SU1590283A1

SU1590283A1 - Apparatus for automatic regulation of the process of h.f. welding of tubes

Info

Publication number: SU1590283A1
Application number: SU884491567A
Authority: SU
Inventors: Марина Яковлевна Акимова; Борис Яковлевич Качанов; Борис Витальевич Коган; Андрей Владимирович Петров; Василий Николаевич Желтухин; Вячеслав Николаевич Романов
Original assignee: Выксунский металлургический завод; Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина)
Priority date: 1988-10-10
Filing date: 1988-10-10
Publication date: 1990-09-07

Abstract

Изобретение относитс к высокочастотной сварке труб и может быть использовано в трубной промышленности. Цель изобретени - повышение точности регулировани процесса высокочастотной сварки труб. При оплавлении свариваемых кромок возникают перемычки, которые измен ют полное сопротивление электромагнитной сварочной системы. Устройство позвол ет учесть эти изменени путем определени сдвига фаз между током и напр жением индуктора в определенном частотном диапазоне. В зависимости от полученного сигнала мен етс мощность источника нагрева. Устройство включает датчики тока 3 и напр жени 5, детекторы 4, 7 и 11, компараторы 5 и 8, сумматор 6, интегратор 12 с фильтром высоких частот и фильтр 13, подключенный к устройству управлени 14 мощностью источника нагрева. Устройство позвол ет повысить механические свойства соединени и точность стабилизации процесса. 1 ил.This invention relates to high frequency pipe welding and can be used in the pipe industry. The purpose of the invention is to improve the accuracy of regulating the process of high-frequency pipe welding. When the edges being welded are melted, jumpers appear that change the impedance of the electromagnetic welding system. The device allows for these changes to be taken into account by determining the phase shift between the current and the inductor voltage in a certain frequency range. Depending on the received signal, the power of the heat source varies. The device includes current sensors 3 and voltages 5, detectors 4, 7, and 11, comparators 5 and 8, an adder 6, an integrator 12 with a high-pass filter, and a filter 13 connected to control device 14 by the power of the heating source. The device allows to improve the mechanical properties of the compound and the accuracy of the stabilization process. 1 il.

Description

Изобретение относится к высокочастотной сварке труб и может быть использовано в трубной промышленности.The invention relates to high-frequency pipe welding and can be used in the pipe industry.

Цель изобретения - повышение точности регулирования процесса высокочастотной сварки труб.The purpose of the invention is to improve the accuracy of regulation of the process of high-frequency pipe welding.

На чертеже- дана функциональная схема устройства.The drawing shows a functional diagram of the device.

При высокочастотной сварке труб осуществляется предварительный нагрев свариваемых кромок, которые оплавляются, а затем оплавленный металл частично удаляется с их поверхности под действием электродинамических сил. В зависимости от геометрических размеров электромагнитной сварочной системы, мощности, выде- J ляющейся в кромках трубной заготовки, и скорости сварки в области образования сварного соединения возможно образование участка зазора, форма и протяженность которого определяется соотношением между скоростью оплавления и скоростью осадки свариваемых кромок. В зависимости от этого указанный участок может иметь вид параллельного зазора, который в основном существует при недогреве свариваемых кромок и характеризует низ: кое качество получаемого сварного соединения. При нтенсивном перегреве свариваемых кромок означенный участок зазора преобразуется в расходя•щуюся по направлению к оси сварочiных валков щель достаточно большой ^протяженности, что также является признаком низкого качества получаемого сварного соединения.In high-frequency pipe welding, the welded edges are preheated, which are melted, and then the molten metal is partially removed from their surface under the action of electrodynamic forces. Depending on the geometrical dimensions of the electromagnetic welding system, the power released at the edges of the pipe billet, and the welding speed in the area of the welded joint formation, a gap section can be formed, the shape and length of which is determined by the ratio between the reflow rate and the settling rate of the welded edges. Depending on this, the indicated section may take the form of a parallel gap, which mainly exists when the edges to be welded underheat and characterizes the low quality of the resulting welded joint. In case of intense overheating of the welded edges, the indicated gap section is converted into a gap of sufficiently large length diverging in the direction of the axis of the welding rolls, which is also a sign of the poor quality of the resulting welded joint.

Скорость оплавления кромок в этом случае значительно превосходит скорость их осадки. Таким образом, для каждой конкретной электромагнитной сварочной системы существует такое соотношение между скоростью оплавления свариваемых кромок и их осадкой, при котором качество получаемого сварного соединения является наивысшим, а этот режим работы может быть идентифицирован по протяженности и форме описанного участка.The rate of flashing of the edges in this case significantly exceeds the rate of their precipitation. Thus, for each specific electromagnetic welding system, there is a relationship between the speed of fusion of the welded edges and their draft, in which the quality of the welded joint is the highest, and this mode of operation can be identified by the length and shape of the described section.

