RU2486998C1

RU2486998C1 - Method of measuring upset force in contact butt welding

Info

Publication number: RU2486998C1
Application number: RU2012120370/02A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Пасечник; Борис Александрович Сивак; Александр Фёдорович Новицкий; Руслан Жанибекович Жумин
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2013-07-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention may be used in strip welding at special contact welding machines by continuous burning-off or resistance. Top and bottom box-like measuring elements are fitted in welding machine in place of jaws. Said elements comprise strain gages integrated in measuring half-bridges glued on their vertical walls. Thickness of said vertical walls are selected with due allowance for relationship between period of their intrinsic oscillations at impact load and upset duration that makes, at least, 0.01. Strain gages of every half-bridge are connected in series opposition. Point of integration of every half-bridge is arranged at, at least, one metre from welding zone. Bridge unbalance current is measured at horizontal strain of aforesaid vertical walls by upset force transferred via clamped part.

EFFECT: stable accuracy at optimum welding conditions.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам измерения давления осадки при контактной стыковой сварке полос или изделий компактного сечения, выполняемой на специализированных машинах контактной сварки непрерывным оплавлением или сопротивлением.The present invention relates to welding production, and in particular to methods of measuring upset pressure during flash butt welding of strips or products of compact cross-section, performed on specialized resistance welding machines by continuous flash or resistance.

Давление осадки при контактной стыковой сварке является важнейшим параметром режима сварки, от которого зависит качество сварного стыка, а также вес, сложность и стоимость сварочных машин. Давление осадки в свою очередь зависит от теплофизических свойств свариваемого материала, степени нагрева, скорости осадки, сечения свариваемых изделий и т.д. Расчет требуемых усилий осадки для обеспечения доброкачественной сварки достаточно сложен и неточен из-за многих трудно учитываемых факторов, влияющих на давление осадки. Поэтому чаще всего используют экспериментальный способ определения давлений осадки путем измерения его в процессе осадки.Pressure of upset during flash butt welding is the most important parameter of the welding mode, which determines the quality of the welded joint, as well as the weight, complexity and cost of welding machines. The precipitation pressure, in turn, depends on the thermophysical properties of the material being welded, the degree of heating, the precipitation rate, the cross section of the welded products, etc. The calculation of the required upsetting forces to ensure high-quality welding is quite complicated and inaccurate due to many difficult factors to consider, influencing the upsetting pressure. Therefore, the experimental method for determining precipitation pressures by measuring it during the precipitation process is most often used.

Известен, например, способ непосредственного измерения усилия осадки тензодатчиками по деформации участков неподвижной станины сварочной машины, воспринимающих только усилие осадки (см., например, А.С.Гельман, Технология и оборудование контактной электросварки М., Машгиз, 1960 г.).There is, for example, a method for directly measuring the upsetting force by strain gauges by deforming sections of the stationary bed of the welding machine that perceive only the upsetting force (see, for example, A.S. Gelman, Technology and equipment of electric resistance welding M., Mashgiz, 1960).

Недостатком такого способа замера являются возникающие при ударном нагружении усилием осадки гармонические затухающие колебания станины, амплитуда и период которых зависит от скорости осадки, массы станины и ее жесткости. При скоростях осадки больше 30 мм/сек колебания станины и амплитуда настолько возрастает, что точное измерение становится невозможным, так как период колебания станины становится близким к времени осадки.The disadvantage of this measurement method is the harmonic damped oscillations of the bed that occur during shock loading by the upsetting force, the amplitude and period of which depends on the precipitation speed, the mass of the bed and its rigidity. At precipitation speeds greater than 30 mm / sec, the bed oscillations and the amplitude increase so much that accurate measurement becomes impossible, since the bed oscillation period becomes close to the precipitation time.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения усилия осадки, при котором запись усилия осадки осуществляется по деформации двух коробчатых измерительных элементов с наклеенными на вертикальные стенки тензометрическими датчиками, составляющими измерительный полумост, и измерение тока разбаланса моста при изгибе горизонтальным усилием осадки вертикальных стенок коробчатых элементов, передаваемым через зажатые в них свариваемые детали (см., например, Н.С.Кабанов и др. Силовые параметры машин для стыковой сварки оплавлением, «Автоматическая сварка, №12, 1971, с.47…51).Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a method of measuring the upsetting force, in which the recording of the upsetting force is carried out by deformation of two box-shaped measuring elements with strain gauges glued to the vertical walls that make up the measuring half-bridge, and measuring the unbalance current of the bridge when bent by horizontal force precipitation of the vertical walls of the box-shaped elements transmitted through the welded parts clamped in them (see, for example, N.S. Kaba s, and others. Power machines settings for flash butt welding, "Automatic welding, №12, 1971, p.47 ... 51).

