrice per ricevere una corrente alternata (AC) monofase o trifase, generare potenza alla frequenza e con intensità di corrente desiderate ed alimentare la potenza generata all'oscillatore 6. A questo scopo, il dispositivo di controllo 5 della saldatrice può comprendere di solito un tiristore, un tubo oscillante, ecc. The control device 5 of the welding machine is operated under the control of the control device 4 of the welding machine power to receive a single-phase or three-phase alternating current (AC), generate power at the desired frequency and current intensity and supply the generated power to the oscillator 6. For this purpose, the control device 5 of the welding machine can usually comprise a thyristor, an oscillating tube, etc.
La bobina di induzione 61 è montata sull'oggetto 2 per generare il calore di fusione. Normalmente, nelle saldatrici a resistenza elettrica ad alta frequenza, la bobina di induzione viene usata come generatore di calore nel caso in cui venga costruito un tubo di acciaio di piccolo diametro. In alternativa, per fabbricare un tubo di acciaio di grande diametro, una punta di contatto viene applicata alle porzioni dei bordi dell'oggetto da usare come generatore di calore. The induction coil 61 is mounted on the object 2 to generate the heat of fusion. Normally, in high frequency electrical resistance welders, the induction coil is used as a heat generator in case a small diameter steel pipe is built. Alternatively, to fabricate a large diameter steel tube, a contact tip is applied to the edge portions of the object to be used as a heat generator.
Con la struttura sopra indicata, l'apparecchiatura automatica di controllo della quantità di calore alimentato è atta a stabilire la condizione ottimale di saldatura, quando un tubo saldato a resistenza elettrica viene fabbricato mediante una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza . With the structure indicated above, the automatic apparatus for controlling the amount of heat supplied is adapted to establish the optimum welding condition, when an electric resistance welded pipe is manufactured by means of a high frequency electric resistance welding machine.
La Fig. 4 è un diagramma di flusso che illustra un metodo di controllo automatico della quantità di calore alimentato per una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza secondo la presente invenzione. Secondo la presente invenzione, il metodo di controllo automatico della quantità di calore alimentato è attuato per stabilire la condizione ottimale di saldatura, quando un tubo saldato a resistenza elettrica viene fabbricato con la saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza. Fig. 4 is a flow chart illustrating an automatic control method of the amount of heat supplied for a high frequency electrical resistance welding machine according to the present invention. According to the present invention, the method of automatic control of the amount of heat supplied is implemented to establish the optimal welding condition, when an electric resistance welded pipe is manufactured with the high frequency electric resistance welding machine.
Come rappresentato nella Fig. 4, il metodo di controllo automatico della quantità di calore alimentato comprende la fase 31 di misurazione delle ampiezze e delle frequenze delle scintille, che variano con la quantità di corrente che viene alimentata alla bobina di induzione, e di determinazione di una pluralità di zone di saldatura (preferibilmente otto zone di saldatura),<: >come rappresentato nella Fig. 3, in funzione dei risultati misurati, la fase 32 di selezione di una zona ottimale tra le zone di saldatura determinate nella precedente fase 31 in funzione delle condizioni di saldatura, la fase 33 di avviamento della saldatura nella zona di saldatura selezionata nella precedente fase 32 e misurazione della quantità (ampiezza e frequenza) di scintille generate durante la saldatura, la fase 34 di confronto della quantità di scintille misurate nella precedente fase 33 con quella nella zona di saldatura selezionata nella precedente fase 32, e le fasi 35, 351 e 36 di regolazione della quantità di corrente che viene alimentata alla bobina di induzione in funzione del risultato del confronto nella precedente fase 34. As shown in Fig. 4, the method of automatic control of the amount of heat supplied comprises the step 31 of measuring the amplitudes and frequencies of the sparks, which vary with the amount of current that is fed to the induction coil, and determining the a plurality of welding zones (preferably eight welding zones), <:> as shown in Fig. 3, depending on the measured results, the step 32 for selecting an optimal zone between the welding zones determined in the previous step 31 in depending on the welding conditions, the welding start-up phase 33 in the welding zone selected in the previous phase 32 and measurement of the quantity (amplitude and frequency) of sparks generated during welding, the phase 34 comparing the quantity of sparks measured in the previous step 33 with that in the welding zone selected in the previous step 32, and the steps 35, 351 and 36 for adjusting the q amount of current that is fed to the induction coil as a function of the result of the comparison in the previous step 34.