Помимо описанных процессов, протекающих при высокочастотной сварке труб в области оплавления свариваемых кромок, в наиболее узком месте этого участка (как правило в его начале) возникают перемычки, которые впоследствии разрушаются. При их появлении рассматриваемый участок кромок укорачивается, что сказывается на величине полного электрического сопротивления электромагнитной сварочной системы, а следовательно, на сдвиге фаз между мгновенными значениями тока и напряжения на индукторе. Величина изменения сдвига фаз будет зависить от размеров описанного участка, а они будут характеризовать качество получаемого сварного соединения.In addition to the described processes that occur during high-frequency pipe welding in the area of fusion of the welded edges, jumpers appear in the narrowest place of this section (usually at its beginning), which subsequently break down. When they appear, the considered section of the edges is shortened, which affects the value of the total electrical resistance of the electromagnetic welding system, and therefore, the phase shift between the instantaneous values of current and voltage at the inductor. The magnitude of the phase shift will depend on the size of the described section, and they will characterize the quality of the resulting welded joint.

Аналогично, но в значительно большей степени, на изменение сдвига фаз между током и напряжением индуктора будут сказываться отклонения других параметров электромагнитной сварочной системы, таких как угла схождения свариваемых кромок, их толщины, диаметра трубной заготовки. Следовательно, необходимо из общего сигнала, обусловленного сдвигом фаз между током и напряжением индуктора, вьщелить информационную составляющую, характеризующую размеры участка оплавления свариваемых кромок. Поставленная задача разрешима благодаря различию частотных диапазонов изменения сигналов, характеризующих процессы, протекающие в области оплавления свариваемых кромок, и изменение геометрических размеров электромагнитной сварочной системы. В первом случае частотный диапазон ограничивается 300-500 Гц, а во втором 1-20 Гц. Таким образом, контроль за качеством получаемого сварного соединения осуществляется посредством определения сдвига фаз между мгновенными значениями тока и напряжения на индукторе и выделения по частотному признаку информационной части сигнала, описывающего область оплавления свариваемых кромок.Similarly, but to a much greater extent, changes in the phase shift between the current and voltage of the inductor will be affected by deviations of other parameters of the electromagnetic welding system, such as the angle of convergence of the welded edges, their thickness, and the diameter of the tube billet. Therefore, it is necessary from the general signal caused by the phase shift between the current and voltage of the inductor to embed an information component characterizing the dimensions of the fusion section of the welded edges. The problem is solvable due to the difference in the frequency ranges of signal changes characterizing the processes occurring in the area of fusion of the welded edges, and the change in the geometric dimensions of the electromagnetic welding system. In the first case, the frequency range is limited to 300-500 Hz, and in the second 1-20 Hz. Thus, the quality control of the resulting welded joint is controlled by determining the phase shift between the instantaneous values of current and voltage at the inductor and selecting, according to the frequency attribute, the information part of the signal describing the fusion region of the welded edges.