Недостатком такого способа является трудность расшифровки полученных осциллограмм из-за токовых наводок на тензодатчики и соединительные провода, так как измерительные элементы являются зажимными и токопроводящими деталями машины и находятся непосредственно в сварочном контуре машины, а подключение фильтрующих конденсаторов изменяет временной график воздействия усилия осадки на свариваемые детали и также искажает истинную осциллограмму записи. Отключение сварочного тока перед осадкой снижает токовые наводки, но это не соответствует применяемым сварочным режимам и изменяет величину требуемого усилия осадки из-за охлаждения металла стыка.The disadvantage of this method is the difficulty of deciphering the obtained waveforms due to current pickups on strain gauges and connecting wires, since the measuring elements are clamping and conducting parts of the machine and are located directly in the welding circuit of the machine, and the connection of filter capacitors changes the time schedule of the effect of the upsetting force on the parts being welded and also distorts the true waveform of the recording. Turning off the welding current before upsetting reduces current pickups, but this does not correspond to the applied welding conditions and changes the amount of required upsetting force due to cooling of the joint metal.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является стабильно точное получение записи усилия осадки при оптимальных режимах сварки.The technical result of the invention is the stably accurate recording of the upsetting force at optimal welding conditions.

Технический результат достигается тем, что при использовании способа измерения усилия осадки при контактной стыковой сварке, включающего в себя установку в сварочную машину вместо зажимных губок двух коробчатых измерительных элементов с наклеенными на вертикальные стенки тензометрическими датчиками, составляющими измерительный полумост, и измерение тока разбаланса моста при изгибе горизонтальным усилием осадки вертикальных стенок коробчатых элементов, передаваемым через зажатые в них свариваемые детали, тензодатчики каждого полумоста соединяют между собой встречно-последовательно, и объединяют в полумост, при этом точку объединения располагают на расстояние более метра от зоны сварки, а толщину вертикальных стенок коробчатых измерительных элементов определяют из условия соотношения периода их собственных колебаний при горизонтальной деформации к длительности осадки не менее чем 0,01.The technical result is achieved by the fact that when using the method of measuring the upsetting force in contact butt welding, which includes installing in the welding machine instead of clamping jaws two box-shaped measuring elements with strain gauges glued to vertical walls that make up the measuring half-bridge, and measuring the bridge unbalance current during bending horizontal force of upsetting of the vertical walls of the box-shaped elements transmitted through the welded parts clamped in them, strain gauges of each floor the bridges are interconnected counter-sequentially, and combined into a half-bridge, while the union point is located more than a meter from the weld zone, and the thickness of the vertical walls of the box-shaped measuring elements is determined from the condition of the ratio of the period of their own vibrations during horizontal deformation to the settlement time of not less than 0.01.

Заявляемый способ измерения усилия осадки при контактной стыковой сварке приведен на фиг.1, где показаны установленные вместо зажимных губок коробчатые измерительные элементы с зажатыми в них свариваемыми полосами и схема соединения тензодатчиков в полумост.The inventive method of measuring the upsetting force in flash butt welding is shown in Fig. 1, which shows box-shaped measuring elements installed instead of clamping jaws with welded strips clamped in them and a strain gauge connection diagram in a half-bridge.

Устанавливают верхний и нижний коробчатые измерительные элементы 1 с наклеенными на вертикальные стенки тензометрическими датчиками 2 в сварочную машину, при этом датчики верхнего и нижнего пояса соединены между собой встречно-последовательно, а объединяют их в полумост в точках 3, расположенных на расстояниях не менее метра от зоны сварки.Install the upper and lower box-shaped measuring elements 1 with strain gauge sensors 2 glued to the vertical walls in a welding machine, while the sensors of the upper and lower zones are interconnected in series, and combine them into a half-bridge at points 3 located at least a meter from welding zones.

Перед началом измерения усилия осадки, воспринимаемого свариваемыми изделиями, коробчатые измерительные элементы 1 в зажатом состоянии тарируют в сварочной машине плавно нарастающим усилием от привода осадки и строят тарировочные графики по показаниям месдозы гидроцилидра осадки за вычетом веса подвижной станины и сил трения, определяемых при холостом ходе станины. Усилия на верхнем и нижнем измерительных элементах 1 записывают раздельно, а для точного их суммирования чувствительность каналов подбирают одинаковой.Before starting the measurement of the upsetting force perceived by the welded products, the box-shaped measuring elements 1 in the clamped state are calibrated in the welding machine by a continuously increasing force from the upsetting drive and calibration graphs are plotted based on the readings of the upset of the upsetting hydraulic cylinder minus the weight of the movable bed and the frictional forces determined during the idle run of the bed . The forces on the upper and lower measuring elements 1 are recorded separately, and for their accurate summation, the sensitivity of the channels is chosen the same.