Il funzionamento dell'apparecchiatura automatica di controllo della quantità di calore alimentato per.una saldatrice a resistenza elettrica ad alta frequenza avente la struttura sopra indicata secondo la presente invenzione verrà descritto qui di seguito in dettaglio. The operation of the automatic apparatus for controlling the quantity of heat supplied for a high frequency electric resistance welding machine having the structure indicated above according to the present invention will be described hereinafter in detail.
Innanzitutto, prima di saldare, il dispositivo di controllo principale 1 dell'apparecchiatura misura le quantità di scintille in base alla variazione di una quantità di calore di saldatura alimentato, determina zone di saldatura separate a seconda delle quantità di scintille misurate ed assegna valori ponderali alle zone di saldatura determinate. Infatti, alla prima zona di saldatura viene attribuito un peso Ό ', alla seconda zona di saldatura viene attribuito un peso alla terza zona di saldatura viene attribuito un peso '2', alla quarta zona di saldatura viene attribuito un peso '3', alla quinta zona di saldatura viene attribuito un peso '4', alla sesta zona di saldatura viene attribuito un peso '5', alla settima zona di saldatura viene attribuito un peso '6' ed all'ottava zona di saldatura viene attribuito un peso '7'. In alternativa, la determinazione delle zone di saldatura può essere eseguita in maniera più minuta. Successivamente, il dispositivo di controllo principale 1 verifica la relazione esistente tra le quantità di scintille e le qualità delle saldature e sceglie una delle zone di saldatura determinate avente la qualità ottimale di saldatura in accordo con i risultati della verifica. First of all, before welding, the main control device 1 of the equipment measures the quantities of sparks according to the variation of a quantity of welding heat fed, determines separate welding zones according to the quantities of sparks measured and assigns weight values to the determined welding areas. In fact, a weight Ό 'is attributed to the first welding zone, a weight' 2 'is attributed to the second welding zone, a weight' 3 'is attributed to the fourth welding zone, to the a weight of '4' is attributed to the fifth welding zone, a weight of '5' is attributed to the sixth welding zone, a weight of '6' is attributed to the seventh welding zone and a weight of '7 to the eighth welding zone. '. Alternatively, the determination of the welding zones can be performed in a more minute way. Subsequently, the main control device 1 checks the relationship existing between the quantities of sparks and the qualities of the welds and selects one of the determined welding zones having the optimum welding quality in accordance with the results of the verification.
In questa maniera, la zona di saldatura ottimale viene selezionata mediante ripetuti confronti reciproci della quantità di corrente alimentata (quantità di calore di saldatura alimentato), dei dati delle scintille e dello stato della saldatura. In this way, the optimum welding zone is selected by repeated mutual comparisons of the amount of current supplied (amount of weld heat supplied), the spark data and the welding status.
Successivamente, il dispositivo di controllo principale 1 avvia la saldatura nella zona di saldatura ottimale. A questo punto, il dispositivo di controllo principale 1 misura una quantità di scintille generate durante la saldatura in una maniera che sarà indicata in dettaglio qui di seguito. Subsequently, the main control device 1 starts welding in the optimal welding zone. At this point, the main controller 1 measures a quantity of sparks generated during welding in a manner which will be detailed below.