Устройство содержит трубную заготовку 1, охваченную сварочным индуктором 2, имеющим магнитную связь с датчиком 3 тока, выход которого через первый детектор 4 и первый компаратор 5 соединен с первым входом сумматора 6. Выходные информационные клеммы сварочного индуктора 2 соединены с входом датчика 7 напряжения, выход которого через второй детектор 8, второй компаратор 9 и инвертор 10 соединен с.вторым входом сумматора 6, чей выход через третий детектор 11, интегратор с фильтром высоких частот и фильтр 13 соединен с первым входом блока 14 управления мощностью источника нагрева. К второму входу этого блока подключен датчик 15 управляющего сигнала.The device comprises a tube stock 1, enclosed by a welding inductor 2, which is magnetically coupled to a current sensor 3, the output of which through the first detector 4 and the first comparator 5 is connected to the first input of the adder 6. The output information terminals of the welding inductor 2 are connected to the input of the voltage sensor 7, output which through the second detector 8, the second comparator 9 and the inverter 10 is connected to the second input of the adder 6, whose output through the third detector 11, an integrator with a high-pass filter and a filter 13 is connected to the first input of the control unit 14 power of the heating source. A sensor 15 of the control signal is connected to the second input of this block.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Свариваемые кромки трубной заготовки 1 нагреваются с помощью сварочного индуктора 2. Выходной сигнал датчика 3 тока, пропорциональный току и имеющий его частоту, с помощью первого детектора 4 и первого компаратора 5 преобразуют в прямоугольные импульсы одной полярности , постоянной амплитуды и частоты, равной частоте тока индуктора. Этот сигнал подается на первый вход сумматора 6. Выходной сигнал датчика 7 напряжения, подключенного к информационным клеммам индуктора 2, пропорциональный найряжению на индукторе . и имеющий его частоту, с помощью второго детектора 8 и второго компаратора 9 преобразуется так же, как и выходной сигнал датчика 3 тока, и через инвертор 10 подается на второй вход сумматора’6. Таким образом, на первый и второй входы сумматора 6 поступают прямоугольные импульсы противоположной полярности одинаковой амплитуды и частоты (так как частота тока и напряжения на индукторе равны), но смещенные друг относительно друга на время, равное разности фаз между током и напряжением на сварочном индукторе 2. Выходным сигналом сумматора 6 является последовательность двухполярных прямоугольных импульсов постоянной амплитуды, частота которых равна частоте входных сигналов, а длительность разности фаз между током и напряжением сварочного индуктора 2. Проинтегрировав этот сигнал с помощью интегратора с фильтром 12 высокой частоты, получают его среднее значение, а пропустив сигнал через фильтр 13, выделяют составляющую пропорциональную изменения разности фаз частотой 300-500 Гц, которая характеризует изменение размеров области оплавления свариваемых кромок и качество получаемого сварного соедине1590283 6 ния. Этот сигнал подают на первый вход блока 14 управления мощностью источника нагрева, а на второй вход этого блока подают постоянный сигнал 5 от задатчика 15 управляющего сигнала, который является каналом ручного управления мощностью источника нагрева. ^v The welded edges of the tube billet 1 are heated using a welding inductor 2. The output signal of the current sensor 3, proportional to the current and having its frequency, is converted into rectangular pulses of the same polarity, constant amplitude and frequency equal to the inductor current frequency using the first detector 4 and the first comparator 5 . This signal is supplied to the first input of the adder 6. The output signal of the voltage sensor 7, connected to the information terminals of the inductor 2, is proportional to the load on the inductor. and having its frequency, using the second detector 8 and the second comparator 9 is converted in the same way as the output signal of the current sensor 3, and through the inverter 10 is fed to the second input of the adder'6. Thus, the first and second inputs of the adder 6 receive rectangular pulses of opposite polarity of the same amplitude and frequency (since the frequency of the current and voltage on the inductor are equal), but offset from each other by a time equal to the phase difference between the current and voltage on the welding inductor 2 The output signal of the adder 6 is a sequence of bipolar rectangular pulses of constant amplitude, the frequency of which is equal to the frequency of the input signals, and the duration of the phase difference between the current and the voltage full-time inductor 2. Integrating this signal using an integrator with a high-pass filter 12, its average value is obtained, and passing the signal through the filter 13, a component proportional to the phase difference changes with a frequency of 300-500 Hz, which characterizes the change in the size of the fusion region of the welded edges and quality the resulting welded joint 1590283 6 ni. This signal is fed to the first input of the heat source power control unit 14, and a constant signal 5 from the control signal setter 15, which is a channel for manual control of the power of the heat source, is fed to the second input of this unit. ^v

В качестве датчика тока можно использовать пояс Роговского, а в качестве датчика напряжения - емкостной делитель, состоящий из двух конденсаторов .You can use the Rogowski belt as a current sensor, and a capacitive divider consisting of two capacitors as a voltage sensor.

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность регулирования процессасварки, а следовательно, качество получаемого сварного сое20 динения. Механические свойства получаемого сварного соединения повышаются на 15%, а коэффициент вариации^ характеризующий точность стабилизации процесса сварки, возрастает бо25 лее чем в 1,3 раза.Thus, the invention improves the accuracy of regulation of the welding process, and therefore, the quality of the resulting welded joint. The mechanical properties of the resulting welded joint increase by 15%, and the coefficient of variation, characterizing the accuracy of stabilization of the welding process, increases by more than 1.3 times.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A device for automatically adjusting the process of high-frequency welding of pipes, comprising a control unit for the power of the heating source and a voltage sensor on the inductor, characterized in that, in order to improve the accuracy of regulation of the welding process by compensating for disturbing factors affecting the process of edge heating and weld formation connections, in a 4Q device, a series-connected inductor current sensor, a first detector and a comparator, a second detector in series, are introduced a second comparator and inverter and ^ 5 series-connected adders, a third detector, an integrator with a high-pass filter and a filter, the input of the second detector being connected to the output of the 5Q voltage sensor on the inductor, the outputs of the first comparator and inverter are connected to the inputs of the adder, and the filter output connected to the first input of the control unit of the power of the heating source, the second input of which is connected to the setpoint of the control signal.