Устанавливают требуемое по режиму сварки конечное расстояние между передними краями измерительных элементов 1 и сварочных губок 4, опускают прижимы 5 и 6, зажимают изделия 7 в измерительных элементах 1 и сварочных губках 4. Производят балансировку измерительных мостов на каждом измерительном элементе для компенсации различных характеристик верхних и нижних датчиков 2.Set the final distance required by the welding mode between the front edges of the measuring elements 1 and welding jaws 4, lower the clamps 5 and 6, clamp the products 7 in the measuring elements 1 and welding jaws 4. Balance the measuring bridges on each measuring element to compensate for different characteristics of the upper and lower sensors 2.

Включают сварочный трансформатор и гидроцилиндр привода перемещения (на фиг.1 условно не показаны) и производят оплавление торцов изделий 7 и их осадку в конце оплавления. При этом передаваемым через зажатые полосы горизонтальным усилием осадки коробчатые измерительные элементы 1 изгибаются и имеют в верхней и нижней частях вертикальных стенок разные знаки, а в измерительных диагоналях появляется ток разбаланса, пропорциональный приложенной нагрузке. Записанный в процессе осадки ток разбаланса сравнивают с тарировочными графиками и таким образом определяют усилие осадки, требуемое для обеспечения заданного припуска на осадку изделий.Turn on the welding transformer and the hydraulic cylinder of the displacement drive (not shown conditionally in Fig. 1) and make the ends of the products 7 fuse and deposit at the end of the fusion. In this case, the box-shaped measuring elements 1 transmitted by clamped stripes by the horizontal draft force bend and have different signs in the upper and lower parts of the vertical walls, and an unbalance current proportional to the applied load appears in the measuring diagonals. The unbalance current recorded during the upsetting process is compared with calibration plots and in this way the upsetting force required to ensure a given allowance for the upsetting of products is determined.

Толщину вертикальных стенок выбирают предварительно с учетом соотношения периода их собственных колебаний при ударной нагрузке. Проверку периода собственных колебаний измерительных элементов 1 производят следующим образом: зажимают в них упор, затем выводят их из равновесия ударным приложением нагрузки на упор, записывают график колебания системы измерительных элементов 1 и определяют период их собственных колебаний, который должен составлять около 0,002 сек при длительности осадки 0,2…0,6 сек. Соотношение указанных параметров, составляющее не менее 0,01, определяет выбор толщины вертикальной стенки коробчатого измерительного элемента, обеспечивающей отсутствие влияния периода ее собственных колебаний на точность измерения усилия осадки.The thickness of the vertical walls is preliminarily selected taking into account the ratio of the period of their own vibrations under shock load. The period of the natural oscillations of the measuring elements 1 is checked as follows: the stop is clamped in them, then they are unbalanced by shock application of the load on the stop, the oscillation system of the measuring elements 1 is recorded and the period of their natural oscillations is determined, which should be about 0.002 sec for the duration of the upset 0.2 ... 0.6 sec. The ratio of these parameters, which is at least 0.01, determines the choice of the thickness of the vertical wall of the box-shaped measuring element, which ensures that there is no influence of the period of its own vibrations on the accuracy of measurement of the upsetting force.

За счет встречно-последовательного соединения датчиков верхней и нижней групп и объединения их в полумост в точке, расположенной на расстоянии более метра от места сварки, экранированным попарно сплетенным проводом способ позволил резко снизить наводки от электромагнитных полей сварочного трансформатора и обеспечил стабильно точное получение записи усилия осадки при оптимальных режимах сварки и нормальную расшифровку полученных осциллограмм процесса осадки.Due to the counter-serial connection of the sensors of the upper and lower groups and combining them into a half-bridge at a point located more than a meter from the welding spot, a shielded pair of braided wire, the method made it possible to sharply reduce the interference from the electromagnetic fields of the welding transformer and ensured stable accurate recording of the draft force at optimal welding conditions and normal decoding of the received oscillograms of the upsetting process.

Claims

A method of measuring the upsetting force during flash butt welding of parts, including installing in the welding machine an upper and lower box-shaped measuring elements, which are clamping jaws for one of the parts to be welded, containing strain gauges glued to their vertical walls, combined into a measuring half-bridge, and measuring the unbalance current of the measuring bridge with horizontal bending of the vertical walls of the box-shaped measuring elements by the upsetting force transmitted through the clamped weld details, characterized in that the load cells of each half-bridge are connected in opposite to each other, while the point of union of the sensors of each half-bridge is located at least a meter from the welding zone, and the thickness of the vertical walls of the box-shaped measuring elements is selected taking into account the ratio of the period of their natural vibrations at shock load to the duration of the precipitation of not less than 0.01.