Se alla bobina di induzione 61 montata sull'oggetto 2 viene applicata corrente ad alta frequenza, la corrente fluisce come rappresentato nella Fig. 1 per fondere le porzioni dei bordi dell'oggetto 2. Appena le porzioni dei bordi dell'oggetto 2 fondono e quindi colano, esse vengono unite nel punto di saldatura 21. A questo punto, viene generata una scintilla nelle parti fuse dell'oggetto 2 per un fenomeno elettrico derivante dalla corrente ad alta frequenza alimentata. Infatti, questo fenomeno di scintillio è originato da una forza elettromagnetica generata dalla fluidità delle parti fuse e dalla corrente che fluisce attraverso di esse. La quantità di scintille generate, .oppure l'ampiezza e la frequenza vengono variate come rappresentato nella Fig. 3 a seconda della quantità di calore di saldatura alimentato. If high frequency current is applied to the induction coil 61 mounted on object 2, the current flows as shown in Fig. 1 to melt the edge portions of object 2. As soon as the edge portions of object 2 melt and thus leakage, they are joined in the welding point 21. At this point, a spark is generated in the molten parts of the object 2 due to an electrical phenomenon deriving from the high frequency current supplied. In fact, this sparking phenomenon originates from an electromagnetic force generated by the fluidity of the molten parts and by the current flowing through them. The amount of sparks generated, or the amplitude and frequency, are varied as shown in FIG. 3 depending on the amount of weld heat supplied.
Successivamente,, l'unità 3 di elaborazione dei segnali delle scintille misura l'ampiezza e la frequenza delle scintille e fornisce i risultati misurati nuovamente al dispositivo di controllo principale 1. Pertanto, il dispositivo di controllo principale 1, in funzione dell'alimentazione 'reazionata di tali risultati, riduce o aumenta in maniera appropriata l'attuale quantità di calore di saldatura alimentato per stabilire la condizione ottimale di saldatura. In altre parole, previsto che la condizione ottimale di saldatura sia stabilita nella terza zona di saldatura, il dispositivo di controllo 1 mantiene la condizione di saldatura in modo ottimale facendo variare la quantità di calore Subsequently, the spark signal processing unit 3 measures the amplitude and frequency of the sparks and supplies the measured results again to the main controller 1. Thus, the main controller 1, depending on the power supply ' reacting to these results, appropriately reduces or increases the actual amount of soldering heat supplied to establish the optimum soldering condition. In other words, provided that the optimal welding condition is established in the third welding zone, the control device 1 maintains the welding condition in an optimal way by varying the amount of heat
la frequenza corrispondenti delle scintille. the corresponding frequency of the sparks.
condo la presente invenzione, quando un tubo saldato a resistenza elettrica viene fabbricato con la saldatrice resistenza elettrica ad alta fre- According to the present invention, when an electrical resistance welded pipe is fabricated with the high frequency electrical resistance welding machine
tato viene variata in maniera appropriata in base ad un segnale delle scintille generato durante la saldatura per mantenere automaticamente la condi- tate is varied appropriately based on a spark signal generated during welding to automatically maintain the condition
della saldatura ed incrementare la produttività. welding and increase productivity.
Sebbene le forme preferite di realizzazione pratica della presente invenzione siano state de¬ Although the preferred embodiments of the present invention have been de
rao si renderanno conto che sono possibili varie modifiche, aggiunte e sostituzioni senza allontanarsi dall'ambito e dallo spirito dell'invenzione come descritta nelle rivendicazioni allegate. It will be appreciated that various modifications, additions and substitutions are possible without departing from the scope and spirit of the invention as described in the appended claims.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT97RM000317 IT1293031B1 (en) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | Automatic control system for high frequency electric resistance welding - has main controller connected to spark signal processing unit and welding machine power controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT97RM000317 IT1293031B1 (en) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | Automatic control system for high frequency electric resistance welding - has main controller connected to spark signal processing unit and welding machine power controller |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITRM970317A0 ITRM970317A0 (en) | 1997-05-28 |
| ITRM970317A1 true ITRM970317A1 (en) | 1998-11-28 |
| IT1293031B1 IT1293031B1 (en) | 1999-02-11 |
Family
ID=11405100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT97RM000317 IT1293031B1 (en) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | Automatic control system for high frequency electric resistance welding - has main controller connected to spark signal processing unit and welding machine power controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT1293031B1 (en) |
-
1997
- 1997-05-28 IT IT97RM000317 patent/IT1293031B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ITRM970317A0 (en) | 1997-05-28 |
| IT1293031B1 (en) | 1999-02-11 |
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